物联网是什么

物联网是什么,第1张

物联网就是通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
通俗地讲,物联网就是“物物相连的互联网”,它包含两层含义:
第一,物联网是互联网的延伸和扩展,其核心和基础仍然是互联网;
第二,物联网的用户端不仅包括人,还包括物品,物联网实现了人与物品及物品之间信息的交换和通信。
物联网作为新一代信息技术的高度集成和综合运用,具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点,是继计算机、互联网、移动通信网之后信息产业发展的又一推动者。

以下文章为CXO联盟特邀嘉宾 张晨博士 在2022年5月13日晚举办的中国泛化工行业数字化云端峰会上的精彩分享节选 。

一、 数字化转型从范围或广度来讲都比较大,对于化工行业来说,我们则定位在以下三个方面

1、 化工是一个高危行业,从建立客户需求敏捷供应链角度来看。供应链产业的安全稳定是一个重要抓手。

2、 化工的产业链很长,包括基础化工、精细化工、纺织化纤、石油化工等等,对于化工产业来讲,全局、全流程的优化,确保这个价值链的最大化也是一个重要抓手。

3、 整个数字化赋能的目的是为了使这个行业更加绿色,因为化工的高危行业,所以整个环境的实时监控,整个生产的环保安全,也是一个很重要抓手。

二、化工行业跟其他行业有相似之处,也有有区别的地方,那为什么会跟其他行业有一些差别呢?

因为化工行业自身的特点。简单的一个说法叫 “三传一反” 。

什么叫“三传一反”。做一个形象的比喻,我们人体实际上是一个很大的化工厂,当然他是一个生物化工。我们人的身体里面平时一直在发生各种各样的化学反应。 “三传” 就是传热、传质、传动能。试想一下我们的呼吸系统、循环系统、消化系统等等,它实际上跟周围的环境保持着传热,不光是皮肤,还有我们的内脏,包括血液系统,它实际上都是传热,不管是冬天夏天,大家都会有这样的感觉。“传质”可以理解为我们吃食物进行消化,实际上是有物质在传送。“传动能”就是我们人体的循环。任何一样东西都在里面有流动,血液,包括各种各样的物质,营养通过我们的心脏来进行整个提供动能到各内脏的吸收营养的化学反应,实际上跟一个大型的化工厂类似。“三传一反”的特色从我们人自身的角度也能看出来,每分每秒都在发生,以维持这个生命。

那么在这样“三传一反”的这个特点下,实际上就是5G和AI的赋能,跟其他行业,或者说其他的制造业都有一定区别。

三、5G和AI如何赋能化工企业数字化发展?

从体系架构上来讲,底层要有5G甚至于是以后6G的物联网的架构,在这个之上要有工业大数据的中台和平台,再在这之上去进行数据的治理。在这个过程当中数据的支撑就包括AI,在上面使用的有各类的专家系统、机器学习、知识图谱,以及支撑安全、环保决策生产的各类应用等。

四、设备基于5G可以做些什么呢?
巡检、监控、应急指挥、移动作业,无限的素材,还有人员定位。具体来说包括以下几类:

1、 可以用视频来做行为的识别;

2、 用于危化品的管理;

3、 用于报警管理;

4、 用于突发状态下的应急管理。

在环保和排放方面,5G和大数据分析的赋能就显得尤为重要。例如在一个园区或周边社区进行溯源调控,通过风险评估以及空气流畅的扩散模型来计算来追溯在这个园区里面的哪一家,或是哪个源头有污染排放、有机物排放等,如果通过传统方式,靠人肉眼去看,或鼻子去闻这样肯定达不到理想效果。找到源头不是为了让大家互相推诿,或瞒天过海。想要解决问题首先重要的是把问题根源找出来。通过5G和网格化的传感器的布置、大数据的分析就能够极大的提升能力,使绿色低碳的发展水平能够得到赋能去实现。这就是5G赋能的一个重要点。

五、AI人工智如何赋能化工行业?

通过人工智能的算法赋能在数字化摄像头上可以做很多工作。包括 防火安全服检测 ; 人员的异常行为检测 。 周边环境检测 , 是否有烟雾、火灾、本身 *** 作流程问题的检测。 这些检测有了之后能够替代原来安全员的很多工作,或者是辅助工作,比如说报警事件的截图,视频的合成,原始记录的跳跃。可以自动去分级通知应急的处理和现场多媒体的互动等,这些都是能够通过 AI和5G的场景去做的事情。而AI的算法。可以在相当程度上去提升我们原来靠人工去监控的这样一个作用的这个效果。甚至于在未来有可能甚至于都是用全自动来做,这就是一个探索方向。

CXO联盟(CXO UNION)、数字化转型网共同出品

哐哐智造(kitweecom)是一款基于物联网技术的云MES生产管理平台。

工业物联网是指将“物联网”的概念与工业相结合,物联网是基于互联网延伸而来,简单来说物联网就是物物相连的互联网。传统机器是死物,数据之间无法互联互通,物联网技术就是打破机器与人之间的隔阂,随时随地管理工厂。

MES是企业生产执行系统,通过物联网的技术将生产设备数字化,再通过云端大数据分析将人-机-企业管理联系起来的系统。

哐哐智造MES系统利用物联网的技术,硬件加软件的方法实现了数据的自动收集与上传,用户可以随时通过手机查看物料消耗、产能以及设备的相关数据,出差也可以通过哐哐云眼监控厂房,加上设备的报警提醒功能,真正实现了生产过程的可视化、实时化和智能化,通过移动监控真正解决用户生产管理难的问题。

说起智能工厂,人们总是将其与无人化工厂相联系,其实智能工厂并不一定是“黑灯工厂”,或者说,智能工厂也不应该仅仅是“黑灯工厂”。对于现在大部分存量工厂而言,如何变成智能工厂,其实就是要弄清楚对于存量工厂而言,其痛点是什么;或者说,什么方式可以帮助其智能化转型,并为其所用。在 科技 进化到一定阶段之前,存量工厂如何智能化?

那么,在探讨存量工厂智能化转型之前,我们首先要知道几个概念:物联网是什么?工业互联网又是什么?

简单来说,工业互联网由工业物联网和产业互联网组成。

工业物联网是物联网(IoT)在工业场景的应用,可以打通工业“人机物法环测”六大要素。

产业互联网使产业链上下游互联互通。

工业互联网+云计算+大数据处理+人工智能,构成针对工业的综合性技术。

对于单体工厂来说,IoT是变成智能工厂的第一步,只有迈出了这第一步,才能实现数字化、智能化。

阿尔卑斯系统集成(大连)有限公司(简称“ALSI”)为制造业提供多元化智能工厂规划方案。其中,ALSI大连IoT解决方案主要根据制造现场实际情况,完成“人机物法环测”六要素有效数据的自动采集与上传,并进行数据分析与管理。

总体来说,ALSI大连IoT解决方案有五大特点:

1适用范围广。无论是由专用设备组成的产线,还是通用设备,都可以采用。

2具有强大的兼容性。无论一条产线上有多少种不同品牌、型号的设备,都可以统一入网进行全自动数据采集。

3接口完全开放,可与各种管理软件无缝衔接。如MES、PLM、WMS,都可调用ALSI的IoT解决方案采集的数据,也可以通过ALSI直接定制智能产线控制系统,实现现场管理的智能化转型。

4传感器技术先进。ASLI大连的集团公司ALPSALPINE,是世界知名的传感器研发生产企业,品质卓越,技术领先。“稳定”、“安全”是它的特点;“精准”、“可靠”是客户对它的评价。ALSI大连在IoT解决方案中根据应用场景需求选用最适合的传感器,完成向智能工厂转型的坚不可摧“基建”工作。

5成本相对较低、实施难度小。以生产设备智能管理为例,其成本仅为PLC的1/3,加装数采设备时不用停产,而且数采设备可以随时更换,或用于其它设备或产线,自由、方便、灵活。

对于存量工厂而言,一味地追求智能工厂建设不科学,而直接转变为“黑灯工厂”更是不现实的事情,在一定的 历史 时期,我们要考虑智能工厂的目的是什么,或者说,对于存量工厂来说,什么才是“智能工厂”,那一定是落地的、切实可行、将影响降到最小的解决方案,才是其智能化的切入点。

更多智能制造解决方案详见

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1、全面感知

利用无线射频识别(RFID)、传感器、定位器和二维码等手段随时随地对物体进行信息采集和获取。 感知包括传感器的信息采集、协同处理、智能组网,甚至信息服务,以达到控制、指挥的目的。

2、可靠传递

是指通过各种电信网络和因特网融合,对接收到的感知信息进行实时远程传送,实现信息的交互和共享,并进行各种有效的处理。在这一过程中,通常需要用到现有的电信运行网络,包括无线和有线网络。

由于传感器网络是一个局部的无线网,因而无线移动通信网、3G网络是作为承载物联网的一个有力的支撑。

3、智能处理

是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,对随时接受到的跨地域、跨行业、跨部门的海量数据和信息进行分析处理,提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力,实现智能化的决策和控制。

扩展资料:


基本功能

在线监测:这是物联网最基本的功能,物联网业务一般以集中监测为主、控制为辅。

定位追溯:一般基于传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等GPS(或其他卫星定位,如北斗)和无线通信技术,或只依赖于无线通信技术的定位,如基于移动基站的定位、RTLS等。

报警联动:主要提供事件报警和提示,有时还会提供基于工作流或规则引擎(Rule“sEngine)的联动功能。

指挥调度:基于时间排程和事件响应规则的指挥、调度和派遣功能。

预案管理:基于预先设定的规章或法规对事物产生的事件进行处置。

安全隐私:由于物联网所有权属性和隐私保护的重要性,物联网系统必须提供相应的安全保障机制。

远程维保:这是物联网技术能够提供或提升的服务,主要适用于企业产品售后联网服务。

在线升级:这是保证物联网系统本身能够正常运行的手段,也是企业产品售后自动服务的手段之一。

参考资料来源:百度百科-物联网概念

物联网的体系结构可以分为感知层,网络层和应用层三个层次。

感知层。是物联网发展和应用的基础,包括传感器或读卡器等数据采集设备、数据接入到网关之前的传感器网络。感知层以RFID、传感与控制、短距离无线通信等为主要技术,其任务是识别物体和采集系统中的相关信息,从而实现对“物”的认识与感知。

网络层。是建立在现有通信网络和互联网基础之上的融合网络,网络层通过各种接入设备与移动通信网和互联网相连,其主要任务是通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现信息的传输、初步处理、分类、聚合等,用于沟通感知层和应用层。目前国内通信设备和运营商实力较强,是我国互联网技术领域最成熟的部分。

应用层。是将物联网技术与专业技术相互融合,利用分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务。应用层是物联网发展的目的。物联网的应用可分为控制型、查询型、管理型和扫描型等,可通过现有的手机、电脑等终端实现广泛的智能化应用解决方案。

资料拓展:

物联网的整个结构可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成,两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后,通过internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统的中间件,然后通过ONS解析获取产品的对象名称,继而通过EPC信息服务的各种接口获得产品信息的各种相关服务。整个信息系统的运行都会借助internet的网络系统,利用在internet基础上的发展出的通信协议和描述语言。

因此我们可以说物联网是架构在internet基础上的关于各种物理产品信息服务的总和。从应用角度来看,物联网中三个层次值得关注,也即是说,物联网由三部分组成:一是传感网络,即以二维码、RFID、传感器为主,实现对“物”的识别。二是传输网络,即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算。三是应用网络,即输入输出控制终端。

羧酸减水剂生产控制系统的工业物联网框架设计与实现

严海蓉1,王子明2
(1北京慧物科联科技有限公司,北京 100124,2北京工业大学,北京 100124)

摘要:工业物联网既提供了在生产过程中获取并控制聚羧酸减水剂生产设备的信息的方式,也提供了基本的网络架构,方便系统集成和扩展。该框架在分析了聚羧酸减水剂生产流程的基础上被划分为设备控制层、通讯层和应用服务层。根据实际应用需求,描述了工业物联网架构可以方便接入设备,贴近工艺完成软件,并让机器具有智能。企业应用案例表明该系统能够有效地实现生产状态跟踪监测和生产设备自动控制的目标,对进一步研究工业物联网技术和解决方案具有一定的参考价值。
关键词:工业物联网;自动化控制系统;聚羧酸减水剂生产设备
中图分类号:TP273 文献标识码:A

Theindustrial IOT design of automatic control system for polycarboxylate superplasticizer
YAN Hairong1, Wang Ziming2
(1.Beijing Sophtek Corp,2 Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

0引言
原来的聚羧酸减水剂生产自动化控制不能充分满足生产工艺要求,存在的主要问题是:
1) 新设备接入非常困难;
2) 同类不同厂家设备不方便更换;
3) 匀速滴加过程中不能达到理想的控制速度,传统PID算法波动较大,常需要人工手动干预;
4) 温度控制需要人工参与控制,无法完成全自动;
电话 扣扣53O934955
工业物联网是工业40的支撑框架。物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。它的发展离不开应用,面向工业自动化的工业互联网技术是物联网的关键组成部分[1]。工业物联网通过将具有感知能力的智能终端、无处不在的移动计算模式、泛在的移动网络通信方式应用到工业生产的各个环节,提高制造效率,把握产品质量,降低成本,减少污染,从而将传统工业提升到智能工业的新阶段[2]。
工业物联网框架中,整个系统具有强大的数据服务器,能够进行大数据的计算。在数据量足够的时候能够利用网络智能来帮助企业进行决策、配方优化和自动的设备维护等。
整个控制系统具有分布式智能能力。整个系统中,可以把数据都送到中控部分来完成;也可以将一些需要及时处理的,如温度控制等,直接由现场控制来完成。系统通常分为中央控制单元和分布的现场控制单元,中央控制单元由工业控制计算机充当,现场控制单元则由高可靠、抗干扰的工业级微控制器和与当前控制需求相配套的附加电路模块组成。依托微控制器的实时处理能力可以完成对现场生产进行实时调节控制,并且通过总线实现现场控制单元与中央控制单元进行数据交互,使生产过程表现出整体性、协调性,从而优化生产工艺、提高生成效率。
系统通过总线把各个独立的控制模块组织成在一起。控制模块的独立性,使得系统中各个分布的控制模块检修、升级、数量扩充都很方便,也为在生产规模扩大时控制系统扩充预留了接口。
因此工业物联网框架才能彻底解决传统控制的一些问题,真正贴合聚羧酸减水剂生产工艺。
1 系统概要设计
根据聚羧酸减水剂的生产过程,可以将聚羧酸减水剂自动化控制系统分为设备控制层、通讯层和应用服务层,系统框架如图1所示。
图1 系统框架图
图1中,应用服务层主要实现对生产过程中实时数据和生产状态的跟踪监测和管理,同时提供各种应用UI接口,用户可以通过使用计算机、手机等手持设备登录客户端来访问或获取所需要的数据或信息等,从而实现物联网的厂内处处可访问。一旦将企业网络与公共网络连接,用户登录后就可以实现生产数据随处可访问。
应用服务层中还包括有控制逻辑层,控制逻辑层通过与 *** 作人员进行交互,并且汇集、分析、存储和处理生产过程中的实时数据和生产状态,实现生产过程的逻辑控制。
通讯层主要实现设备控制层、控制逻辑层和应用服务层之间的可靠传输。
设备控制层主要实现原始数据的采集与分析、数据和状态的上传、控制指令的接收等。嵌入式控制器内的智能逻辑将和聚羧酸减水剂生产各工序要求的生产工艺(加料、滴加、温度调节、pH调节)等紧密贴合,并与控制逻辑层相互通讯完成所要求的工艺精密控制。
整个系统采用划分层次的设计思路使得系统具有很好的可移植性,各种传感器可以灵活的接入系统。这样新系统的总体实现或者旧系统的扩展可以采用“搭积木”的方式完成构建。

2 系统详细设计
根据以上设计的系统工业物联网框架和体系结构,本研究将以北京某公司的具体项目为例,详细介绍该系统的设计和应用过程。
21设备接入示例
基于工业物联网架构的设计,可以很容易的接入各种设备。比如如图2所示的聚羧酸减水剂自动化控制系统接入了一个服务器、一个 *** 作员站、若干显示器、2个控制站,若干现场设备和用户手机。
图2基于工业物联网架构的设备接入实例
服务器负责存储生产数据,包括生产 *** 作日志和生产过程数据,便于生成台帐和报表。也可以与各种财务、资产管理软件连接。同时,负责承载起局域网与大网络的连接工作。
*** 作员站上运行的软件,方便 *** 作员在中控室来 *** 作现场各种阀门、电机等开停,从而按照工艺过程完成生产。
控制站自动获得 *** 作员 *** 作命令来控制现场设备,比如阀门等,同时也自动从现场设备获取各种状态,比如称重数据等传给控制室控制机器。
现场设备是包括传感器和各类执行器,比如秤、阀门等自动工作。
图中的手机设备是为了表示出工业物联网框架可以任意接入设备的特性。比如,在该框架下,巡视人员可以通过手机进行接入,完整现场紧急控制一些阀门的开或者是关。经理等就可以通过手机来查看每天生产数据。
同时,对于不同厂家的同类设备,该工业物联网框架也有较好的兼容能力。
22贴合工艺的软件设计
软件包括生产线管理软件和工业现场控制软件。生产线管理软件工作于生产管理计算机,主要实现工艺管理、配方管理;通过网络,根据权限,可调出 *** 作人员的现场 *** 作记录,完成对现场的远程管理。工业现场控制软件工作于车间级服务器中,主要通过与工艺以及现场布置相同的画面显示,使得 *** 作人员便于 *** 作,以实现现场设备仪表信号的采集、处理,配方管理和现场数据实时界面显示和控制等功能。
图3 聚羧酸合成控制生产工艺示意图

根据实际生产过程和自动化控制系统的特点,当前聚羧酸生产过程分大单体预化过程、 A、B料预混过程、A、B料计量罐加料过程、碱计量罐加料过程、A、B料滴加过程、反应釜搅拌控制过程、反应釜温度控制过程,针对不同的过程,分别实现其控制目标,从而达到完整生产过程的控制。
下面以工艺中的A、B料计量罐滴加控制为例来说明软件设计功能。
首先控制系统为用户提供友好的A、B滴加控制对话框,方便用户可视化 *** 作。用户可以选择采用以前输入的备用方案进行控制,也可以选择自己新输入方案进行空控制。总之都能够根据配方在规定的时间内,将指定质量的物料匀速加入到对应的反应釜中。
图4 启动已存备用方案滴加
图5 启动自定义方案采用三阶段定量滴加示例

其次控制系统采用分段式匀速滴加模式(图5),启动滴加时,控制系统计算出三个阶段分别的预期流速。控制系统实时读取当前计量罐的质量,并根据当前时间,计算出实时流速。控制系统根据实时流速和预期流速的差值,控制调节阀的开启度,从而控制滴加速度。
图6 滴加控制效果示意图(多阶段不同流速)

最后,显示出实时滴加工作界面(图6),工作工作误差一般不大于1%。
23机器学习的智能能力
原来控制系统由于没有采用物联网框架,数据存储量不充分,从而无法让机器自主学习。各种设备常常需要人来手工调整,设定最高最低值;控制过程需要人工进行干预,来辅助机器完成自动控制。
而现有的工业物联网架构,拥有了专门的数据服务器,从而可以存储较大量的数据。而对于这些数据进行分析而产生的机器智能不可小觑。
比如,以前温度控制时,只能根据人工经验设定一个固定的值。反应釜的材质、容量、夹套、搅拌电机、搅拌桨叶等设备本身因素会影响调温结果。
而往往由于冬夏的自来水、室内温度、物料温度、反应剧烈程度等也会影响调温结果。因此在控制系统安装后要进行长时间的人工参与测试来努力找到一个合适的最大最小值。而测试时间毕竟短,这个值一旦这个值固定后,后续生产时就无法轻易改变,为此生产 *** 作员常需要来观测这个温度控制过程并且来参与控制,否则很难达到理想的控制效果。
再比如对于滴加控制的PID算法,往往由设计者人为给定一个PID参数,也无法完全适应实际设备磨损等情况。
而基于工业物联网架构的控制时,可以在服务器端运行一个智能控件,由它来自动学习历史调温或者滴加流速的变化情况,不断训练软件,让软件重新找到合适的上下调节阈值,这样才可以真正达到完全自动化。整个系统拥有了自己不断学习的机器智能。

3 系统测试结果
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统在设计和开发完成后,在北京某工厂的实际生产线上投入使用。目前,该系统运行安全、稳定,大部分功能已经实现,达到了预期的效果。
在系统正式投入使用后,对系统的工业现场控制软件、生产线管理软件和嵌入式控制器进行了长时间的测试。针对实现过程中遇到的问题做了大量的调试工作。下面以实现滴加A料为例对系统的测试进行描述。
*** 作人员在控制室通过点击用户 *** 作界面的A料滴加阀门按钮进行滴加参数的配置,如图7所示。 *** 作人员需要输入的参数为滴加质量和滴加时间,同时系统也支持分阶段滴加。在点击开始滴加按钮后,服务器会向嵌入式控制器发送滴加A料指令。
图7 滴加A料配置界面
嵌入式控制器在接收到服务器下发的滴加A料指令后,会进行自动化控制,实现A料的滴加 *** 作,具体效果如图8所示。
图8 5个反应釜同时进行A料滴加曲线示意图
图8中5条不同颜色的线分别表示5个不同计量罐的A料滴加曲线,系统支持多个计量罐同时进行滴加 *** 作。左侧上升的直线表示向计量罐加入A料的过程,系统支持多个计量罐同时加料,质量控制精确,定量加料的误差在01%以内。右侧下降的曲线表示滴加A料过程,曲线的斜率即为速度。由图可知,系统基本上能够实现匀速滴加A料过程,同时,系统也支持连续4小时的滴加 *** 作,时间误差在1分钟左右。
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统投入运行后,提高了聚羧酸减水剂的产品质量,提高了工艺生产的自动化程度,大大减轻了 *** 作人员的劳动强度,提高了企业的竞争力。
4 结束语
本研究基于工业物联网架构设计的聚羧酸减水剂自动化控制系统对聚羧酸减水剂生产过程可以进行高效的跟踪管理,在实际应用中具有重要作用。它使聚羧酸减水剂生产设备具备了一定的数据感知、处理和通信能力,从而为企业制定更好的工艺流程提空帮助。同时,它也促使聚羧酸减水剂生产管理过程更加科学和精细化。该系统的成功开发设计为工业物联网在化工行业的推广打下了基础,做出了积极地探索。

参考文献:
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