物联网技术在工业自动化中的应用研究

来源：核心期刊咨询网时间：2022-05-12 10:3312

摘要：[摘 要]时代的迅速发展、科技的不断进步，促使工业生产逐渐向机械化、自动化方向迈进。物联网技术作为新时期振兴经济的关键技术之一，也被广泛应用到工业自动化领域。结合实践来看，该技术不仅提高了工业生产质量和效率，还有效降低了经营成本，有利于为工业企业创造更

　　[摘 要]时代的迅速发展、科技的不断进步，促使工业生产逐渐向机械化、自动化方向迈进。物联网技术作为新时期振兴经济的关键技术之一，也被广泛应用到工业自动化领域。结合实践来看，该技术不仅提高了工业生产质量和效率，还有效降低了经营成本，有利于为工业企业创造更多的经济效益，同时加快工业自动化发展进程。基于此，文章将对物联网技术进行概述，结合其应用现状，探索其在工业自动化中的实际应用。希望通过本文阐述，可以为相关人员进一步分析提供参考。

　　[关键词]物联网技术;工业生产;自动化;应用

　　新時期背景下，微处理、微计算机、信息化工程等现代化技术不断优化和完善，促进物联网技术应运而生，并广泛深入到各行各业。尤其近年来，我国工业化进程不断深入，工业企业面临的市场竞争压力与日俱增，很多企业为了有效提高生产能力、满足市场供应需求，尽可能降低生产成本，积极引入物联网技术，以此来强化自身核心竞争力，从而实现可持续发展目标。从宏观角度分析，将物联网技术应用到工业生产领域，还能够加快产业转型升级速度，为我国工业企业进军国际市场助力。由此可见，对物联网技术及其应用进行分析，无论对技术推广而言，还是对工业产业发展而言，都有十分重要的现实意义。

　　1 物联网技术概述

　　1.1 物联网概述

　　物联网是信息技术发展到最先进水平的典型代表，也被称为国际信息产业第三次浪潮，当前受到世界各国广泛关注，被当作发展经济、应对金融危机的关键技术，在实际应用中离不开末端设施设备的支撑。其组成结构较为复杂，包括传感系统、定位系统、工业系统等，能够在网络覆盖范围内与互联网有效结合，并通过信息安全保障机制，使人与人、人与物、物与物之间进行沟通交流。将其引入工业生产领域，可以实现在线监测、安全防控、调度指挥、远程控制、智能识别等多种功能，不仅可以提高工业生产效率和质量[1]，还能够减少生产成本，同时满足了节能减排需求，有利于促进工业企业向“管、控、营”一体化趋势发展。

　　1.2 物联网体系结构分析

　　现如今，物联网技术已经广泛渗透到人们的工作和生活中，在一定程度上改变了人们的生活方式和工作模式。结合实际应用对物联网体系结构进行分析，可以概括为以下内容：利用各类传感器、GPS系统、电子标签系统及相关数据信息，根据连接协议将生产对象与网际网络连接到一起，以此来实现定位跟踪、在线监测、智能识别等功能。另外，物联网技术中的“物”，并非日常生活中随处可见的物品，而是有一定的条件约束。例如，能够接收数据信息、具备储存能力和执行系统、有专用程序等要求[2]。将其引入工业生产中，主要可以分为3个层次，分别为感知层、传输层和应用层。其中传输层也被称为网络层，主要用于工业生产数据接入、传递等方面。

　　2 物联网关键技术

　　2.1 RFID及二维码技术

　　REID和二维码技术，是工业生产中较为常见的物联网技术，主要作用是描述“物”的属性。其中二维码技术是在一维码技术基础上发展而来的，即按照规律将黑白相间的几何形体平铺到平面中，以此来记录或识别数据信息。当前，该技术被广泛应用到工业生产管理过程中。而RFID技术，是通过空间耦合方式，在无接触情况下传递射频信号，以此来识别目标。该技术是建立在传统条形码技术基础上发展而来的，克服了条形码人工扫描、一次一读等弊端，能够准确无误地采集大量数据信息，并且抗干扰能力较强，即便在恶劣环境下运行，依然能够满足实时跟踪、高速读取等需求，也正因如此，使得该技术在工业生产领域得到广泛应用。

　　2.2 传感器技术

　　传感器是科学技术发展到一定程度的产物，也是支撑现代化信息技术持续优化和完善的重要支柱，其作为1种微型器件，具有集成化、系统化特点，主要由信号处理、微传感器、通信接口等组件组成，将其应用到工业自动化生产领域，可以迅速获取生产数据，并对数据进行及时处理和分析，将数据信息与执行系统联系到一起，可以形成功能丰富的微型系统，有利于强化系统智能化水平。工业自动化生产中涉及到的传感器类型多种多样，包括温度传感器、应变传感器、微震动传感器等，能够有效提高工业生产的质量和效率[3]。

　　2.3 WSN技术

　　WSN技术又被称为无线传感器网络技术，是由各种自动装置通过科学分布、统筹安排构成的计算机网络。在自动装置运行过程中，能够通过不同的传感器系统，对工业生产环境、位置等进行监督、控制，便于技术人员实时掌握温度、湿度、压力、污染物等实际情况。无线传感器网络不仅在每个节点上设置了传感器装置，还安装了电池、微控制器、收发器等设备。可以看出，无线传感器网络是1种自组织网络，在实际运行中能够通过各组件相互配合、相互协调，快速完成生产任务，有利于合理分配生产资源，有效降低生产成本。该技术理论最早由美国军方提出，后随着科学技术的不断进步，其推广范围也逐渐扩大，并与无线通信、计算机、微电子等先进技术有机融合，实现了实时监测、智能感知等多种功能。尤其在工业领域呈现出广阔的发展前景，能够对数据信息进行量化采集、快速处理、即时传输，有利于及时了解工业生产实际情况。其特点可以归纳为以下几点：①能量有限。工业自动化生产中，能量能够直接影响传感节点的寿命和运行能力，当前工业生产中引入的传感节点，大多采用电池供电方式，并且这些电池普遍无法重新充电。②计算能力有限。主要指CPU处理能力有限，通常在8 bit-8 MHz范围内[4]。③存储能力有限。工业生产中的传感节点存储器一般有3种形式，分别为RAM存储器、工作存储器、程序存储器。④通信能力有限。在工业生产中为了尽可能减少信号传输过程的能量消耗，需要将传感节点的传输能量控制在10～100 mW，传输范围控制在100 m-1 kmo范围内。⑤防篡改特点传感节点是1种开放性网络设备，具有成本较低、结构松散等特点，如果传感节点在应用过程中受到攻击，容易为攻击者篡改信息和程序创造条件。⑥工业生产在部署无线传感器网络前，并不能提前预知网络拓扑形式。

　　2.4 近距离通信技术

　　近距离通信技术是工业自动化领域较为常见的1种物联网技术，能够在较短距离范围内传递数据信息，其距离一般在几十米之间，可以充分保证数据信息传递的准确性和即时性。另外，该技术还能够为高速率多媒体应用奠定良好基础，除了能够传递数据信息外，还能够传送声像、图像等。结合工业生产现状来看，引入该技术不仅能够降低不必要的能源消耗，还能够有效降低生产成本，提高通信效率。

　　2.5 人工智能技术

　　人工智能技术是利用计算机系统，对人的行为和思维进行智能化模拟。在工业自动化生产中引入该技术，可以提前设置计算机自动执行流程，确保计算机系统自行完成生产任务，不仅能够提高生产效率和质量，还能够解放劳动力[5]。

　　2.6 云计算技术

　　物聯网技术的蓬勃发展和广泛应用，离不开云计算技术的支撑和支持。前文提及，工业生产中使用的无线传感器网络技术，普遍存在存储能力有限、计算能力有限、通信能力有限等特点。对此，可以引入云计算技术，将其作为物联网运行的大脑，从而对工业生产中产生的海量数据进行收集、存储、分析和计算，有效提高数据信息利用率。

　　2.7 无线网络技术

　　在工业生产过程中，引入物联网技术的主要作用，是为人与人、人与物、物与物沟通架起桥梁，而想要实现这一目标，离不开无线网络技术的支撑。通过无线网络能够对大批量数据信息进行高效传输，从而满足实时共享需求。当前，工业自动化领域涉及到的无线网络，既包括远距离连接的数据网络，也包括近距离连接的红外技术和蓝牙技术等。

　　2.8 嵌入式技术

　　嵌入式技术在工业自动化生产中，主要涉及到硬件系统和软件系统两个层面。其中硬件系统包括储存器、CPU、处理器等方面[6]。软件系统包括工业生产软件以及解决各类问题的应用软件，通过各类软件能够有效监督和控制工业生产过程。只有硬件系统和软件系统相互配合、互相支撑，才能够实现工业自动化生产目标。

　　3 物联网技术在工业自动化领域的应用现状

　　随着科学技术不断进步，物联网技术也得到了一定优化和完善，尤其传感器和可编程控制器被广泛应用到工业生产中。加上无线网络的进一步完善、5G技术的大力推广，使得数据传输速度不断加快，网络接入能力日渐加强。在这一背景下，工业生产需要充分考虑如何将已经上传到互联网中的数据信息进行科学处理、有效利用，从而全面实现数据共享目标，为用户查询提供便利。与此同时，还要保证整套系统具备成本低廉、适用性广等优势，可以在市场中广泛推广。这也成为国内外专家和学者大力研究的重要课题。当前，工业生产领域最常使用的解决方案，是引入云访问技术，也就是将物联网技术与工业生产设备连接到一起，通过智能传感器实时采集PLC信号和数据信息。而后通过无线网络或5G网络，将数据信息或PLC信号上传到云服务器，最后利用云平台软件对数据和信号进行处理、分析、储存和利用，在此背景下，客户端能够在网络覆盖范围内快速查询或访问所需数据信息。

　　4 物联网技术在工业自动化领域的具体应用

　　4.1 应用于工业物流自动化领域

　　随着我国工业生产规模逐渐扩大，对产品运输效率也提出更高要求。将物联网技术与产品运输、储存等物流过程相融合，已经成为行业发展的大势所趋，如此可以有效提高货物运输速度，促进工业物流向自动化趋势发展。现阶段，越来越多的工业企业将射频识别技术、构架技术等引入工业物流体系中，并取得了显著成绩[7]。例如，工业企业构建的自动化物流仓库，实现了自动化寻找地址、自动化监督控制等功能。在自动化寻址过程中，只需在仓库巷道中的堆垛机上安装红外传感器，就能够及时获取采集物体的地址信息，将信息传递到监管系统后，通过科学处理、有效分析，能够得出准确无误的处理结果，可以为加快货物运输速度奠定良好基础。

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