工業(yè)自動化控制中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用思路研究

［摘 要］工業(yè)自動化控制作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心驅(qū)動力，旨在通過先進的設備、系統(tǒng)和方法實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化、精確化與高效化。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其獨特的信息感知、數(shù)據(jù)傳輸與智能處理能力，逐漸滲透并深度賦能于工業(yè)自動化領域，為實現(xiàn)更高層次的智能制造提供了堅實的技術(shù)支撐。文章從工業(yè)自動化控制中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用意義入手，對具體的應用思路進行了探討，旨在為提升工業(yè)自動化水平提供依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］工業(yè)；自動化控制；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；應用；思路

［中圖分類號］TP273 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0103–03

1 工業(yè)自動化控制中應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的意義

1.1 實現(xiàn)設備智能化與互聯(lián)互通

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化控制中，通過嵌入式傳感器、RFID 標簽、無線通信模塊等硬件，將傳統(tǒng)設備轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茉O備，實現(xiàn)設備間的互聯(lián)互通。在眾多設備功能的支持下，能夠?qū)崟r監(jiān)測自身狀態(tài)、工作參數(shù)及環(huán)境條件，將數(shù)據(jù)傳輸至中央管理系統(tǒng)或云端平臺，形成設備的全面信息化。這種連接打破了信息孤島，使得企業(yè)能夠?qū)φ麄€生產(chǎn)流程進行實時監(jiān)控與遠程管理，顯著提升設備利用率與維護效率，優(yōu)化資源配置，降低運營成本。

1.2 提升生產(chǎn)過程透明度與可控性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用能夠?qū)ιa(chǎn)過程實現(xiàn)深度感知與精確控制。通過實時采集并分析設備數(shù)據(jù)、物料信息、工藝參數(shù)等，管理者能夠全面了解生產(chǎn)進度、質(zhì)量狀況及能源消耗等關(guān)鍵指標，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化。通過分析一系列數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動預警潛在故障、工藝偏差或資源浪費，觸發(fā)預防性維護或工藝調(diào)整，確保生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量與一致性。此外，通過實時反饋與閉環(huán)控制，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，實現(xiàn)精細化、敏捷化生產(chǎn)，增強企業(yè)對市場需求變化的快速響應能力[1]。

1.3 促進安全生產(chǎn)與環(huán)保合規(guī)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)強化了工業(yè)生產(chǎn)中的安全監(jiān)控與環(huán)境保護。具體來講，通過布署在生產(chǎn)線、工作區(qū)域及環(huán)境監(jiān)測點的傳感器網(wǎng)絡，可以實時監(jiān)測溫度、濕度、氣體濃度、噪聲、振動等安全指標，以及污染物排放、能源消耗等環(huán)保數(shù)據(jù)。當檢測到異常情況，包括超限值、火災隱患、人員違規(guī)操作等，系統(tǒng)立即觸發(fā)警報，并自動執(zhí)行應急措施或通知相關(guān)人員干預，有效防止事故的發(fā)生，保障員工生命安全與健康。同時，通過精準監(jiān)測與智能調(diào)度，企業(yè)能夠優(yōu)化能源利用，減少廢棄物排放，達到環(huán)保法規(guī)要求，實現(xiàn)綠色可持續(xù)生產(chǎn)。

1.4 賦能數(shù)據(jù)驅(qū)動決策與服務創(chuàng)新

設備在運行過程中，會逐漸生成海量的工業(yè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過云計算、大數(shù)據(jù)分析及人工智能算法處理，可轉(zhuǎn)化為有價值的信息。以此為依據(jù)，企業(yè)可以進行設備性能預測、故障根源分析、能耗優(yōu)化、庫存優(yōu)化、市場需求預測等高級分析，進而進行決策制訂。同時，物聯(lián)網(wǎng)支持遠程診斷、預測性維護、按需服務等新型商業(yè)模式創(chuàng)新，例如，通過遠程監(jiān)控提供預防性維護服務，降低客戶停機時間與維修成本；基于設備使用數(shù)據(jù)提供定制化升級建議或耗材更換服務，提升客戶滿意度與忠誠度。以上措施不僅提升了企業(yè)的核心競爭力，也促進了產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與價值共創(chuàng)。

2 工業(yè)自動化控制中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用思路

2.1 全面設備互聯(lián)與狀態(tài)監(jiān)測

2.1.1 嵌入式傳感器與RFID標簽：構(gòu)建智能感知網(wǎng)絡

（1）關(guān)鍵設備監(jiān)測。在大型生產(chǎn)設備，如數(shù)控機床、機器人手臂、注塑機等關(guān)鍵部位，布署溫度、壓力、振動、電流等傳感器。這些傳感器可實時捕捉設備運行時的各項物理參數(shù)。比如，振動傳感器可監(jiān)測主軸的微小振動變化，及時發(fā)現(xiàn)因軸承磨損、不平衡負載等因素導致的潛在故障；溫度傳感器則能確保電機、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵組件工作在安全溫度范圍內(nèi)，防止過熱引發(fā)設備損壞或火災風險。

（2）生產(chǎn)線節(jié)點監(jiān)控。在流水線上的各個工序節(jié)點，包括裝配站、檢測臺、包裝機等，配置相應的傳感器以捕獲生產(chǎn)進度、良品率、工位占用率等信息。例如，安裝在傳送帶上的光電傳感器可以精確統(tǒng)計通過的工件數(shù)量，實時反饋生產(chǎn)節(jié)拍是否符合預定標準；而質(zhì)量檢測站上的力矩傳感器或視覺檢測系統(tǒng)則能實時驗證產(chǎn)品組裝精度或表面缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合規(guī)格要求。

（3）物料搬運系統(tǒng)追蹤。在倉庫、貨架、AGV（自動引導車）等物流環(huán)節(jié)，布署RFID 標簽和讀寫器，實現(xiàn)物料的精準定位、實時追蹤與庫存管理。RFID標簽附著于原材料、半成品或成品上，當標簽經(jīng)過讀寫器時，系統(tǒng)自動記錄物品的入庫、出庫、移動軌跡等信息，顯著提升庫存準確性，減少查找時間，優(yōu)化補貨策略。此外，RFID 還能用于防偽溯源，確保供應鏈透明度。

2.1.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺：數(shù)據(jù)整合與智能決策支持

若要實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)集中管理，就需構(gòu)建統(tǒng)一的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺（IoT Platform），將分散在各處的傳感器數(shù)據(jù)、RFID 讀取信息及其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)（包括ERP、MES 等）匯聚一處，形成全面、實時的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。平臺采用標準化協(xié)議，確保不同廠商、型號的設備數(shù)據(jù)能夠無縫對接，消除信息孤島。通過平臺，工程師可以輕松查詢?nèi)我庠O備的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)，為設備健康管理、生產(chǎn)調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺本身具備強大的實時監(jiān)控功能，通過儀表盤、看板等形式直觀展示設備狀態(tài)、生產(chǎn)進度、環(huán)境參數(shù)等關(guān)鍵指標。工程師無論身處控制室還是遠程辦公，均可通過網(wǎng)頁、手機App 等方式實時查看工廠運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常并采取行動[2]。

2.2 預測性維護與資產(chǎn)管理

2.2.1 數(shù)據(jù)分析與機器學習：預見設備故障，優(yōu)化維護策略

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)收集的海量設備數(shù)據(jù)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，可揭示設備在不同工況下的運行模式。例如，通過分析風機電機的電流、轉(zhuǎn)速、溫度等多維度數(shù)據(jù)，可以識別出正常運轉(zhuǎn)、過載、空載等不同工作狀態(tài)，以及不同季節(jié)、負荷條件下的典型運行模式。通過對這些模式的識別，有利于工程師理解設備性能邊界，為設備優(yōu)化、故障診斷提供依據(jù)。特別是在機器學習算法的支持下，包括支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡、隨機森林等，對歷史故障數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行訓練，構(gòu)建預測模型。而模型能夠根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，預測設備未來發(fā)生故障的概率，甚至估計故障發(fā)生的具體時間窗口。例如，通過對壓縮機振動、潤滑油品質(zhì)、工作溫度等數(shù)據(jù)的深度學習，模型可提前幾周預測出壓縮機軸承即將失效，給出詳細的故障風險評分和建議維護時間?；谠O備歷史數(shù)據(jù)、運行工況、維修記錄等信息，利用退化模型（如PHM）或基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，估算關(guān)鍵部件的剩余使用壽命。例如，對風電齒輪箱的潤滑油金屬顆粒含量、振動頻率譜等特征進行分析，可以預測齒輪箱何時需要大修或更換，以便合理安排維護計劃，避免過度維護或過早報廢。

2.2.2 智能資產(chǎn)管理：全生命周期視角下的資源優(yōu)化

通過RFID 標簽、二維碼、傳感器等手段，實現(xiàn)對設備、備件、工具等資產(chǎn)的唯一標識與實時追蹤。從采購、安裝、使用、維護到退役的全生命周期過程中，所有與資產(chǎn)相關(guān)的事件（包括驗收、點檢、維修、調(diào)撥、報廢等）均被自動記錄，形成完整的資產(chǎn)履歷。在精細化的管理方式支持下，能夠確保資產(chǎn)信息的準確、完整，為資產(chǎn)管理決策提供堅實基礎。同時，基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過分析設備故障率、維修耗時、備件消耗規(guī)律等，精準預測備件需求，動態(tài)調(diào)整庫存水平，避免備件過剩或短缺。例如，通過對歷年空調(diào)壓縮機故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，結(jié)合當前設備狀態(tài)預測，空調(diào)維修團隊可以精確預估下季度需要儲備的壓縮機數(shù)量，降低庫存成本，確保維修時備件供應充足[3]。

2.3 生產(chǎn)流程優(yōu)化與資源調(diào)度

2.3.1 實時生產(chǎn)調(diào)度：動態(tài)適應市場需求與生產(chǎn)條件變化

（1）基于物聯(lián)網(wǎng)采集的訂單信息、庫存數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)、工單進度等實時數(shù)據(jù)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠快速響應市場需求變化，實時調(diào)整生產(chǎn)計劃。例如，當接到緊急追加訂單或預測到某一產(chǎn)品市場需求激增時，系統(tǒng)可以根據(jù)當前設備產(chǎn)能、在制品數(shù)量、物料供應情況等因素，動態(tài)插入新的生產(chǎn)任務或調(diào)整已有生產(chǎn)序列，確保生產(chǎn)計劃與市場需求高度匹配，實現(xiàn)快速響應。

（2）實時追蹤物料在倉庫、生產(chǎn)線、檢驗區(qū)、成品庫等環(huán)節(jié)的位置、數(shù)量、狀態(tài)等信息，為物料調(diào)度提供精準數(shù)據(jù)支持。當物料短缺、延誤或過剩等情況出現(xiàn)時，系統(tǒng)能立即識別并自動觸發(fā)補料請求、調(diào)整物流路徑、重新分配庫存等操作，確保物料在正確的時間、地點以合適的數(shù)量到達生產(chǎn)現(xiàn)場，減少等待時間，避免庫存積壓。

（3）結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)計劃變更，人力資源管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r調(diào)整工人的工作任務、班組編排、技能匹配等，確保人力資源與生產(chǎn)需求相協(xié)調(diào)。例如，當某一生產(chǎn)線因設備故障需要臨時增加維修人員，或者某一工序因訂單變化需要增加操作員時，系統(tǒng)能夠迅速識別需求并調(diào)配合適的人力資源，避免人力資源浪費，提高勞動生產(chǎn)率。

2.3.2 能源管理與節(jié)能減排：綠色制造與成本控制

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過安裝在設備、設施上的智能電表、熱能表、水表等，實時監(jiān)測能源消耗情況，收集詳細能耗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以對這些數(shù)據(jù)進行多維度分析，包括按設備類型、生產(chǎn)線、班次、產(chǎn)品等分類統(tǒng)計能耗，識別能耗異常與能耗熱點，為節(jié)能措施提供數(shù)據(jù)支持。以此為基礎，圍繞能耗數(shù)據(jù)與生產(chǎn)計劃信息，能源管理系統(tǒng)能夠動態(tài)調(diào)整能源分配策略，確保能源高效利用。例如，在多條生產(chǎn)線共用同一能源供應的情況下，系統(tǒng)可根據(jù)各生產(chǎn)線的實際負荷、生產(chǎn)優(yōu)先級等因素，智能調(diào)節(jié)能源分配比例，避免能源浪費或供應不足。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠支持多種節(jié)能設備與策略的實施與監(jiān)控，例如，智能照明系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境光照、人員活動自動調(diào)節(jié)亮度，變頻驅(qū)動器根據(jù)設備負載實時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，余熱回收系統(tǒng)將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢熱轉(zhuǎn)化為有用能源，進而助力企業(yè)達成環(huán)保目標，降低能源成本。

2.4 安全與合規(guī)

2.4.1 網(wǎng)絡安全防護：構(gòu)筑工業(yè)自動化系統(tǒng)的堅固防線

針對物聯(lián)網(wǎng)設備的特殊性，采用工業(yè)級網(wǎng)絡安全解決方案對其進行安全加固，結(jié)合實際需求，通常包括：設備固件定期更新以修復已知漏洞；實施嚴格的訪問控制，僅允許授權(quán)用戶與設備交互；啟用設備身份認證，防止非法設備接入；采用加密技術(shù)保護設備間通信，防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被竊取或篡改。建立工業(yè)專網(wǎng)或采用虛擬私有網(wǎng)絡（VPN）技術(shù)，隔離工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）與企業(yè)IT 網(wǎng)絡，防止外部威脅滲透。在網(wǎng)絡邊界布署防火墻、入侵檢測系統(tǒng)（IDS）、入侵防御系統(tǒng)（IPS）等設備，對進出網(wǎng)絡的流量進行深度檢測與過濾，阻止惡意攻擊。對于遠程訪問與維護，采用雙重身份驗證（2FA）、安全遠程訪問協(xié)議（如SSL/TLS）等手段，確保遠程連接的安全性。

特別是對采集到的海量工業(yè)數(shù)據(jù)進行分類分級esufUCpftGsmr6XhlA6vaA==，按照敏感程度實施差異化的安全防護措施。數(shù)據(jù)在存儲階段應采用加密存儲、訪問控制列表（ACL）、數(shù)據(jù)完整性校驗等技術(shù)，防止數(shù)據(jù)泄露或被篡改。在數(shù)據(jù)處理階段，通過安全的數(shù)據(jù)分析平臺、安全沙箱等手段，確保數(shù)據(jù)分析過程的安全性。定期進行安全審計與漏洞掃描，及時發(fā)現(xiàn)并修復潛在安全風險。

2.4.2 合規(guī)性監(jiān)控：實時監(jiān)測，確保生產(chǎn)過程符合法規(guī)要求

物聯(lián)網(wǎng)傳感器實時監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度、濕度、粉塵、有害氣體等環(huán)境參數(shù)，確保工作環(huán)境符合職業(yè)健康與安全法規(guī)要求。例如，化工廠通過監(jiān)測有毒有害氣體濃度，及時啟動通風設備或警報系統(tǒng)，保護工人安全；電子制造企業(yè)通過監(jiān)測潔凈室的溫濕度、塵埃粒子濃度，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合行業(yè)標準。同時，可以實時采集并監(jiān)控生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵參數(shù)，包括溫度、壓力、流量、速度等，確保生產(chǎn)過程遵循既定的操作規(guī)程與工藝規(guī)范。例如，制藥企業(yè)通過監(jiān)測反應釜溫度與攪拌速度，確保藥品合成過程符合GMP（藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范）要求；鋼鐵企業(yè)通過監(jiān)測高爐爐溫與爐壓，防止爐況失常引發(fā)安全事故。

3 結(jié)束語

在工業(yè)自動化控制中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用意義主要體現(xiàn)在設備智能化與互聯(lián)互通、生產(chǎn)過程透明度與可控性提升、安全生產(chǎn)與環(huán)保合規(guī)保障及數(shù)據(jù)驅(qū)動決策與服務創(chuàng)新賦能等方面，有力推動了工業(yè)制造業(yè)向智能制造、綠色制造和服務型制造轉(zhuǎn)型升級。在應用實踐過程中，需要著重于構(gòu)建全面感知、深度互聯(lián)、智能分析的生產(chǎn)環(huán)境，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動優(yōu)化各個環(huán)節(jié)，提升整體運營效率，實現(xiàn)智能制造與數(shù)字化轉(zhuǎn)型。同時，企業(yè)還需持續(xù)關(guān)注技術(shù)更新、數(shù)據(jù)安全、員工培訓及法規(guī)適應性，確保物聯(lián)網(wǎng)應用的穩(wěn)健推進和長期效益。

參考文獻

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