物联网技术在工业自动化控制中的应用

物联网技术在工业自动化控制中的应用

张耀冉,张大伟

河南工学院  河南  新乡  453003

摘要：德国工业4.0、美国先进制造业国家战略计划、日本科技工业联盟、英国工业2050战略及“中国制造2025”表明，各国均将制造业向智能化转型作为国家战略目标。通过信息化实现生产全自动化、个性化、柔性及系统优化，提高生产资源利用率，降低生产成本，实现分布式、柔性、定制化的生产制造模式。作为“中国制造2025”中五大工程之一，智能制造工程将关键工序智能化、生产过程智能优化控制、关键岗位机器人替代等作为重点攻关项目，这也是中国智能制造战略卡脖子的核心技术之一。

关键词：物联网技术；工业；自动化控制；应用

引言

工业互联网的提出开启了工业4.0时代，工业互联网以海量数据采集、汇聚、分析为基础，为工业以及产业的数字化、网络化、智能化的实现提供了途径，对整个工业领域，例如制造业、航空、公路和铁路运输、电力、石油和天然气、医疗保健，都产生了深刻的影响。工业互联网能够帮助企业节约更多的成本和时间，保证工业制造中更好的互联互通，提高了运营效率、降低了安全风险。

1物联网的发展历程

物联网的概念最早是KevinAshton在1998年提出的，人们对其最初的定义十分简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2005年，国际电信联盟在其发布的《ITU互联网报告2005物联网》中指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，也就是当前人们常常提到的“万物互联”。这意味着射频识别技术、传感器技术、可编程逻辑控制器、纳米技术、智能嵌入技术都将与互联网和日常设备深度融合，共同构成物联网的重要关节，为新时代的工业和社会发展注入新鲜血液。2009年，随着“感知中国”理念提出并被写入政府工作报告，物联网技术在我国迎来了前所未有的发展机会。近年来，其发展势头更加迅猛，乘着5G和6G的东风，在我国各个领域掀起发展与创新的巨浪。

2物联网的关键技术

随着大数据技术的发展，物联网的关键技术得以全面升级，当前其关键技术主要包括以下几个方面。第一，感知技术。物联网本身是由传感器支撑的信息网络系统，其通过优质的传感器，以保证信息采集的实时性、低成本、低功耗，并通过统一的电气接口，将相应的信息进行统计整理与校准，从而运用于系统控制的各个环节之中。第二，能量供应技术。物联网有着大量的终端节点，同时还要联通网络层与应用层，这就使得能量问题成为其中的限制之一。物联网设备与节点设计可以有效降低能耗，甚至可以借助储能与能量采集技术，进一步提升功耗管理的效率。第三，通信与网关技术。物联网有着大量的终端节点，而相应的数量还在不断增长，通信与网关技术则可以将有线与无线通信融合，进而达成局域与广域、通信与传感的协同建设。第四，数据融合。面对数据量与日俱增的情况，数据融合成为物联网解决数据处理与存储问题的关键手段，其可以通过建立数据自治结算与应用融合方法，达到减少宽带占用并提高响应速度的目的。

3工业互联网体系架构

工业互联网大致由边缘层、基础设施层、平台层、应用层、用户管理模块和安全管理模块组成。边缘层是工业互联网体系架构的基础，提供数据采集、数据处理、边缘计算等功能，实现边缘设备的实时连接和业务流程控制；基础设施层为工业互联网的运行提供计算、存储、网络等方面的基础支撑；平台层是工业互联网体系架构的核心，为应用软件开发构建了一个可扩展的操作系统，提供应用全生命周期服务环境与工具、工业大数据管理等功能；应用层与工业互联网业务进行深度融合，实现业务模型、技术、数据等的实际用户管理安全管理用户注册角色控制身份认证子账户管理隐私计算访问控制设备安全入侵检测边缘层设备/信息系统接入数据采集与处理协议解析基础设施层云基础设施服务(高性能计算、数据存储、网络连接)平台层数据存储数据转发数据服务数据清洗应用开发(微服务框架、开发工具)工业数据建模和分析(机器学习、可视化)应用层业务运行应用创新设备状态、供应链分析能量分析及优化业务模型软件化业务模型模块化业务模型平台化，可以解决不同细分行业的各种问题，形成满足不同行业、不同场景的应用服务。

4物联网技术在工业自动化控制中的应用

4.1支持测控保护一体化

传统的电气设备运行、监测和维护都需要由人工进行，特别是夜间监测和控制，人容易感到疲劳，除了导致配电失误外，还极易引发安全事故。引入物联网技术后，电气自动化系统可利用动态感知技术、智能识别技术和智能告警技术，自动维护设备运行安全，实时为各级分管设备提供信息传输、电网调度服务，在很大程度上增强了电网、电气设备运行的安全性和稳定性，加强了对继电系统的保护，消除了安全隐患，提高了工作效率，创造了更好的经济效益。

4.2敏感数据共享

工业互联网和工业大数据的发展，加速了工业数据要素市场的发展和成形。目前，工业大数据主要在企业内部或供应链间分享流通，未来会有进一步的跨域流通和交易需求。工业互联网界正在探索隐私计算等技术体系，推进工业数据要素资源的交换流通与交易。在目前工业互联网用到的隐私计算技术中，主要的技术实现思路分为三种：以密码学为核心的技术实现、融合隐私保护技术的联合建模、依托可信硬件的技术实现。以密码学为核心的技术实现包含了多方安全计算、同态加密等多种密码学技术。

4.3支持远程数据查询、记录和传输

无线连接是物联网的重要特征之一。其可通过无线网络将计算机与电气设备连接，远程获取电气系统终端设备的重要信息，且支持实时数据查询、记录和传输功能。常见的案例如生活中燃气、水费、电费等用户终端数据的查询和计算。以往都需要人工上门核查。人工上门手动抄写和记录不仅工作效率低而且数据容易产生误差，引发用户投诉，激发客户和供电单位之间的矛盾，服务质量不尽人意。如今，在电气自动化系统中引入物联网技术后，用户可输入账号，随时随地查询燃气、水、电等相应的数据，不受时间、空间的限制，并且新兴的移动支付技术支持远程查询、缴费和储值，电气部门也可以一键统计用户数据，通过手机端为客户提供缴费和相关服务渠道，不仅减少了人力和时间投入，也提高了数据应用的精准度。

结束语

本文对工业智能和工业互联网发展、系统结构与关键技术进行详细梳理，总结中国工业智能与工业互联网的发展现状与现存问题。并且，结合甘肃省有色冶金行业区域集聚发展，提出工业智能技术落地的应用方案，以期为企业工业智能发展提供参考。

参考文献

[1]马骏,刘罡.远程控制和物联网技术在工业自动化控制中的应用[J].电工材料,2021,(02):31-32.

[2]林瑞.基于物联网技术的工业现场监控平台的研究与设计[D].长江大学,2021.

[3]郑宇.智能物联网技术的应用及发展[J].计算机与网络,2021,47(06):46-47.

[4]王硕.工业物联网技术在生产数据采集中的应用研究[D].华北理工大学,2021.

[5]陆正卿,方维岚,李娴.物联网技术在工业自动化方面的应用研究[J].数字技术与应用,2021,39(02):80-82.