Page 24 - 网络电信2018年6月刊下
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图1 工业物联网架构图                                        较弱的情况。流体中不同浓度的介质会产生浆液噪声干扰，降
                                                                 低仪表的测量精度。未来的仪表将实现基于物联网的设备工作
                                                                 情况实时监测，通过分析现场数据，调整设备检测算法，从而
                                                                 提升适应能力。
                                                                     以雷达物位计为例，传统的仪表测量方法单一，只能测量
                                                                 单点物位，无法反映容器内的空间信息，不能对顷斜和坍塌进
                                                                 行预警，会导致人员安全事故和生产事故。未来的智能型仪表
                                                                 将以3D形式检测仓体，基于物联网实现三维数据成像，并采用
                                                                 图形识别技术判断仓体物料安全状况，避免现场安全事故的发
                                                                 生。
                                                                     以压力变送器为例，因为应用环境的原因，取压孔处会造
                                                                 成堵塞，引发测量失效。未来将实现基于物联网的持续设备监
                                                                 测，实施数据分析。根据数据检测判定是否堵塞并报警，从而
                                                                 及时预警，避免压力过大而产生爆炸等安全事故。
                                                                     2、控制层简化
                                                                     在工厂原有自动化系统架构的控制层，存在着遵循不同
                本文提出的工业物联网架构如图1所示。                               通信协议的各种网关（主站）。它们的功能主要是转换不同的
                相比于传统的构架，新的构架在设备智能化、控制层级简                        通信协议，并将相关控制数据送往控制器。此外，在控制体系
            化、设备传输网络优化三个方面进行了创新，可以有效应对工                          中，实现运算、通信、汇聚、控制等功能的设备各不相同，因
            业领域物联网工程落地时存在的问题，从而形成了工厂的智慧                          此数据交换通常要经历多级设备传递（控制器、通信主站、I/
            化应用服务。                                               O卡、终端设备等）。在控制层对现有各类设备的功能和信息
                在通信方面，只有具有更高的通信同步和通信准确性，才                        进行融合，并简化交互环节和减少设备类型，构建一种基于现
            能更好地适应工业环境。与传统的物联网系统相比，新的工业                          场可编程门阵列（field  programmable  gate  array，FPGA)和
            物联网架构在底层通信网络方面，融合了现场总线和离散传感                          双ARM核处理器的新型汇聚网关。该网关逻辑门的并行处理和
            器两线制通信技术，在适应本安要求的前提下，对物理层、链                          双ARM的对称多处理（symmetric  multi-processor，SMP)运算
            路层、应用层进行了创新。它将通信和供电在一对双绞屏蔽线                          相互支撑，有效实现了控制流信息和服务流信息的物理融合和
            上实现，既在保证通信距离的基础上提高了通信速率，又兼顾                          逻辑分离。网关的逻辑门和通信IP核的可配置性，可以有效支
            了工业现场大量的两线制线缆布线设施。                                   撑内部不同IP核的切换，实现对原有的现场总线和工业以太网
                在信息处理方面，新的工业物联网架构对实时控制信息和                        的兼容。此外，网关与上层交互连接的接口通信采用千兆以太
            非实时服务信息进行融合和分离，实现了生产控制数据和服务                          网，网络性能与传统十兆、百兆网络相比，有大幅提高;数据交
            数据在设备层的融合、在传输和控制层的分离。生产控制数据                          互层次从三级缩减到一级，大大提高了系统的通信效率;网关还
            基于汇聚网关继续传输到传统的控制系统中，从而很好地兼容                          预留无线通信适配接口，可以将需要的信息通过NB-IoT、4G以
            和保护原有的控制系统，保障生产工艺的可靠运行;服务数据则                         及未来的5G直接上传到云端。
            经过汇聚网关，传输到基于互联网的大数据平台，实现物联网                              网关精简了控制层的设备种类和通信层级，融合了多种功
            数据汇集，开展各种数据服务。                                       能，实现了控制和服务数据的有效获取和交互，提升了系统效
                                                                 率。在原有的单一运算、单一控制体系中，调节器执行单元常
                二、关键技术创新                                         常在相关调节变量达到安全限值时才开始调节。而此时，被控
                1、设备智能化                                          设备会出于安全保护考虑而停止运行。而在优化后的系统中，
                自动化仪表除了具备基本的测量功能外，还逐步拓展了高                        基于大幅提高的并行运算和处理能力，调节器能更快地进行反
            级自诊断、自调整、远程更新等功能，使得生产活动更智能、                          应，实时响应开始调节，从而改善了调节性能、提高了生产效
            更安全、更可靠。智能仪表正沿着消费电子等智能终端进化的                          率。
            轨迹，朝着全面满足用户在设备健康可管理、测量更适应工况                              3、设备传输网络优化
            和更安全等多元需求方向发展。                                           在设备层，存在设备种类、接口类型和网络拓扑种类繁多
                以阀门定位器为例，阀门或者气动执行机构卡死、膜片性                        的情况，各种设备的集成和工程实施具有较大的技术难度和成
            能下降等常常影响生产，导致停工。未来的智能定位器，将实                          本风险。此外，传统设备的通信标准种类繁多，使得设备之间
            现基于物联网的实时设备数据跟踪与分析。通过检测阀门摩擦                          的互联互通也很难实现。只有简化网络，才是统一多样设备、
            力的数据变化，预测阀门或气动执行机构卡死、监测阀门极限                          多类信息和人的最好方法。
            位置、检测气动执行机构弹簧性能和膜片性能等，并且提供保                              新技术采用两线制方式，通过一对双绞屏蔽线实现通信和
            养、维修、更换等方面的处理“建议”，避免停工和事故。                           供电，既支撑通信数据传输，又为设备提供能源供给，还可用
                以电磁流量计为例，其实际应用时，会出现工况适应能力                        于本安工况。这种线缆连接方式既简化了通信设备的接入，又

                                                       网络电信 二零一八年六月                                            39
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