工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將具有感知、監(jiān)控能力的各類采集、控制傳感器或控制器,以及移動(dòng)通信、智能分析等技術(shù)不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié),從而大幅提高制造效率,改善產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本和資源消耗,最終實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。從應(yīng)用形式上,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用具有實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化、嵌入式(軟件)、安全性、和信息互通互聯(lián)性等特點(diǎn)。
技術(shù)問題
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究是一個(gè)跨學(xué)科的工程,它涉及自動(dòng)化、通信、計(jì)算機(jī)以及管理科學(xué)等領(lǐng)域。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用需要解決眾多關(guān)鍵技術(shù)問題。
傳感器技術(shù)
價(jià)格低廉、性能良好的傳感器是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基石,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求更準(zhǔn)確、更智能、更高效以及兼容性更強(qiáng)的傳感器技術(shù)。智能數(shù)據(jù)采集技術(shù)是傳感器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。信息的泛在化對(duì)工業(yè)傳感器和傳感裝置提出了更高的要求。具體如,微型化:元器件的微小型化,要求節(jié)約資源與能源;智能化:具備自校準(zhǔn)、自診斷、自學(xué)習(xí)、自決策、自適應(yīng)和自組織等人工智能技術(shù);低功耗與能量獲取技術(shù):供電方式為電池、陽光、風(fēng)、溫度、振動(dòng)等多種方式。
設(shè)備兼容技術(shù)
大部分情況下,企業(yè)會(huì)基于現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)建造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中所用的傳感器能夠與原有設(shè)備已應(yīng)用的傳感器相兼容是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推廣所面臨的問題之一。傳感器的兼容主要指數(shù)據(jù)格式的兼容與通信協(xié)議的兼容,兼容關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。目前,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的如Profibus、Modbus協(xié)議,已經(jīng)較好地解決了兼容性問題,大多數(shù)工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)廠商基于這些協(xié)議開發(fā)了各類傳感器、控制器等。近年來,隨著工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日漸普遍,當(dāng)前工業(yè)無線的WirelessHART、ISA100.11a以及wIA—PA3大標(biāo)準(zhǔn)均兼容了IEEE802.15.4無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,并提供了隧道傳輸機(jī)制兼容現(xiàn)有的通信協(xié)議,豐富了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成與功能。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心之一,數(shù)據(jù)在系統(tǒng)不同的層次之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)分為有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò),有線網(wǎng)絡(luò)一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理中心的集群服務(wù)器、工廠內(nèi)部的局域網(wǎng)以及部分現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)中,能提供高速率高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則是一種新興的利用無線技術(shù)進(jìn)行傳感器組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù),無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用可以使得工業(yè)傳感器的布線成本大大降低,有利于傳感器功能的擴(kuò)展,因此吸引了國內(nèi)外眾多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。
傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較為成熟,在眾多場(chǎng)合已得到了應(yīng)用驗(yàn)證。然而,當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時(shí),會(huì)面臨如下問題:工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾、開放的無線環(huán)境讓工業(yè)機(jī)器更容易受到攻擊威脅、部分控制數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸。相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò),工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則正處在發(fā)展階段,它解決了傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境時(shí)的不足,提供了高可靠性、高實(shí)時(shí)性以及高安全性,主要技術(shù)包括:自適應(yīng)跳頻、確實(shí)性通信資源調(diào)度、無線路由、低開銷高精度時(shí)間同步、網(wǎng)絡(luò)分層數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡(luò)異常監(jiān)視與報(bào)警以及設(shè)備入網(wǎng)鑒權(quán)等。
信息處理技術(shù)
工業(yè)信息出現(xiàn)爆炸式增長,工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)對(duì)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來說是一個(gè)挑戰(zhàn),如何有效處理、分析、記錄這些數(shù)據(jù),提煉出對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有指導(dǎo)性建議的結(jié)果,是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心所在,也是難點(diǎn)所在。
當(dāng)前業(yè)界大數(shù)據(jù)處理技術(shù)有很多,如SAP的BW系統(tǒng)在一定程度上解決了大數(shù)據(jù)給企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營帶來的問題。數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展也使海量信息處理變得更為智能、高效。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)泛在感知的特點(diǎn)使得人也成為了被感知的對(duì)象,通過對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的分析以及用戶行為的建模,可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)、制造、管理過程中的人一人、人一機(jī)和機(jī)一機(jī)之間的行為、環(huán)境和狀態(tài)感知,更加真實(shí)地反映出工業(yè)生產(chǎn)過程中的細(xì)節(jié)變化,以便得出更準(zhǔn)確的分析結(jié)果。
安全技術(shù)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全主要涉及數(shù)據(jù)采集安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全等過程,信息安全對(duì)于企業(yè)運(yùn)營起到關(guān)鍵作用,例如在冶金、煤炭、石油等行業(yè)采集數(shù)據(jù)需要長時(shí)問的連續(xù)運(yùn)行,如何保證在數(shù)據(jù)采集以及傳輸過程中信息的準(zhǔn)確無誤是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的前提。 [2]
應(yīng)用領(lǐng)域
包括以下五個(gè)方面:生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控管理、制造業(yè)供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化、環(huán)保監(jiān)測(cè)及能源管理、工業(yè)安全生產(chǎn)管理
其中生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控管理主要是:
利用傳感技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行健康監(jiān)控,可以及時(shí)跟蹤生產(chǎn)過程中各個(gè)工業(yè)機(jī)器設(shè)備的使用情況,通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯聚到設(shè)備生產(chǎn)商的數(shù)據(jù)分析中心進(jìn)行處理,能有效地進(jìn)行機(jī)器故障診斷、預(yù)測(cè),快速、精確地定位故障原因,提高維護(hù)效率,降低維護(hù)成本。GEOil&Gas集團(tuán)在全球建立了13個(gè)面向不同產(chǎn)品的i-Center(綜合服務(wù)中心),通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行了在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控,并提供了設(shè)備維護(hù)和故障診斷的解決方案。