物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用王俊偉新浪微博俊偉junwei2012年12月14日目錄/contents工業(yè)控制系統(tǒng)的概述物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)與先進(jìn)制造技術(shù)結(jié)合的領(lǐng)域解決物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問題如何推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)前景工業(yè)控制系統(tǒng)概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的CCS（計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)引領(lǐng)中國物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的創(chuàng)新發(fā)展），到第二代的DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）[1]。對(duì)諸如圖像、語音信號(hào)等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊螅执呱水?dāng)前在商業(yè)領(lǐng)域風(fēng)靡的以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。這股工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無線技術(shù)等多種當(dāng)今流行技術(shù)融合進(jìn)來，從而拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機(jī)遇。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展

最早在50年代中后期，計(jì)算機(jī)就已經(jīng)被應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。60年代初，出現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)完全替代模擬控制的控制系統(tǒng)，被稱為直接數(shù)字控制（DirectDigitalControl,DDC）。70年代中期，隨著微處理器的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)新的快速發(fā)展的時(shí)期，1975年世界上第一套以微處理為基礎(chǔ)的分散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)問世，它以多臺(tái)微處理器共同分散控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集中管理，被稱為集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem,DCS）。進(jìn)入80年代以后，人們利用微處理器和一些外圍電路構(gòu)成了數(shù)字式儀表以取代模擬儀表，這種DDC的控制方式提高了系統(tǒng)的控制精度和控制的靈活性，而且在多回路的巡回采樣及控制中具有傳統(tǒng)模擬儀表無法比擬的性能價(jià)格比。80年代中后期，隨著工業(yè)系統(tǒng)的日益復(fù)雜，控制回路的進(jìn)一步增多，單一的DDC控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)控制要求和生產(chǎn)工作的管理要求，同時(shí)中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī)的性能價(jià)格比有了很大提高。于是，由中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī)共同作用的分層控制系統(tǒng)得到大量應(yīng)用。

進(jìn)入90年代以后，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得DCS系統(tǒng)得到進(jìn)一步發(fā)展，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性，在今天的工業(yè)控制領(lǐng)域DCS仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，但是DCS不具備開放性，布線復(fù)雜，費(fèi)用較高，不同廠家產(chǎn)品的集成存在很大困難物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用制造業(yè)供應(yīng)鏈管理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于企業(yè)原材料采購、庫存、銷售等領(lǐng)域，通過完善和優(yōu)化供應(yīng)鏈管理體系，提高了供應(yīng)鏈效率，降低了成本?？罩锌蛙?Airbus)通過在供應(yīng)鏈體系中應(yīng)用傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建了全球制造業(yè)中規(guī)模最大、效率最高的供應(yīng)鏈體系。生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提高了生產(chǎn)線過程檢測(cè)、實(shí)時(shí)參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測(cè)的能力和水平。生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護(hù)水平不斷提高。鋼鐵企業(yè)應(yīng)用各種傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)，在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。產(chǎn)品設(shè)備監(jiān)控管理各種傳感技術(shù)與制造技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品設(shè)備操作使用記錄、設(shè)備故障診斷的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

環(huán)保監(jiān)測(cè)及能源管理物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設(shè)備的融合實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在重點(diǎn)排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設(shè)備，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以遠(yuǎn)程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。電信運(yùn)營商已開始推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的污染治理實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)解決方案。工業(yè)安全生產(chǎn)管理把感應(yīng)器嵌入和裝備到礦山設(shè)備、油氣管道、礦工設(shè)備中，可以感知危險(xiǎn)環(huán)境中工作人員、設(shè)備機(jī)器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現(xiàn)有分散、獨(dú)立、單一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺(tái)提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、準(zhǔn)確辨識(shí)、快捷響應(yīng)、有效控制。

物聯(lián)網(wǎng)與先進(jìn)制造技術(shù)結(jié)合的領(lǐng)域泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立服務(wù)于智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，為制造中的設(shè)計(jì)、設(shè)備、過程、管理和商務(wù)提供無處不在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。目前，面向未來智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展還處于初始階段。泛在制造信息處理技術(shù)建立以泛在信息處理為基礎(chǔ)的新型制造模式，提升制造行業(yè)的整體實(shí)力和水平。目前，泛在信息制造及泛在信息處理尚處于概念和實(shí)驗(yàn)階段，各國政府均將此列入國家發(fā)展計(jì)劃，大力推動(dòng)實(shí)施。

人機(jī)交互技術(shù)傳感技術(shù)、傳感器網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)以及新材料的發(fā)展，提高了人機(jī)交互的效率和水平。目前制造業(yè)處在一個(gè)信息有限的時(shí)代，人要服從和服務(wù)于機(jī)器。隨著人機(jī)交互技術(shù)的不斷發(fā)展，我們將逐步進(jìn)入基于泛在感知的信息化制造人機(jī)交互時(shí)代。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)采用真三維顯示與人機(jī)自然交互的方式進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)一步提高制造業(yè)的效率。目前，虛擬環(huán)境已經(jīng)在許多重大工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和研究。未來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展方向是三維數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)過程仿真、真三維顯示和裝配維修等?？臻g協(xié)同技術(shù)空間協(xié)同技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是以泛在網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互、泛在信息處理和制造系統(tǒng)集成為基礎(chǔ)，突破現(xiàn)有制造系統(tǒng)在信息獲取、監(jiān)控、控制、人機(jī)交互和管理方面集成度差、協(xié)同能力弱的局限，提高制造系統(tǒng)的敏捷性、適應(yīng)性、高效性。平行管理技術(shù)未來的制造系統(tǒng)將由某一個(gè)實(shí)際制造系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)虛擬的人工制造系統(tǒng)所組成。平行管理技術(shù)就是要實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)與虛擬系統(tǒng)的有機(jī)融合，不斷提升企業(yè)認(rèn)識(shí)和預(yù)防非正常狀態(tài)的能力，提高企業(yè)的智能決策和應(yīng)急管理水平。

電子商務(wù)技術(shù)目前制造與商務(wù)過程一體化特征日趨明顯，整體呈現(xiàn)出縱向整合和橫向聯(lián)合兩種趨勢(shì)。未來要建立健全先進(jìn)制造業(yè)中的電子商務(wù)技術(shù)框架，發(fā)展電子商務(wù)以提高制造企業(yè)在動(dòng)態(tài)市場(chǎng)中的決策與適應(yīng)能力，構(gòu)建和諧、可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)制造業(yè)。系統(tǒng)集成制造技術(shù)系統(tǒng)集成制造是由智能機(jī)器人和專家共同組成的人機(jī)共存、協(xié)同合作的工業(yè)制造系統(tǒng)。它集自動(dòng)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化于一身，使制造具有修正或重構(gòu)自身結(jié)構(gòu)和參數(shù)的能力，具有自組織和協(xié)調(diào)能力，可滿足瞬息萬變的市場(chǎng)需求，應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。解決物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問題工業(yè)用傳感器工業(yè)用傳感器是一種檢測(cè)裝置，能夠測(cè)量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉(zhuǎn)化為可傳輸、可處理、可存儲(chǔ)的電子信號(hào)或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量?？梢哉f，沒有眾多質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)體系。

工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)是一種由大量隨機(jī)分布的、具有實(shí)時(shí)感知和自組織能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡(luò)，綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，具有低耗自組、泛在協(xié)同、異構(gòu)互連的特點(diǎn)。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是繼現(xiàn)場(chǎng)總線之后工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)技術(shù)，是降低工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)成本、提高工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用范圍的革命性技術(shù)，也是未來幾年工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品新的增長點(diǎn)，已經(jīng)引起許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。

工業(yè)過程建模沒有模型就不可能實(shí)施先進(jìn)有效的控制，傳統(tǒng)的集中式、封閉式的仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。工業(yè)過程建模是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析、仿真和先進(jìn)控制必不可少的基礎(chǔ)。此外，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用還面臨工業(yè)集成服務(wù)代理總線技術(shù)、工業(yè)語義中間件平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)問題。怎么推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程是一個(gè)規(guī)模龐大的復(fù)雜技術(shù)革新過程，可以從垂直和聚合兩個(gè)方面推動(dòng)其應(yīng)用。

垂直應(yīng)用是指企業(yè)結(jié)合自身的特點(diǎn)、行業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制。垂直應(yīng)用與行業(yè)生產(chǎn)和業(yè)務(wù)流程緊密結(jié)合，通過提供集成化的行業(yè)解決方案，為行業(yè)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)管理提供各種服務(wù)。如在汽車行業(yè)中，產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中的企業(yè)各自建立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，感知車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)，車載控制模塊匯聚和發(fā)送車輛信息，完成對(duì)車輛的控制。

聚合應(yīng)用是跨行業(yè)的應(yīng)用，是基于公共服務(wù)平臺(tái)的信息化服務(wù)。聚合應(yīng)用是運(yùn)營商和解決方案提供商以行業(yè)用戶、家庭用戶和個(gè)人用戶為重點(diǎn)，規(guī)模化推廣和普及基于物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)和服務(wù)。如集成應(yīng)用車載傳感網(wǎng)、GPS定位、通信等技術(shù)的汽車，可以提供全方位和全天候的檢測(cè)、導(dǎo)航、娛樂、呼救等信息服務(wù)，再通過公共服務(wù)平臺(tái)完成信息維護(hù)和綜合服務(wù)運(yùn)營。消費(fèi)者、整車廠、維修商、車輛管理機(jī)構(gòu)均可共享信息和服務(wù)，從而進(jìn)一步完善整車和零部件的設(shè)計(jì)和工藝流程，實(shí)現(xiàn)車輛全生命周期管理。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用必須堅(jiān)持以業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)為主，找準(zhǔn)工業(yè)領(lǐng)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)的切入點(diǎn)當(dāng)前，可在部分需求迫切、技術(shù)成熟、效益明顯、帶動(dòng)性強(qiáng)的工業(yè)領(lǐng)域，圍繞關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用試點(diǎn)，催生和推進(jìn)中國智能工業(yè)的發(fā)展。裝備制造業(yè)供應(yīng)鏈管理借助射頻識(shí)別等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備產(chǎn)品的數(shù)字化物流管理，推動(dòng)上下游協(xié)作廠商共同應(yīng)用先進(jìn)物流管理技術(shù)，建設(shè)一個(gè)相互支持的裝備制造現(xiàn)代物流群，提高整個(gè)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代物流與裝備制造的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。天津空港物流加工區(qū)食品安全追溯體系發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)在貨物追蹤、識(shí)別、查詢、信息等方面的作用，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、收購、屠宰、加工、運(yùn)輸、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品生產(chǎn)全過程關(guān)鍵信息的采集和管理，保障食品安全追溯，實(shí)現(xiàn)對(duì)問題產(chǎn)品的準(zhǔn)確召回。食品安全追溯整體系統(tǒng)構(gòu)架石化設(shè)