物联网在工业自动化的应用

本网编辑本网 2011-01-20

工业通信行业已经进一步融入到社会发展的方方面面，并对社会经济的发展产生了重要影响；同时，也促进了工业控制与工业自动化的发展。当前，工业自动化系统正在向网络化、分布化、智能化的实时控制方向发展，通信技术是其中的关键技术之一。

如何加快工业通信的发展和技术进步，增强自动控制系统的功能和效率；如何更好地应用先进的工业通信技术，帮助制造企业降低成本、提高效率、改善质量，实现低碳化与节能减排的目标，是工业控制和工业自动化行业面临的十分紧迫的问题。

不断成长的物联网

不断发展并迅速投入运用的各种技术，正在颠覆传统的商业模式，企业高管必须从战略的高度上思考问题，考虑如何使自己的企业为迎接充满挑战性的新环境而未雨绸缪。快速变化的技术环境向企业高管们提出了严肃的问题：如何帮助自己的企业充分利用这些方兴未艾的变化趋势。最近，国际知名的咨询机构麦肯锡全球研究院发表了一个报告：值得关注的十种由技术带动的商业趋势，这些趋势正在彻底重塑众多产业的战略格局。其中一个就是——不断成长的物联网。

当今，物联网可谓是在各大媒体中出镜率最高、而且与“智能”联系密切的名词之一。物联网作为一个新兴产业，蕴藏着巨大的商机，正显示出勃勃的生机与活力；物联网在社会与经济等领域中的广泛应用，也使得工业自动化行业有了更好的发展机遇和更高的可持续发展的增长点。

物联网的概念和发展历史

物联网早已不是一个新概念，现在对物联网的定义至少有几十种，具有代表性的定义是：通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统及激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2009年年初，国际IT巨头IBM提出“智慧地球”新概念，认为“下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是将感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝以及油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网”。

物联网的技术

物联网的特点使其设计方法不同于其他计算机网络（包括互联网），需要将网络传输、数据采集、处理及管理等技术紧密结合，实现一个高性能、以数据为中心的网络系统，为用户或观察者提供一个有效的感知数据空间或感知数据库管理和处理的系统，使用户可以自如地通过传感网进行感知数据的管理和处理。

通常，物联网涉及七项关键技术：①数据采集，②传输和组网，③网络融合，④协同信息处理，⑤信息资源和服务描述处理，⑥数据管理，⑦安全技术。简而言之，“物流可视化，操作智能化”，传感感知是其基础。

物联网有着完整的产业链，如RFID（无线射频识别）技术、电子标签生产解决方案、读写器开发最新技术、中间件的精确控制技术、最新非接触的支付技术、短距离通讯技术以及传感网技术。作为物联网的神经末梢，传感器的需求将会是整个链条总量最大且最基础的环节。物联网技术在工业自动化、物流、防伪、人员、车辆、军事、资产管理、服饰、图书及家用电器智能化等领域都将会有许多成功的应用。因而，许多专家学者断言：物联网的应用将会极大地推动工业控制产业的发展。物联网必将成为下一轮工控行业的经济增长点！

M2M（Machine to Machine或Man to Machine）是物联网现阶段的主要表现形式和有效突破点，现有的M2M应用已经是物联网的构成基础。从M2M到物联网，已经为世界勾画出一幅智能化的未来画卷。未来的物联网势必也是由无数个M2M系统构成，就如同人的身体不同机能一样，不同的M2M系统会负责不同的功能处理，通过中央处理单元协同运作，最终组成智能化的社会系统。

国内对物联网的重视

从2009年8月国务院总理温家宝视察了中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心，提出“尽快建立中国的传感信息中心”后，物联网的概念就持续升温。从地方政府到大专院校、研究机构都在紧急补课物联网概念研究；一些大企业也希望搭上物联网东风，中小企业更希望通过物联网概念从地方政府拿到更多的扶持资金。2009年11月3日，国务院总理温家宝在首都科技界大会上的讲话，明确指出：我们要着力突破传感网、物联网的关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机。

目前，我国已将物联网作为战略性新兴产业予以重点关注和推进。国务院2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》中关于“重要领域及其优先主题”、“重大专项”和“前沿技术”部分均有涉及物联网的内容。然而，也必须清醒地认识到，目前中国物联网发展还有四大问题，即：一是创新能力差，核心技术受制于人；二是模仿式应用为主题，应用效果体现不足；三是产业规模较小，产业集群尚未形成；四是产业链发展不均衡，信息服务业发展滞后。

国外对物联网的重视

世界发达国家和地区对物联网发展十分重视。IBM提出“智慧地球”后，2009年初，美国奥巴马政府把“新能源”和“物联网”列为振兴经济的两大武器，并提出“智慧地球”的概念。通过建设以物联网为基础的智能化基础设施，创造新型社会和经济结构。并宣布将投80亿美元启动“智能电网”建设；日本2009年7月正式推出“i-japan（智慧日本）战略2015”，旨在通过数字化技术与其他产业的融合，提升国民生活的便利性，激发区域与产业新的活力；2009年9月韩国政府发布了《IT韩国未来战略》，决定在今后5年投资189亿韩元（约为1万亿元人民币，其中政府投资占7%左右）发展信息技术核心战略产业，通过RFID（射频识别）及传感网等技术的应用，促进信息技术与其他产业的融合，为经济社会发展提供新的动力。英、法、德和独联体等国也都把物联网列为国家重点开发关键技术。

物联网是继计算机、互联网和移动通信之后引发新一轮信息产业浪潮的核心领域，发达国家和地区已纷纷开展物联网领域的规划布局。美国2009年9月提出《美国创新战略》，将物联网作为振兴经济、确立优势的关键战略；欧盟2009年6月制定物联网行动方案，推出物联网标准战略，确保物联网的可信度、接受度和安全性等。

物联网的重大意义

据专家分析认为，物联网具有十分重大的现实意义。主要有：一、物联网是信息技术的新革命，是未来产业发展的制高点；二、物联网产业已经成为一个国家科技发展水平的标志之一；三、“感知中国”已经成为中国顶层的国家战略；四、物联网将会带来一场巨大的产业革命，所产生的新的工业化产品将为未来几十年的发展提供一个巨大的空间；五、互联网架构在全球范围内实现了信息的自由迁移和自由交换，互联网法则是信息价值与信息传送范围成正比，而物联网将这个法则的适用范围进一步扩展，信息价值将得到更大的体现；六、物联网将成为国家重点支持的战略性增长产业。

物联网与自动化技术的联系

不少专家学者认为：当今自动化的热点是——物联网和智能电网。从“管理、控制、智能”的角度来看，其实物联网与工业自动化是一脉相承的，工业自动化包含采集、传输、计算等环节，而物联网是全面感知、可靠传递、智慧处理，两者是相通的。物联网只是更加强调无线、海量采访及智能计算。从物联网需要的产业链的角度看，物联网所需要的自动控制、信息传感、射频识别等属于其上游技术和产业，而下游则是物联网的应用问题。

有行业专家更认为：传统工业自动化领域其实是物联网的一部分。物联网作为信息化和自动化的结合点，具有无限放大的潜力和优势。有些单位敏锐地觉察到了物联网在管理流程和生产过程优化方面的潜力，并取得了初步的成果。

以感知和智能为特征的新技术的出现和相互融合，使得未来信息技术的发展由人类信息主导的互联网向物与物互联信息主导的物联网转变，对工业生产与管理主要的影响体现在信息和智能的泛在化。面向工业自动化的物联网是工业现场级的传感器网络、面向物流管理的RFID网络、工厂控制网络和企业信息Internet网络的集成与融合，是未来制造环境中实现人与人、人与机器、机器与机器之间信息交互的主要手段。

然而两者还是存在区别：传统的自动化网络多是通过有线网络来实现，网络连接范围较窄；而在传感网络中，无线网络成为主要的传输路径，且连接的范围更加广泛。一脉相承的天性，让工业自动化厂商寻机物联网的发展是顺其自然的事情。在物联网的3个关键领域：传感器、RFID和M2M（机器对机器）中，工业自动化厂商至少在传感器和M2M领域有很强的优势。

物联网的应用推动工业控制行业的发展

物联网的应用领域能够覆盖到各个角落、各个领域，无所不包、无所不在。工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。

与未来先进制造技术相结合是物联网应用的生命力所在。从当前技术发展和应用前景来看，物联网在工业领域的应用主要集中在六个方面。

1.智能电网

物联网最重要的应用领域之一就是智能电网。

2.智能汽车

现在的智能汽车要用很多传感器技术，这些传感器汽车每一个部件将来都会跟网络联系起来，所以汽车在运行的时候都可以后台告警哪个地方会出现故障，减少汽车追尾、等待以及尾气排放等问题，这就是智能交通，是智能城市必不可少的一部分。

3.医疗健康

智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。

4.RFID

RFID是非常大的物联网应用领域，在装备制造、物流、金融、零售、物品防伪、环境保护、身份识别等很多方面都离不开RFID。RFID能明显地改进和提高制造过程的各项关键性能，经济效益突出。

5.视频监控

视频监控联网在安防业界将作为物联网应用的先锋阔步前行。诸如：泥石流敏感土地监控、水域污染监控、高压电塔地基监控、高铁高架柱体下线监测、地震、海啸预警系统、机场与军事基地防侵入监控、农业大棚温湿度监控以及森林大火监控等物联网均有重大作用。

6. 智能家居

智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体，将各种家庭设备通过智能家庭网络联网实现自动化，通过宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。

中国物联网产业未来发展趋势

据专家估计，中国物联网产业未来的发展将出现四大趋势。

趋势一：中国物联网产业的发展是以应用为先导，存在着从公共管理和服务市场到企业、行业应用市场、再到个人家庭市场逐步发展成熟的细分市场递进趋势。目前，物联网产业在中国还是处于前期的概念导入期和产业链逐步形成阶段，没有成熟的技术标准和完善的技术体系，整体产业处于酝酿阶段。

趋势二：物联网标准体系是一个渐进发展成熟的过程，将呈现从成熟应用方案提炼形成行业标准，以行业标准带动关键技术标准，逐步演进形成标准体系的趋势。物联网概念涵盖众多技术、众多行业、众多领域，试图制定一套普适性的统一标准几乎是不可能的。物联网产业的标准将是一个涵盖面很广的标准体系，将随着市场的逐渐发展而发展和成熟。

趋势三：随着行业应用的逐渐成熟，新的通用性强的物联网技术平台将出现。物联网的创新是应用集成性的创新，一个技术成熟、服务完善、产品类型众多并且应用界面友好的应用，将是由设备提供商、技术方案商、运营商与服务商协同合作的结果。

趋势四：针对物联网领域的商业模式创新，将是把技术与人的行为模式充分结合的结果。物联网将机器、人、社会的行动都互联在一起。新的商业模式出现将是把物联网相关技术与人的行为模式充分结合的结果。中国具有领先世界的制造能力和产业基础，物联网领域在中国一定可以产生领先于世界的新的商业模式。

发展物联网应当关注的问题

物联网具有与互联网相似的特征，并能主动发射信号，如果被未经授权地读取和使用，就会产生所担心的“安全、可靠、隐私”问题。物联网还能进行智能的主动反应，控制的安全问题由此产生。物联网产业将是下一个万亿元级规模的产业，也是把“双刃剑”：在推动经济和社会发展的同时，将对信息安全和公民隐私保护问题提出挑战。

物联网是一种虚拟网络与现实世界实时交互的新型系统，其无处不在的数据感知、以无线为主的信息传输以及智能化的信息处理，一方面固然有利于提高社会效率，另一方面也会引起大众对信息安全和隐私保护问题的关注。在物联网的传感层、网络层和应用层，所面临的安全威胁比互联网只多不少。但并不能因为安全性而因噎废食，而应该尽早地采取主动防护策略。尽管物联网的前景十分美妙，但其发展也面临着很多困难，包括体制落后、技术不完善、成本过高、标准缺失、商业模式不明、信息安全难以保障以及地址资源不足等。

同时物联网还可能带来许多个人隐私泄露。在未来的物联网中，每个人包括每件拥有的物品都将随时随地连接在这个网络上，随时随地被感知，在这种环境中如何确保信息的安全性和隐私性，防止个人信息、业务信息和财产丢失或被他人盗用，将是物联网推进过程中需要突破的重大障碍之一。

物联网目前的传感技术主要是RFID，植入这个芯片的产品有可能被任何人进行感知，它对于产品的主人而言，有这样一个体系可以方便进行管理；但是它也存在着一个巨大的问题，其他人也能进行感知，比如产品的竞争对手。如何做到在感知、传输、应用过程中，这些有价值的信息可以为我所用，却不被别人所用，尤其不被竞争对手所用？这就需要在安全上下功夫，形成一套强大的安全体系。

专家表示，由于当前物联网发展中基础理论研发滞后，应用研发缺乏系统化战略思考，造成相关部门的部署和各地方主要抓传感、感应技术的应用和产品的标准化，希望藉此取得物联网发展的话语权和主动权。而实际上，物联网感知信息的价值提升和效能发挥恰恰不在前端感知层，而在后端感知信息的集成处理与系统管控等物联网长链的高端。偏重低端，忽视高端，就很难洞悉物联网新技术的全部能量和价值，这也是当前物联网应用中很多人一直找不到物联网商务价值的一个重要原因。中国的物联网产业发展目前尚处于种子的前期。

物联网拥有广阔的发展空间

“无处不在”的物联网络，可以被广泛应用于国防军事、生产控制、环境监测、城市管理、交通物流、教育医疗、公共安全以及家居生活等领域，拥有巨大的应用价值。根据对物联网的三个关键细分领域——传感器、RFID、M2M的市场发展数据预测，以传感感知层对整体物联网产业的带动系数5倍计算，预计五年后中国的物联网产业的整体产值将超过1万亿元规模；到2020年，物联网产业的整体产值将超过5万亿元规模。巨大的产业链意味着巨大的价值。国内调研机构易观国际表示，物联网催生的电信、信息存储处理、IT解决方案等市场潜力惊人，物联网将会形成下一个万亿元级别的通信业务。

物联网是未来发展的必然趋势，因此也是各国战略布局中的重要组成部分，也必然是中国发展战略布局的重要组成部分，因此，电气/工业自动化产业应当及时跟上国家这一发展趋势。

2010年是世界物联网快速发展的一年，也是中国物联网快速发展的一年，尽管整个产业依然处于孕育和准备阶段，距离大规模的应用尚有一段距离，但突破性的技术、芯片、产品和解决方案等有可能逐步问世。有意从事物联网开拓的电气/工业自动化领域的广大企业，应当努力立足于自主创新、着眼于可持续的长远发展，在新观念、新技术、新工艺及新方法上奋勇当先、开拓前进！物联网技术必将推动工业自动化行业，以崭新的面貌屹立于世界工业之林！

物联网具有与互联网相似的特征，并能主动发射信号，如果被未经授权地读取和使用，就会产生所担心的 “安全、可靠、隐私”问题。物联网还能进行智能的主动反应，控制的安全问题由此产生。物联网产业将是下一个万亿元级规模的产业，也是把“双刃剑”：在推动经济和社会发展的同时，将对信息安全和公民隐私保护问题提出挑战。

根据对物联网的三个关键细分领域——传感器、RFID、M2M的市场发展数据预测，以传感感知层对整体物联网产业的带动系数5倍计算，预计五年后中国的物联网产业的整体产值将超过1万亿元规模;到2020年，物联网产业的整体产值将超过5万亿元规模。