物联网终端技术研究：工业自动化的应用

1.工业自动化的物联网应用体系

工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。

物联网技术在工业自动化中的应用是以网络为基础、以感知为核心、以服务为目的，进行智能控制与管理的综合性一体化信息处理技术。工业自动化中的网络，主要是指工厂范围内广泛存在的物体互联的网络，实现对生产活动的时间和空间维度管理的拓宽，显著提高物流管理的实时性和可追溯性，对生产管理产生巨大影响。物联网技术的感知，是指以微型系统与电子器件为硬件基础，借助于嵌入各种应用环境的系统来实现对多种模式信息（声、光、电、热、生理信息、化学信息、动作与空间信息等）的捕获、分析和传递，极大拓展人们对物理世界的了解和监测能力，促进各领域工业生产活动的进一步合理化和精细化控制。面向工业自动化的物联网技术以为用户提供方便的、深层次的信息服务为目标。物联网技术应用于工业自动化，以机理模型、统计模型、数据挖掘等信息处理技术为手段，对感知器件应用所产生的海量数据进行深入的知识挖掘和学习，从而避免将信息淹没在海量数据的汪洋之中。物联网技术应用强调智能化，要对海量信息的处理技术拓展和提高，实现信息服务的自适应、自优化、自配置、自恢复为特点，面向不同领域提供即插即用。

2.工业自动化中物联网技术的特点

（1）智能传感器

物联网工业自动化上的应用需要新型传感器与传感装置，对这些装置的性能提出了更高的要求。微型化、智能化和自动能量获取是这些新型传感器和传感装置的新特点。同时新装置对数据传输的精准性也进一步提高，成本更低，并节约资源与能源，减少对环境的污染。结合自身校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术，研究传感信号的处理和识别技术、方法进一步提升设备的智能性。无线传感器和传感装置通过采用电池供电，能量问题成为工业无线网络得以广泛应用的主要问题之一。能耗控制策略只是解决能量问题的被动策略。能量获取技术才是解决这一问题的根本策略。如何利用阳光、风、温度、振动和其他自然现象进行能量获取，仍是当前乃至未来都需要重视的问题。

（2）无线网络技术

工业无线网络技术是最主要的关键技术，具体包括通信与组网技术、基础服务与网络管理技术、网络规划与部署技术。为了满足工业应用的性能要求，需要研究包括新型调制与编码技术、自适应跳频技术、信道调度技术、功率控制技术、Mesh网络路由技术、互联技术、共存技术、跨层设计与优化技术等系列通信与组网技术。

（3）完善网络管理(www.xing528.com)

基础服务是网络运行和实现应用的根基；网络部署后，全程都需要进行网络管理，随着工业无线网络的进展，工业无线网络的规模和应用范围逐渐扩大。如何对网络进行管理，提高网络性能和服务质量成为一项迫切的任务。针对基础服务和网络管理，需要研究以下技术：低开销高精度的时间同步技术、快速节点定位技术、实时网络性能监视与预警技术、高效可扩展的拓扑管理技术、工业数据的分布式管理技术、综合能量管理技术、简单实用的安全管理技术等。

（4）实现网络规划

工业无线网络具有规模大、应用环境复杂等特点。测点数量、位置及分布范围直接决定网络的结构、性能和成本，同时决定了网络调试及维护的成本和难度。自供电形式要求网络调试、维护带来的能耗最小。如何实现面向智能电网的传感器网络的最优规划与部署是面临的另一个挑战。

（5）海量信息整合

工业无线网络的应用带来了海量的信息，如何处理和融合这些海量、实时信息，产生出新的有应用价值的信息，成为当前面临的又一新难题。物联网的引入，使工业信息出现爆炸式增长，构建集海量感知信息实时获取、高效融合、特征提取和内容理解为一体的跨时空协同计算的理论体系和方法体系，正待开展进一步的探究。

在物联网的支撑下，新的制造企业运作模式会呈现出新的特征和趋势。制造企业与客户和市场的联系将更为密切。由于物联网的应用，企业对制造过程的追踪能力大为提升，对售后产品的监测和服务手段更强，促成了以批量生产为目标地专注于生产为中心的管理模式，转向面向客户需求为主、同时兼顾生产效率的定制化、个性化制造模式。生产的组织弹性更大，将在社会化集成的层面上适应市场变化的需求。企业的专业化高效运行、制造资源的社会化无缝集成，使得制造可以在无边界企业意义上的社会化环境下及时重组，实现更大跨度的资源整合。

管理层次的减少和优化具备了基本条件，决策将更为有效。在物联网信息技术的支持下，企业的社会化分工将更为专业，完成全制造过程链上的各企业具有天然的平等地位，物联网的应用使对制造过程链上各企业的平等管理具备了组织前提和支撑条件，使企业管理效率空前提高。

总之，基于物联网的工业自动化是人机和谐智能制造系统发展的新历史阶段。物联网将改变工业生产、经营和管理模式。