从自动化理论看工业互联网——物联网

​在2018年底，曾经构思了系列文章从自动化理论看工业互联网，原计划写三部分内容：介绍自动化理论在日常生活中的应用（以第五项修炼介绍）、自动化理论在供应链管理中的应用、自动化理论在物联网中的应用。

但于2019年初加入SAP后，一直忙于学习SAP丰富的知识，这系列的文章就中断了，但一直还是想写一写我是如何利用自动化理论学物联网的。

自动化理论中，最重要的就是闭环控制，大部分内容讨论的是通过闭环控制，实现自动控制系统的稳定性。看一下闭环控制原理：

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在这个图中，被控对象是控制目标。而控制器、执行器和传感器都是为了实现被控对象能够达到控制目标。因而自动化原理中最核心的是 控制器 、 执行器 和 传感器 。

在拿一张物联网的架构图，我学习物联网的时候，最早用的是IBM的一张原理图：

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这张图中，物联网的架构中，包括感知与识别， 控制与管理，模型与分析。

其中感知与识别对应着 传感器 ，控制与管理对应着 执行器 ，模型与分析对应着 控制器 。

物联网的架构完全可以对应上控制原理的基本架构。

物联网的架构与自动控制原理有很多相似之处，但物联网相对于自动化设备要复杂：

1、早期自动化应用于设备处传感器、控制器、执行器都是控制单一设备，不需要识别被控设备。但是物联网系统管理的设备多，对设备管理时，需要识别设备，因而物联网需要有识别功能，可以是通过ID识别，也可以通过IP识别。

2、早期自动化都是本地执行有了DCS之后，才有集中管理，分散控制的，所以控制器相对简单。但是物联网需要将信息集中处理，大大增加了复杂度：需要网络支持，需要人工智能技术来实现控制功能，考虑多个设备之间的联动关系。所以物联网相对于自动化原理，复杂性大部分体现在控制器上。现在集中讨论的大数据、智能分析、人工智能、机器学习，通讯协议、通讯网络，所有的目标都是为了实现控制器的功能。

3、物联网在控制器人工智能、大数据分析等应用还不完善，可以直接控制设备非常少，现在物联网的执行器，还是通过事件触发，交由人来处理。因而物联网通过事件驱动的模式会比较普遍：如果未发生异常，不需要人来处理，发生异常会抛事件来让人处理。随着智能技术的发展控制器完善，执行器将越来越多的自动处理。

以上分享的自动化原理，都是早期控制单个设备的原理。自动化应用也在不断完善。比如发展出DCS系统：集散控制系统。其原理是集中管理，分散控制。

设备的控制，还是通过控制回路实现；但对控制设备的管理则集中到中控室，控制回路中的传感器信息上传到中控室，集中监控；对设备控制参数，也可以通过中控室来控制。

可以简单理解为： DCS系统是一个企业内使用的物联网简单系统 。如果将DCS管理的设备实现跨企业的集中管理，同时利用数据实现智能化，就是物联网系统。

在2013年参观陕鼓集团时，他们演示的旋转控制设备远程监控系统，是非常典型的物联网应用，陕鼓的这套系统，就是借鉴了DCS原理实现的。

本文是从自动控制原理看工业互联网系列的第六篇。

物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。 EPoSS在《Internet of Things in 2020》报告分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015年物体互联，2015-2020年物体进入半智能化，2020年之后物体终端进入全智能化。 RFID是物联网发展的排头兵，RFID技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，最简单的RFID系统由电子标签(Tag)、读写器(Reader)和天线(Antenna)三部分组成，在实际应用中还需要其他硬件和软件的支持。2009年中国RFID市场规模将达到50亿元，年复合增长率为33%，其中电子标签超过38亿元、读写器接近7亿元、软件和服务达到5亿元的市场格局。
MEMS传感器市场前景广阔 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微机电系统的缩写，MEMS技术建立在微米/纳米基础上，是对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术，完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。MEMS传感器目前主要应用在汽车和消费电子两大领域。任天堂公司的Wii无线游戏机允许使用者通过运动和点击互相沟通和在屏幕上处理一些需求，其原理是将运动（例如挥舞胳膊模仿网球球拍的运动）转化为屏幕上的游戏行为。在苹果公司的iPhone中，通过对旋转时运动的感知，iPhone可以自动地改变其显示格式，以便消费者能够以合适的水平和垂直视角看到完整的页面或者数字。根据ICInsight最新报告，预计在2007年至2012年间，全球基于MEMS的半导体传感器和制动器的销售额将达到19%的年均复合增长率(CAGR)，与2007年的41亿美元相比，五年后将实现97亿美元的年销售额。目前上市公司中歌尔声学已经掌握MEMS芯片设计、MEMS半导体封装等多项核心技术，2008年申请相关专利高达44项，主要应用在MEMS麦克风的生产制造。我们认为公司将在物联网时代MEMS传感器领域占据竞争优势。 智能终端备受期待 法国Violet公司推出了Nabaztag小兔子，通过wi-fi路由连接网络，可为主人提供所需的各类新闻等，能够讲5国语言，在主人接收到邮件或信息时，会发出语音提醒。此外它还能识读Ztamps标签上的信息，并实时连网，随时呈现动态信息。我们认为随着物联网推进，家用电器的智能化将是未来发展趋势。上市公司中的拓邦电子是家电智能控制应用领域的行业先行者，未来发展值得关注。 集成电路产业有望迎来发展新机遇 2005年我国集成电路市场规模达到3800亿元，占全球比重达25%，成为全球仅次于美国的第二大集成电路市场。32位CPU芯片、网络路由交换芯片、GSM/GPRS手机基带芯片、TD-SCDMA基带芯片、数字音视频和多媒体处理芯片、第二代居民身份z芯片等一批中高端产品相继研发成功并投入市场，产品设计能力达到018微米，集成度超过千万门；集成电路芯片生产线工艺水平达到12英寸013微米，90纳米工艺技术研发取得进展，与国外先进水平之间的差距明显缩小。 电信设备商最受益于物联网 当下最大的投资机会在于电信设备商，物联网的商业建设尚处于萌芽阶段。电信运营商是物联网的积极推动者，物联网丰富电信网络的应用。就三家电信运营商而言，包含强势固网的全业务运营商中国电信和中国联通在行业用户的ICT（信息通信技术，Information and Communications Technology）建设中一直处于领导地位，其全业务模式十分便于将通信网络与物联网相关信息管理的企业内网实现对接，完成对物联网的全程管控。由于资源所限以及历史原因，单纯的移动运营商中国移动目前能够实现的物联网应用还处于初级阶段。具体而言，网络的升级换代对光纤产业将产生实质性利好，受益的公司包括烽火通信、中天科技、亨通光电、中兴通讯、光讯科技、三维通信等国内领先的光纤制造商、通信设备提供商。在物联网建设进程中，这些公司最先受益，确定性最高

以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果，给我们的生活带来了深刻的变化，物联网是在互联网基础上发展而来的新一代网络。 物联网通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、传感器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，使现实世界中的所有物品与网络进行连接，实现了智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网的应用

物联网发展至今，产业规模不断扩大，产业价值不断增加，物联网带来的价值和社会效应日益明显。 未来物联网将广泛用于智能交通、地防入侵、环境保护、政府工作、公共安全、智能电网、工业监测等多个领域。物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。有专家预测10 年内物联网将大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。

例如，电力企业经营管理就体现了运用物联网关键技术的最佳实践。应用物联网技术和现代管理理念对燃料的管理流程进行规范化，采用先进的RFID 射频识别、视频监控、红外线感应、车辆跟踪定位、自动化计量系统，与企业原有的管理信息系统紧密结合，对企业燃料采购计划、计量检验、入库和结算进行全方位监管，对燃料实行集中控制，为每批次燃料均准备独立的身份标签，对燃料本身与燃料合同、计量检验等进行一体化管理，实现燃料管理全过程的自动、闭环控制。还可以把传感器嵌入到电力企业的生产设备、物资运输设备等各个环节中去，去捕获、收集设备运行状况以及技术人员管理的信息，进而通过软件应用系统进行处理和分析，提出辅助决策或预案，整合电力系统中环境基础设施、材料设备以及人员的控制和管理，使人们可以更加精细和灵活的管理生产经营。

物联网风险及其管理

发展物联网的价值无疑是巨大的，物联网对于当前社会的影响也是不容忽视的，在安全与隐私方面的不利影响已经被人们所认识和关注，成为影响物联网发展的风险因素。物联网从技术上体现了现代科技进步，然而物联网的发展在社会生活的各领域存在诸多风险，需要细致的分析新技术对社会的影响，特别是要积极的应对物联网面临的风险。

物联网接入的各种传感器很可能成为“监听和监视”的工具，物联网的商业应用，为了创造商机挖掘个人隐私，极大地威胁隐私安全，比如传感器在何处设置、由谁设置、谁能阅读物联网信息等等，这些物联网隐私和信息权利的复杂性加剧了物联网商业滥用的风险。 物联网电子标签的使用使风险威胁来自两个方面：首先是标签信息泄露问题，其次是通过标签的唯一标识符进行恶意追踪问题。信息泄露是指暴露标签发送信息，当电子标签应用在药品上时，可能暴露药物使用者的病理；当电子档案、生物特征添加到电子标签中时，标签信息泄露问题便极大地危害了个人隐私。恶意追踪可以在不同的时间不同的地点识别标签，得出标签的定位信息。因此可以通过标签的定位信息获得标签持有者的行踪，并且标签识别装备相对价格低廉，极易隐藏并且使用寿命很长，这就加剧了恶意追踪的风险。

对此，笔者建议，在物联网的风险管理中，应深入研究物联网的影响，构建统一的物联网监管体系，综合治理物联网风险，以切实可行的综合措施引导物联网健康发展，减少物联网风险。 关键技术逐渐成熟，管理机制逐步规范，隐私保护与信息安全同步推进，推动物联网内不同对象间的信息交换更加便捷、高效、安全、低成本、自主式、智能化。从技术现代性的角度，思考物联网的问题和风险，对物联网的未来发展富有启发意义。

物联网工程技术学习内容如下：

一、培养目标

物联网工程专业培养适应社会主义现代化建设需要、德智体全面发展，具有良好的科学与工程素养，系统地掌握物联网技术及相关学科的基本理论、基本知识、基本技能与方法研究，能在工程及实际应用中从事物联网技术的规划设计与开发工作，富有创新精神和创新能力、掌握多学科交叉知识的复合型工程应用人才。

二、相关课程

1、第一个收集传感信息，进行进一步的存储和处理（射频识别技术，传感器技术）。

2、第二个通过互联网传输信息和整理（无线网络技术及嵌入式系统，物联网信息处理、信息传输、信息安全）。

3、通过了前期的收集整理数据，要对这些数据进行合理的管理和控制，从而对物体进行管理和控制（具备物联网体系结构及物联网软、硬件的基本知识）。

三、物联网和互联网

物联网是互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。互联网是指21世纪之初网络与网络之间所串连成的庞大网络。这些网络以一些标准的网络协议相连，连接全世界几十亿个设备，形成逻辑上的单一巨大国际网络。本质上物联网还是离不开互联网的。

四、就业前景

物联网工程专业的就业前景在所有专业中排行第337位，并且在所有物联网工程专业毕业的同学中经过智联招聘的数据分析得知，其月平均工资约4878元，最低工资约2534元，最高工资为86000元以上。

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