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物聯網技術給工業自動化領域帶來的顛覆性變革_0

未知 2019-06-19 14:08

  隨著物聯網被大陸十二五規劃列為國家戰略性新興產業,業內專家預計2020年前后,信息技術將會遭遇到漸進式改進難以持續發展的重大障礙,或者另一種解釋是,十年之內在信息技術領域,想要在技術上取得重大突破的可能性比較小。

  物聯網不僅僅提供了傳感器的連接,其本身也具有智能處理的能力,能夠對物體實施智能控制,將傳感器和智能處理相結合,利用云計算、模式識別等各種智能技術,擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據,以適應不同用戶的不同需求,發現新的應用領域和應用模式。

  目前,醫療電子、智能家居、物流管理和電力控制等行業的應用較為普遍。在已經成熟的平臺和產品基礎上,通過與應用傳感單元的結合,擴展物聯和感知的支持能力,發掘某種領域物聯網應用,通過拓展后臺應用處理和分析功能,向物聯應用綜合系統上發展。

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  物聯網正在融入工業自動化體系

  在工業自動化領域,隨著應用和服務向云端運算轉移,資料和運算位置的主要模式都已經被改變了,由此也給嵌入式設備領域帶來顛覆性變革。

  物聯網的提出給兩化融合的進一步解決提供了一個新的突破口,新型制造業的發展是基于自動化技術的應用,物聯網的應用改變了傳統自動化技術中被動的信息收集方式,實現了自動、準確、及時地收集生產過程的生產參數。傳統的工業生產采用M2M(MachinetoMachine)的通信模式,實現了機器與機器間的通信,而物聯網通過ThingstoThings的通信方式實現人、機器和系統三者之間的智能化、交互式無縫連接,從而使得企業與客戶、市場的聯系更為緊密,企業可以感知到市場的瞬息萬變。例如在鋼鐵行業中,物聯網的存在,使得管理決策人員能夠實時地掌握價格的漲幅變化以及原材料的變化,從而對生產做出準確、合理的調節;基于ERP的管理理念使得管理理念得到了改變,從而提高了管理效率。

  在計算機、通信和網絡技術發展的推動下,工業通信技術的發展經歷了20世紀六七十年代的模擬儀表控制系統、20世紀八九十年代的集散控制系統(DCS)和20世紀末的現場總線控制系統(FCS)階段,正朝著智能化和網絡化的方向不斷發展。

  正式如此,物聯網與工廠生產設備的融合,可以對工廠在生產過程中所產生的各種污染源,進行實時監控。把傳感器應用到設備、油氣管道中,可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全狀態信息等。還可對危險物品的運輸進行監控,對每一批運輸、每一批物料的特征進行描述,如此一來,就可以追蹤到每一個貨柜或散貨中的原物料,提供更多的安全保障。

  除了對危化品進行全程跟蹤和監控,工廠在制造過程中,對于水、油、氣的運輸及設備遠程控制的需求,也因為油電雙漲的趨勢,必須變得比過去更加謹慎。而利用RFID可以追蹤和管理油氣資源設施間的輸送環節,提高油氣運輸安全性,并可利用RFID可以遠程遙控油氣管道的閥門開關,平衡油氣流動,進而使設備的管理更加智能化。

  物聯網應用在智慧工廠,具有相當廣泛的應用前景,經濟效益和社會效益明顯。導入物聯網的智慧工廠,至少可以實現以下五個功能,即:電子工單、生產過程透明化、生產過程可控化、產能精確統計、車間電子看板。通過這五大功能,不但可實現制造過程資訊的視覺化,對于生產管理和決策也會產生許多作用。

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  物聯網成為工業轉型的關健技術

  近幾年來,只要是從事制造生產業務的企業,都曾聽聞某大電子制造業龍頭,誓言部署百萬機器人大軍,終至發展出可關燈生產的無人工廠,隨著此一效應推波助瀾,已迫使由來許久的自動化工控年代,處于即將邁向智能化工控年代的轉折點。

  許多工廠,即使被歸類在傳統產業,其實早在10年、甚至20年之前,就開始導入自動化,普遍常見的景況是,在前端引進PLC集成控制設備、傳感器等裝置,后端則布建了具備資料搜集功能的計算機,再運用諸如模糊算法(FuzzyControl)等實時控制方式,借以追求工廠運行之最適化。

  只不過,若僅借助自動化,多半可使工業制造流程滿足效率層面的需求,但假使業者欲隨時因應市場需求,亟盼能彈性調整產能、促進空間有效利用,并有效降低生產成本,種種愿景,實已進入智能層面的格局,并無法單純倚靠自動化技術來加以實現。在此前提下,如何運用有效的智能化手段,繼而管理自動化設備,已然成為制造企業不容回避的重大課題,值此盤旋待變的時刻,物聯網(TheInternetofThings;IoT)技術即顯得相當重要。

  究竟一個植基于物聯網技術的智能工廠,大抵呈現何等樣貌?首先,在智能工廠環境內部,通常會有一套名為資料采集與監控系統(SCADA)的系統,旨在作為監控及控制所有設備的集中式控制臺,假使沒有此系統,就會有一群分散在特定區域,并許多系統組合而成的分散式控制系統(DCS)。

  在此之中,絕大部分的前端控制,系由遠程終端控制系統(RTU)或PLC負責進行,主系統一般僅肩負系統監控層級的控制任務。舉例來說,針對空調系統,即由PLC負責控制主機及冷卻水塔的容量與流量,至于SCADA系統,則提供一個可供變更設定的操作機制,俾使操作員改變容量或流量的目標值,一旦將需要告警的條件設定妥善,日后萬一出現水位偏低、流量不足乃至于溫度過高等情況,PLC或RTU就會運用回授控制的方式,借以控制流量或溫度,與此同時,SCADA仍將全程監控系統的整體效能。

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  物聯網給自動化行業帶來新挑戰

  隨著相關支持技術的不斷成熟,物聯網應用范圍正在逐步擴大,工業制造業業領域將是其應用的重要方向。而工業自動化技術與物聯網的互相融合也必然成為智能制造領域未來的發展趨勢。

  當今制造業的產業模式已逐漸產生根本性的變化,信息化、智能化及網絡化成為不可抵擋趨勢。透過物聯網的應用,擴展制造業既有的IT投資,延伸互聯網價值,運用感測技術將當下發生的事信息化,提高生產監管效率。物聯網可廣泛運用在制造業的不同層面,包含生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測,生產過程的智能監控、智能控制、智能診斷和智能決策等,其主要概念是實時感知、辨識,產生決策及有效控制。

  與物聯網的融合將給自動化系統帶來新的挑戰,首先,在傳統的自動化系統中,設備大多獨立或組成局部網絡運作,設備互聯僅限于控制器與控制設備之間。而在物聯網中,為了實現云服務、云計算等智能應用,設備將進行廣泛、深度地互聯。在這種背景下,信息安全問題日益凸顯,傳統的生產安全、機器安全需要結合新的需求加以改進。

  其次,數量龐大的物聯網節點將會產生海量的業務信息,如何對這些信息進行處理,提取、綜合成真正需要的信息,成了傳統自動化系統所面臨的新需求;此外,發展物聯網的最終目的是為社會和公眾提供更好的服務。傳統自動化行業由于缺乏物聯網中豐富的感知信息和無所不在的聯通能力,而在智能業務提供上存在局限性。

  基于此,傳統的工業自動化系統需要在各個環節與先進物聯網技術融合,并在物聯網專用芯片、終端應用系統開發、互聯互通、信息安全、測試技術、標準體系等方面進行全面升級。物聯網化的工業自動化產品,將趨于小型化、網絡化、低成本化,有利于加強對生產過程的控制,提高生產力。

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