工业物联网发展现状及要解决问题浅析

1 工业物联网的发展现状

　　工业物联网中的关键技术是感知技术。当前，国际上对于工业物联网的研究主要有三个标准，即Wireless Hart、ISA100.11a 以及WIA-PA 标准。国内对于工业物联网的研究也十分活跃，中科院沈阳自动化研究所牵头制定了WIA-PA 标准，使得我国在工业无线标准的领域里占据了一席地位，清华大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、东北大学，北京科技大学等都在工业物联网的领域中做出了大量的研究成果。

　　传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN) 在工业物联网应用过程中起到了枢纽的作用。工业环境的特殊性，致使传感器网络的应用必须考虑大型器械、金属管道等对无线信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械等运转时产生电磁噪声对无线通信的干扰，如何保证传输的可靠性是传感器网络在工业物联网应用的重点。

　　中科院沈阳自动化研究所牵头指定的WIA-PA 标准，提出了一种自组织、自治愈的MESH 路由机制。所谓MESH 路由机制，就是指通过自组织的方式将Sensor 节点与Sink 节点相连接，该路由机制保证了链路在失效的情况下自动启用备用链路，从而保证数据传输的高可靠性和强稳定性，它兼容了IEEE802.15.4 标准，实现了短程的可靠通信。当前，WIA-PA已应用在石油开采、污水处理、冶金生产等行业。

　　在工业生产过程中，生产过程参数对于最终产品的形成起非常重要的作用，某一个环节的参数变动可能导致最终产品性能的改变，尤其在钢铁行业的生产过程中，整个工艺流程需要采集大量的参数数据，如何保证过程参数的准确性是传感器网络在冶金工业应用中最需要考虑的。是在工业生产过程中一个实时监测系统某时刻的检测结果，在显示某时刻所获得参数超过了阈值时，系统将根据生产过程中的需求来选择传感器重传或者放弃该数据等不同操作。

　　工业环境的特殊性要求感知设备在其性能、体积、材质等方面达到一定的指标，当前国内外生产RFID 以及各类传感器的厂商成千上万。成熟的MEMS、SOC 以及新材料等技术使得传感器满足了多数行业的需求，而当前工业所面临的主要是成本控制以及性能高端传感器的大量需求。RFID 作为物联网技术应用的主角，其低廉的价格以及使用的便捷性得到了企业的广泛应用，当前多数企业在库存管理方面采用了RFID，管理员定期定时扫描库存设备，摒弃了以前逐个检查的方式，从而大大提高了工作效率。

　　设备是工业生产的基石，如何保证设备正常运行以及及时维修是企业保证生产正常运行的关键。例如，太原钢铁有限公司采用上海某公司研发的点检系统，在各个需要点检的设备部位安装RFID，并且将该设备信息录入到点检系统中，点检员定期通过手持PDA 设备获取设备某部位的温度、侧移等关键数据，从而为生产设备正常运行提供关键的数据。当前在冶金、石油、煤矿等高污染行业中均引入了物联网技术作为环保监测手段，以保证企业的和谐绿色发展。

　　环保作为21 世纪最受关注的民生产业之一，环保监测和能源管理物联网技术实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理的各个环节指标实现实时监控。通常在各个重点排污企业的污染源口安装无线传感设备，实现了实时监测排污数据，并且通过远程控制的方式实现远程开启、关闭排污口等功能，从而防止突发性的环境污染事件。

　　工业物联网的发展需求大量的传感设备，抗腐蚀性、高强度、耐高温等特性的专用传感器的发展将成为工业物联网应用的一个推进器。

　　两化融合是世界工业化发展的一个趋势，物联网技术给工业化带动信息化、信息化促进工业化提供了一个新的突破口。当前，先进制造企业基本上实行了信息化管理，如多数企业采用的基于ERP 的现代企业管理制度，基本上实现了信息共享、实时获取生产经营情况等功能。

　　ERP 作为当前企业应用最为成熟的现代化企业管理解决方案，及时、高效地获取生产经营情况是企业管理决策人员所希望的，而现代物流业发展、电子商务平台的运用以及SCM 和CRM 等成熟解决方案的应用，使得制造业从传统的制造方式到真正实现了智造。

　　物联网的提出给两化融合的进一步解决提供了一个新的突破口，新型制造业的发展是基于自动化技术的应用，物联网的应用改变了传统自动化技术中被动的信息收集方式，实现了自动、准确、及时地收集生产过程的生产参数。传统的工业生产采用M2M(Machine to Machine) 的通信模式，实现了机器与机器间的通信，而物联网通过Things to Things 的通信方式实现人、机器和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接，从而使得企业与客户、市场的联系更为紧密，企业可以感知到市场的瞬息万变。例如在钢铁行业中，物联网的存在，使得管理决策人员能够实时地掌握价格的涨幅变化以及原材料的变化，从而对生产做出准确、合理的调节;基于ERP 的管理理念使得管理理念得到了改变，从而提高了管理效率。

　　2 工业物联网需要解决的问题

　　工业物联网技术是一个跨学科的工程，它涉及自动化、通信、计算机以及管理科学等领域。工业物联网的广泛应用还面临着众多的问题。

　　2.1 设备兼容问题

　　如何解决物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。设备兼容关键是标准的统一，当前工业无线的三大标准HART、ISA以及WIA-PA 均兼容了IEEE802.15.4 无线网络协议，但是相互之间的兼容性还存在一定问题。

　　2.2 数据采集技术

　　价格低廉、性能良好的传感器是工业物联网应用的基石，工业物联网的发展要求更准确的、更智能的、更高.