高伟强

(渤海大学工学院，辽宁 锦州 121000)

物联网技术在工业自动化中的应用与研究

高伟强

(渤海大学工学院，辽宁 锦州 121000)

随着信息化工程技术、微计算机技术、微处理技术等科学技术的发展加深，物联网技术及其产业链的发展越来越快，逐渐成为生活、生产中使用率极高、极为普遍的一种发展趋势。本文通过对工业自动化的技术需求、行业发展模式等内容进行分析，结合物联网技术的特点与应用现状，对物联网在工业自动化中的应用进行分析和探讨，以便于能够提高工业领域的自动化、智能化、科技化程度，同时也能够对物联网技术的提高和应用推广提供相应的助力。

物联网技术；工业发展；自动化；智能化；应用与研究；科学技术

前言

在现今科学技术迅猛发展的时代里，物联网技术的运用与提高已经呈现出较为普遍化的趋势，这项技术的运用不仅是对互联网与物体之间的联系，是互联网技术的延伸与发展，是互联网产业链的创新与开拓，更是因其具有包容性而成为各类高科技技术运用的具体表现，如智能感知、射频识别、全球定位、红外线感应等信息传递设备的充分运用。因此，通过对物联网的行业运用现状进行分析，结合工业行业的自动化技术和相关设备的应用情况，探讨其在工业自动化生产运输、智能化控制监测等方面的运用，不仅能够深入开拓物联网甚至是互联网技术相关产业链的发展，还能够对工业、制造业等行业的智能化、自动化发展起促进作用，同时还能够推动社会科学技术及其产业经济的增长，增强综合国力与国际竞争实力。

1 物联网技术

1.1 物联网技术的内涵

物联网技术是一种以互联网技术为基础、通过全球定位、红外线感应、激光扫描、射频识别等方式按照设置好的约定协议将物品、互联网串联起来进行信息的通讯、交换，以达到智能化识别、控制、管理、追踪、定位等功能的网络技术，也是互联网技术及其相关行业发展中的外延延伸和拓展，由应用层、网络层、感知层来进行结构构架，主要由无线通信网、业务应用、运营支撑、传感网络等系统来支撑。此技术包含了内部的工业系统、移动终端、家庭智能设施、智能传感器、视频监控系统、数控系统等设备及其系统和外部的智能化物件(如携带无线终端的车辆)、智能尘埃(如贴有射频识别标签的资产等)两大内容，能够在极大程度上保障信息运行的安全、促进环保节能和高效。

1.2 物联网技术的发展历程

物联网技术也叫“智慧地球”，是由ASHTON教授(任职于MIT AUTO-ID中心)于1999年时在研究RFID技术时提出来的，经历了2005年ITU(国际电信联盟)在同名报告中的定义和范围的调整后，在2009年8月份的温家宝总理的政府工作报告中被列为国家五大新兴的、战略性的产业之一，正式变为了“中国制造”的历程。从目前的技术领域和相关的产业发展模式来看，物联网技术已经逐渐席卷了世界全球化的进程。

1.3 物联网的关键性技术

物联网技术简单来说就是将网络技术运用到各类型物体、各行各业之中，从而形成状如“蜘蛛网”类的物联网，将物理系统与人类社会的生活生产整合起来，利用超级计算机群中的机械设备、人员、软件编程等系统和设备来提高生产力水平，改善人们的生产方式和生活水平。物联网在运行过程中的关键性技术主要存在于感知层，具备全面而精确的感知能力、能够解决小型化、低成本、低功耗等问题，主要包含了传感技术、嵌入式系统技术等关键性技术。

(1)物联网的传感技术

传感技术既是物联网技术的关键性技术，更是计算机信息网络技术中的关键技术之一，在两种网络技术中，物体之间、物体与网络之间的信息交换都需要利用传感器来实现模拟信号与数字信号之间的输入、转换、输出。例如RFID标签的运用，是RFID技术的一种具体表现形式，是嵌入式技术与无线射频技术相融合后的一种表现，主要运用于物品物流管理、物品自动识别等环节领域中。

(2)物联网的嵌入式系统技术

嵌入式系统技术是传感技术、电子应用技术、计算机硬件软件、集成电路技术整合后的复杂性技术，网络像人们的神经系统、传感器就像人们的五官、嵌入式系统则可看做为人们的大脑。此项技术正随着经济、科技发展的速度而不断地改进，在人们的生产生活中不断地开拓领域。例如人们可随身携带的智能终端产品(航天航空卫星系统、MP3等)，也在国防建设、发展和工业生产等领域有着积极的意义。

1.4 物联网技术的运用现状

从“物联网”这一概念的出现大现在的发展，在这个漫长的历史长河中，物联网技术的运用呈现出越来越广泛的趋势，例如在生产、物流、医学、安防、污水处理等行业中的运用。其中在医学领域的运用具体表现为在健康管理、医疗、老年健康照护等形式领域中，将病人、亚健康人、健康人、医生、护士、药品、医疗设备等物体之间的信息通过互联网进行交换、传输，以便于能够通过感知形成医学服务对象、数据交换之间的无缝对接，达到在医疗、保健等服务时能够采集实时监测控制、连续跟踪管理的相关数据并依此数据来进行精确合理的健康医疗决策。在安防作业中，物联网技术的应用就表现在了传感安全防护的设备使用等方面，如国家民航总局要求全国民用机场必须要选用国产的传感网防入侵系统。而在污水处理过程中的应用则为建立起污水处理的综合运营管理平台，将物联网技术纳入此平台中的安全管理、水质化验、日常办公、生产运行、设备管理等环节之中，对生产数据、工艺设计数据、相关管理数据、视频监控数据等内容进行统计、分析，然后通过传感器、互联网进行数据处理、交换，以得到资源整合后相关处理方案。

2 物联网技术在工业自动化中的应用

2.1 工业自动化进程的概述

(1)工业自动化的概述

工业自动化是一种以工业生产参数为控制目的、利用自动化和机械化的设备来对过程进行实时控制以减少人工操作的作业方式，简单来说就是让工业自动地进行生产的过程，涉及到微电子、机械、机器视觉等相关技术，多被用于电力、制造业、建筑、信息技术等领域。从目前工业自动化的优化过程中可以发现，其在国际上的自动化程度不一，例如在德国启动工业4.0时，主要在电气工程、机械制造等领域中的自动化给其创造了条件，而至今在工业领域德国也大多选用“嵌入式系统”。它在工业作业过程中将会起到提高作业安全性、提高生产效率和产品质量、节约成本(减少作业中的能源、原材料的损耗)等作用。传统的工业作业自动化主要是针对生产过程和设备进行控制，采用的是机电一体化系统，硬件部分(测试传感部分、本体部分、驱动部分、动力部分、执行机构、信号控制处理单元等)在电子电路逻辑、软件程序的有目的性引导、集成、融合、协调信息流，在能量、物质的有序运动后形成自动化产品；而现代化的工业自动化则是依托于工业控制机系统(对工业作业过程、工艺装备、机电设备进行控制与测量的自动化技术工具)，用包含计算机在内的广义机器来部分或者完全替代人工的一种方式。

(2)工业自动化进程的现状

工业自动化的发展可以分为三个阶段，第一阶段是在40年代至60年代初期，工业自动化的发展进程缓慢，时间少，但是还是呈现了许多单机自动化的加工设备，如运用硬件数控系统来加工的数控式机床；第二阶段是在60年代中期至70年代初期，历经几十年的技术创新与设备改革，最终形成了在单机自动化基础上的自动化生产线，一些数控的软件系统慢慢投入进机床之中，如铣、钻等自动加工的生产线；第三阶段是70年代中期至今，在市场环境的推动下形成了以CIM哲理为指导理念的自动化经营、工作模式，集成了单元自动化技术，如在CIMS工厂中经常运用到的FMS(柔性制造系统)。

2.2 物联网技术在工业自动化中的应用

(1)物联网在工业自动化中的关键技术

在工业自动化发展进程中所运用到的物联网技术越来越多，主要是在人们各类应用和社会中原有的集成上形成新维度、新高度的集成和通信，而在此过程中起着关键性作用的主要有信号、数据处理技术、架构技术、识别技术等。其中物联网的数据信号处理技术的运用，主要是在工业的销售、生产等过程中，在遵循语义可互相操作性的规则里，利用其识别、架构技术，将其所有的数据通过互联网平台进行分析、和处理(分化、输出等)。

(2)物联网技术在安全生产领域内的应用分析

安全生产时工业领域内作业中最基本、最重要的一条规范，其在发展自动化的过程中尤为重要，这就要求了在现有的科学技术水平下，工业自动化进程中必须考虑到生产安全、运输安全。而因物联网技术具有智能感知、全球定位、红外线感知等优点将其与工业自动化进行相结合，不仅能够极大程度上地提高工业生产的安全性能，还能够对生产的环境、人员素质有着“沙丁鱼效应”。例如，在工业作业的机械设备、作业人员身上等位置配置具有物联网技术的防护设备、定位装置等物体，这将会提高对工业作业的监控质量、检测结果、诊断隐患情况的精准度，有利于提高作业的安全系数，减少作业事故。

(3)物联网技术在生产制造领域内的应用分析

物联网技术在生产制造过程中的应用越来越广泛，在其每一个环节都有具体的表现。例如在生产的相关机械设备中，选用嵌入式系统或者安装与物联网相关的技术，用信号、数据技术来对生产设备所产生的数据进行采集，用识别技术和架构技术来对作业中能源与原材料损耗、进库等环节进行实时监测，对产品的质量进行严格把控，这样既能因其自动化管理生产的流程而提高工作效率，减少成本的投入，还能够促进产品质量的提高，促进工业生产企业的自动化水平和核心竞争力的提高。

(4)物联网技术在物流自动化中的应用分析

在货物运输、储存等物流过程中，其自动化程度因物联网技术的广泛运用而越来越高，最为突出的就是射频识别技术(如快递票据让的射频标签)、架构技术(如智能化物流流水运输线)等技术的运用，表现得最为具体的就是自动化物流仓库的建立。自动化仓库的运行流程主要包含了自动寻址、自动识别系统(如图一)、监控系统、物流管理系统(如图二)等环节。在自动寻址环节中，利用物联网技术中的红外传感器，并将其安装在仓库内各个巷道的堆垛机上，以便于能够及时有效地采集物体的具体地址等信息，再通过中央计算机的监管系统对输入信号进行处理，然后将处理结果输出。

图一 自动识别系统

图二 物流管理系统

结语

在物联网技术的创新与发展过程中，越来越多的行业、领域、产业都将会极大力度地引入进去，特别是在工业自动化进程的推进中，更是如此。将物联网技术运用在工业自动化过程中的生产领域、制造领域、流通领域、经营管理等领域中，不仅能够减少企业的生产、销售、运营成本，还能够提高企业的生产效率、质量和自动化程度，更能形成工业企业节能减排、绿色环保的正面形象，对提高工业企业的核心竞争力和品牌效应有着积极的作用，对工业自动化的各个行业的竞争力都有着极大的促进作用。

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TP39

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1671-1602(2016)24-0022-02