区块链+物联网融合技术在海运领域应用案例

区块链+物联网融合技术在海运领域应用案例

关于海富航运链的介绍

一、背景

海运行业作为传统 而不可替代的重要行业，扮演着国际贸易产业链的重要角色，一直是支撑着全球化发展的重要力量，国际航运 市场属于完全竞争 开放 市场，存在着 一定的风险也但也存在着 巨大的商机。

在传统的 海运行业的 投资领域， 存在着 信息披露不及时，船舶管理公司经营数据的不透明，给投资人以及金融机构的审查带来了很多困扰， 同时 也给中小航运企业的融资带来了 俱多 的不便，如何在投资者和融资者之间建立起可靠的信任体系，建立起有效沟通的桥梁， 将资本有效服务于海运市场， 一直是海富基金团队在努力突破的难题，如今， 海富团队首创数字资产航运平台， 并 通过区块链+物联网的融合技术， 彻底 解决信息披露和经营数据的 不真实的 问题，同时也发掘出海运市场的 潜在 机会， 使得海运市场的潜能得到释放， 并带领更多人分享海运事业的红利。

海富团队是一支拥有20余年丰富的国际海运经验的航运投资团队，其核心团队成员先后在中国远洋海运集团（COSCO）、香港凯通、香港伟利航运，以及 新加坡 万邦航运等大型航运公司担任高层管理者，团队成员非常熟悉航运市场和金融市场，不仅擅长船舶的经营，还擅长船舶的买卖，船舶的投资管理，在多年的航运生涯中，创始人先后自持 将 近20多条大型 干 散货船，总载重吨超过100万吨，年营业额超过一亿美元，年均 投资 收益达到30%。

海富基金和新洋海运 船舶管理公司 建立了长期的 合作伙伴 关系 ， 新洋海运有限公司 旗下拥有优秀的船舶管理团队，该 公司 团队克服了很多散货船舶技术难题：包括在航海技术方面，处理过多次恶劣天气 条件下的 的船舶 *** 纵问题；在业务方面，也处理过数十个 租船 运输合同纠纷问题，以及海运提单问题，船舶保险等多种复杂的问题。

为了将经营数据 真是 呈现出来，海富团队将合作伙伴的核心运营数据 上传到 公链上，通过软硬件和区块链数据的结合，把运营指标进行公示，让投资人实时了解船舶运营的 真实 情况。

主要上链数据 ：

1通过AIS数据上链，掌握每条船的 实时位置信息和 航行轨迹；

2通过 租船 合同上链，让投资人了解营业收入情况；

3 通过航次效益测算数据上链，让投资人了解经营利润情况。

此外， 在船舶上的驾驶台和机舱集控室安装航运数据传感器，该传感器集成区块链+物联网技术的多项技术，该传感器 兼具数据采集和数据实时上链的功能，将区块链技术嵌入到硬件层面，让硬件采集的客观经营数据实时上链， 避免了可能存在的人为篡改数据的道德风险 。

1通过 传感器采集 船舶油耗数据与 理论推算数据 进行比对；

2通过 传感器采集 船舶里程数据与装卸港 实际数据 进行比对；

3通过 传感器采集船舶吃水数据所推算的载货量与运输合同约定数量比对 。

通过多重的交叉比对，将实时经营情况反映给投资人和金融机构，此外海富公司 还 在网站主页及时更新和披露最新的项目进展情况，投资收益情况，在合约到期后，依托智能合约自动执行分红和利息的划扣，确保投资者和金融机构的投资收益及时到账。

除了信息披露和管理数据的真实性外，假如出现终极风险，海富团队也有应对措施：船舶资产处置。船舶资产的处置风险相对可控，基本参照废钢的国际价格，废钢的国际价格相对稳定，多年来基本维持在400美元一吨左右，以巴拿马型船舶5万吨左右的载重量，其废钢重量1万吨左右为例，也就是说拆船价格大约在400万美元。一般对20年左右的船来说，不考虑废钢涨跌的因素，废钢基本可以覆盖80%的船价，当然也不排除因为废钢大涨或者大跌所造成的溢价和折损。

此外航运的运营收益也 相对 可观：根据目前的市场水平，一条 5万载重吨左右 的散货船市场租金水平大约在10000美元一天，扣除固定成本大约4000一天，还有大约6000美元一天的毛利，年收益大约在200-250万美元，也意味着投资500万美元， 扣完折旧，依然可以在三年 收回投资。

海富团队通过 融合区块链技术和物联网技术 ，应用于航运产业，将有力的推动行业快速发展和规范发展， 免去金融机构的尽职调查的复杂程序，极大降低投资人或金融机构的调查门槛，建立起信用的技术壁垒，为投资者带来稳健可靠的投资收益 。

物联网技术涵盖感知层、网络层、平台层和应用层四个部分。

感知层的主要功能就是采集物理世界的数据，其是人类世界跟物理世界进行交流的关键桥梁。比如在智能喝水领域会采用一种流量传感器，只要用户喝水，流量传感器就会立即采集到本次的喝水量是多少，再比如小区的门禁卡，先将用户信息录入中央处理系统，然后用户每次进门的时候直接刷卡就行。（了解更多智慧人脸识别解决方案，欢迎咨询 汉玛智慧）

网络层主要功能就是传输信息，将感知层获得的数据传送至指定目的地。物联网中的“网”字其实包含了2个部分：接入网络、互联网。以前的互联网只是打通了人与人之间的信息交互，但是没有打通人与物或物与物之间的交互，因为物本身不具有联网能力。后来发展出将物连接入网的技术，我们称其为设备接入网，通过这一网络可以将物与互联网打通，实现人与物和物与物之间的信息交互，大大增加了信息互通的边界，更有利于通过大数据、云计算、AI智能等先进技术的应用来增加物理和人类世界的丰富度。

平台层可为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接海量设备，支撑数据上报至云端，向上提供云端API，服务端通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。物联网平台主要包含设备接入、设备管理、安全管理、消息通信、监控运维以及数据应用等。

应用层是物联网的最终目的，其主要是将设备端收集来的数据进行处理，从而给不同的行业提供智能服务。目前物联网涉及的行业众多，比如电力、物流、环保、农业、工业、城市管理、家居生活等，但本质上采用的物联网服务类型主要包括物流监控、污染监控、智能交通、智能家居、手机钱包、高速公路不停车收费、远程抄表、智能检索等。

NHR系列智能显示控制仪表RS-485通信中应用

01摘要
NHR系列智能显示控制仪表是经过多年开发制造经验而设计生产，集诸多全新功能于一身的新一代智能显示控制仪表。针对现场温度、压力、液位、速度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统，广泛运用于电力、石化、冶金、轻工、制药、航空等诸多领域。产品的EMC设计符合GB/T176262-11相关规定，同时产品取得了CE认证。
02产品的市场背景
在自动化控制领域，随着分布式控制系统的发展，在产业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通讯来达到远程信息交换的目的。目前，用于串行通讯的接口标准包括：RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口标准，广泛应用在短间隔、较低波特率串行通讯中。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的进步。RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型，它属于七层OSI (open system interconnection，开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网轻易，RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。下面是关于虹润NHR 系列智能显示控制仪表在RS-485通信中的应用。
03产品的技术原理
1、系统技术方案
工业场合中,经常要用一些仪表去控制如温度、液位、流量等。在某些场合,需要1台控制器灵活地控制多台仪表,以达到设计控制目的。
本文利用标准的MODBUS RTU通讯协议与 RS-485通信指令,方便的实现与多台虹润NHR系列仪表的串行通信成功的实现了用单台控制器对多台仪表的灵活控制。可编程控制器允许在一个RS-485通信接口上连接多达100台虹润仪表,仪表大于60台时,需加一个RS-485中继器，RS-485通信口通信距离长达1KM以上。
2、RS-485总线的硬件设计
考虑到此控制系统中网络节点数较多，整个网络超过100个节点，为保证通讯的可靠性和通讯效率按照仪表在系统中实现的不同功能、数据流量、实时性要求把各仪表分布到两条总线上，而且所选器件中的RS-485芯片驱动能力均达到255点，通讯速率选96Kbps，离主站最远的节点不超过50m。
3、网络协议
为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输，在数据链路层必须提供一定的网络协议，保证在物理层的比特流出现错误时进行检测和校正，同时实现数据帧和命令帧的功能。然而，为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字，而常用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20～30字节，在RS-485系统中显得又有些繁杂。由于MODBUS协议是公然的通讯协议，而且被很多的工控产品生产厂家支持，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中，因此，本系统采用MODBUS协议作为此控制系统的网络协议。
在此控制中由于对PLC和变频器的通讯数据量小而且实时性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而对单片机的数据通讯量较大且实时性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。
04产品的应用
考虑到100台仪表在RS485总线上的实时性、有效性、正确性，现将100台虹润NHR系列智能控制仪表通讯组网分为两条总线，分别由PLC的串口扩展口分别定义为A1、B1和A2、B2 ；下面是虹润NHR系列智能控制仪表与PLC主机连接图，见图1、图2：

图1：虹润仪表与PLC组网图

图2：虹润仪表与PLC组网图
1、虹润NHR系列智能显示控制仪表通信参数配置
(1)、通信方式为RS-485, (1个起始位，1个或2个停止位，8位数据，无奇偶校验)
(2)、通信传输数据的波特率（12K 24K 48K 96K 192K）可在仪表叁数baud中设定
(3)、通信协议为标准Modbus Rtu 模式
这里重点突出可编程控制器与虹润NHR仪表RS-485接口部分。在工业现场,RS-485通信是应用较多的一种通信方式，图中可编程控制器通过RS-485通信接口与多个NHR仪表相连接,最多可达到100台,每台仪表被赋予各自的地址码,用以识别身份，( 地址码可在仪表叁数Addr中设定)，子单元和主单元采用地址轮询方式。这样可编程控制器的RS-485通信口便能通过RS485总线对挂在下面的所有仪表进行控制 *** 作。
2、虹润NHR系列智能数字显示控制仪通信数据流解析
本通信协议采用标准ModBus协议，采用RTU（十六进制数）传输模式。ModBus协议是一种主---从式协议。任何时刻只有一个设备能够在线路上进行发送。由主站管理信息交换，且只有主站能发起。主站会依次对从站进行轮流查询。只有当从站地址与轮询地址相匹配，从站才能回复消息。从站之间不能进行直接通信。协议桢中不包含任何消息报头及消息结束符，消息的开始和结束依靠间隔时间来识别，当间隔时间长于或等于35个字符时，即作为检测到桢结束。如果网络内没有与查询地址相一致的从站或从站接收时CRC校验出错，主站将不会接收到返回桢，这时主站根据超时设定判断是否超时，如超时，作出重发或d出异常错误窗口动作。
协议桢定义如下：

从站地址：地址必须在1---247之间。
在同个主站网络中每个从站地址必须唯一。
0为广播地址，从站接收消息并作相应处理，但不能回复消息。
功能代码：包含读、写寄存器。
数据：以二进制代码传输。
CRC16：循环冗余校验，校验从从站地址到数据区最后一个字节，计算多项式码为A001(hex)。
（1）、通讯口设置
通讯方式 异步串行通讯接口，如RS-485，RS-232等。
波 特 率 2400～9600bps（可由设定仪表二级参数自由更改，设定仪表二级参数BT，默认4800）。
（2）、字节数据格式 HEX
一位起始位、八位数据位、一位停止位、无校验

（3）、消息桢格式（读、写功能是从主站角度定义的）
读寄存器桢

读寄存器返回桢

写寄存器桢

写寄存器返回桢

错误返回桢

功能代码表：1

错误代码表：2

3、产品

05结论
本文利用标准的MODBUS协议和虹润NHR系列智能显示控制仪表进行RS-485通信，实现了单台控制器控制多台NHR仪表的任务，并能实时检测各仪表的运行状态，整个系统控制灵活方便, 方案结构简单，开发成本低，周期短，既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。

▌ 数字化转型案例

◆德国汉高集团与阿里1688达成年度营销战略合作

1月26日消息，德国百年化工巨头汉高集团与阿里1688达成年度营销战略合作，成为首家与1688数字营销平台达成年度战略合作的化工企业。1688数字营销将基于线上线下全域营销产品矩阵，依靠生态化服务体系，为汉高提供行业化个性化的全年营销解决方案，通过增值服务权益、特色营销场景、服务培训支持、产品数据优势、1&N品牌及经销商联合营销工具等结合全方位赋能，助力汉高更好应对客户日益增长的数字化需求，进一步挖掘市场潜力。

◆联合利华与京东超市达成战略合作

日前，联合利华与京东超市达成战略合作，将在品类建设、营销共创、 科技 驱动、无界零售等方面开展合作。根据协议，2019年联合利华将在京东超市推出多个新品，打造京东专属产品线，京东超市将加速向联合利华开放“用户运营中心”工具使用，帮助双方加速精准营销。此外，联合利华将在2019年上半年落地协同仓等战略合作项目，加速双方全面协同项目落地。

◆房企碧桂园要转型高 科技 企业

1月21日碧桂园集团2019年度会议上，碧桂园董事会主席杨国强表示，我们现在要朝着一个高 科技 企业去做，这是我们未来强大竞争力的源泉，未来我们的三个重点是：地产、农业、机器人。2018年以来，碧桂园不惜重金发力进军机器人、现代农业和新零售等风口领域，从建筑机器人到现代农业，碧桂园的新布局无不是围绕“房”和“地”进行。

◆海尔携手科思创共建数字化联合实验室

近日，全球大型家电品牌海尔与德国材料生产商科思创在青岛正式签订合作协议，依托海尔工业智能研究院，共建“海尔-科思创数字化联合实验室”。该实验室将致力于研发家电生产过程中与聚氨酯工艺相关的数字化解决方案，旨在为化工行业数字化转型树立新标杆。通过“海尔-科思创数字化联合实验室”，双方将在生产线数据获取、在线质量监测、数据分析和挖掘以及工艺流程优化等多个领域联合研发解决方案。

◆百丽国际去中心化推动数字化转型

近日，百丽国际执行董事李良在接受采访时表示，百丽数字化转型的总体思路是去中心化，将数字化工具的运用推到前端去。在李良看来，传统鞋业零售存在“数据割裂”的三大痛点：第一，底层数据是割裂的，商场数据无法及时反馈品牌和商家；第二，不同区域、不同渠道、不同门店的数据是割裂的，无法形成有效的“数据对齐”；第三，反应机制是割裂的，宏观数据和微观决策之间是割裂的，数据无法快速帮助一线销售人员回答问题，无法指导供应链及时调整。

◆中海油试水数字化转型

1月23日，中海油公布新一年的经营策略和发展战略。2019年，中海油计划增加资本开支，而油气增储上产、数字化转型以及 探索 海上风电将是工作要点。中海油管理层表示，关于数字化以及智能化，基于此前积累的带昂勘探开发的资料完善数据库，对未来勘探研究、开发策略形成指导，同时也会利用人工智能技术对海上作业提供远程支持，通过智能油田以及云平台的建设， 探索 业务数字化创新。

▌人工智能

◆华中 科技 大学成立人工智能研究院

1月26日，华中 科技 大学人工智能与自动化学院、人工智能研究院正式成立，副省长陈安丽和华中 科技 大学党委书记邵新宇、校长李元元共同揭牌。目前，华中 科技 大学在人工智能领域学术产量居国内第八位，成果质量居国内第六位。对标国家战略，服务湖北发展，华中 科技 大学深化产教融合、校企合作，以原自动化学院为主体，健全机构，创新体制，成立人工智能与自动化学院、人工智能研究院。

◆海龙大厦完成电子卖场转型升级

随着互联网时代的来临，海龙电子城也加快“改造升级”，开启转型之路。海龙大厦由以前的电子卖场转型升级为全国首家智能硬件创新中心，期间经历了疏解电子产品销售商户、回租回购小业主产权、加强产业升级调整，引入了地平线、旷视 科技 、硬蛋 科技 等在人工智能产业的领军企业，人工智能、孵化器等 科技 创新企业达到了90%以上，转型效果明显。

◆西安交大成立人工智能学院

1月21日，西安交通大学举行“人工智能学院”揭牌仪式。全球人工智能领域顶尖青年学者，北京旷视 科技 有限公司首席科学家、研究院院长孙剑被授予西安交大人工智能学院院长职务。学院将充分发挥西安交大在人工智能领域的学科发展和人才培养优势，形成高端人才积聚效应， 探索 智能产业产学研合作的新模式。

▌物联网

◆康佳携手阿里在物联网时代突围

近日，由康佳互联网事业部主办的“易的N次方”2019康佳互联网战略发布会暨年度营销盛典上，阿里巴巴和康佳集团宣布双方达成战略合作，阿里入股康佳集团旗下易平方和开开视界。2019年，康佳的互联网战略是发力“五大场景”，即在家庭场景、商旅场景、社区场景、景区场景和办公场景全面构建人与屏之间的“情景交融”。

◆华为5G重磅发布

1月24日，华为在北京举办5G发布会暨2019世界移动大会预沟通会，发布了全球首款5G基站核心芯片——华为天罡，致力打造极简5G，助推全球5G大规模快速部署。目前，华为已经获得30个5G商用合同，25,000多个5G基站已发往世界各地。同时，华为正式面向全球发布了5G多模终端芯片和基于该芯片的首款5G商用终端，带来首屈一指的高速连接体验，让万物互联的智慧世界与人们的生活更近了一步。

◆博世与雅观 科技 达成物联网战略合作协议

1月22日，博世安防通讯系统携手国内AIoT全屋智能前沿企业——杭州雅观 科技 共同签署战略合作协议，双方将在IoT物联网及相关领域结成长期、全面的战略伙伴合作关系，共同打造全屋智能体验，推动全屋智能行业发展。根据协议，双方将就博世ZigBee智能无线红外人体移动传感器以及博世ZigBee智能无线多功能传感器，接入雅观 科技 全屋智能解决方案进行合作。

◆菜鸟网络启用首个物联网机器人分拨中心

1月22日，菜鸟网络宣布，全国首个物联网机器人分拨中心在南京启用。机器人通过在分拨中心内移动，去往南京60多个配送网点的包裹按序分类，方便快递员配送。菜鸟柔性自动化工程师钟翔介绍，这一系统以 IoT 技术为核心，应用计算机视觉、多智能体机器人调度技术，实现了大件包裹在整个分拨中心内的全程可控、智能识别以及快速分拨。

▌区块链

◆腾讯与贵阳将在云计算、AI 和区块链等领域进行深度合作

1月26日，腾讯与贵阳市人民政府今天签署了深化合作协议，两方将发展数字经济，打造“数智贵阳”。腾讯将提供云计算、大数据、区块链、人工智能等领域的技术和经验。腾讯云还同步为“数智贵阳”提供底层区块链技术，打造贵阳“网络身份链凭证中心”，建成后将实现一经上链，在个人、企业授权的情况下处处使用，快速验证。

◆中信银行落地山东首笔区块链国内信用证福费廷业务

近日，中信银行济南分行成功为客户办理了辖内首笔区块链国内信用证福费廷业务，成为省内首家开展区块链福费廷业务的银行。2018年9月，中信银行与中国银行、民生银行合力开发了区块链福费廷交易平台。该平台通过运用区块链、大数据等技术手段，能有效解决了传统银行间资产交易存在的诸多弊端，可极大地提高交易效率，提升银行间资产交易的安全性，有效降低交易成本。

◆日本每日新闻社成立区块链实验室

1月22日，区块链风投公司Gaudiy与日本每日新闻社开始共同研究区块链技术及其开发。每日新闻社推出“每日新闻 Blockchain Lab”(简称MBL)，以研究和开发区块链在服务及新闻业的应用。MBL的目标是通过区块链技术构建信息的信任基础，为新闻的健全发展和公正做贡献。

▌大数据

◆山东省文化和 旅游 大数据研究中心成立

近日，山东省文化和 旅游 厅与济南大学战略合作签约仪式在济南大学举行，“山东省文化和 旅游 大数据研究中心”揭牌。双方在协议中约定，将本着资源共享、优势互补、务实重效、共同发展的原则，就建设山东省文化和 旅游 大数据研究中心和山东文化 旅游 研究等事宜，建立长期稳定的合作关系，共同致力于山东文旅融合大发展。

◆河南启动首个大数据信用融资服务平台

1月22日消息，在日前举办的河南省2019年重大项目银企对接会上，河南启动全省首个大数据信用融资服务平台——“信豫融”。该平台通过与工商、税务、不动产登记、海关、司法、环保、医保、社保等涉企经营和监管的信用信息实现实时共享，运用互联网、大数据、云计算和人工智能等新技术为金融机构、企业提供一站式信用大数据服务。

◆首个融媒体与大数据研究中心落户中国人民大学

1月22日，首个融媒体与大数据研究中心在中国人民大学举行挂牌仪式，成为国内首个以打造产学研相结合为特色的融媒体与大数据合作交流平台。中国人民大学文化产业研究院执行院长曾繁文表示，该研究中心首先要下大力气做好智库建设，成为融媒体发展和舆情大数据建设的核心智库。其次，整合资源做融媒体建设解决方案的提供商。同时，强化研究中心的辐射引领作用，为更多的地方政府和县域融媒体发展服务。

▌云计算

◆IDC公布中国云计算厂商份额数据

1月21日消息，市场研究机构IDC公布了2018年上半年中国公有云厂商市场份额数据。数据显示，阿里云、腾讯云和中国电信分列前三，分别是43%、112%和74%。阿里云的市场份额达到了第二名到第九名市场份额的总和，占据了中国云计算市场的半壁江山，这也是阿里云连续三年位居中国市场第一年。

◆启明星辰增资易捷思达，布局云计算

近日，启明星辰发布公告，为加强在信息安全方向布局的发展战略，决定由全资子公司向易捷思达增资5000万元。易捷思达成立于2014 年2月，由IBM中国研发中心OpenStack 核心研发团队创建，为企业级客户提供云计算产品与服务。启明星辰增资易捷思达，一方面，将利用易捷思达在云方面的积累，结合公司自身安全的能力，大力实践云安全；另一方面，公司提出的安全独立运营、安全技术的互联网+、人工智能化战略与云计算密不可分。

▌网络安全

◆爱尔兰调查Twitter数据泄露事件

1月26日消息，爱尔兰正在对Twitter的数据泄露事件发起调查。此前该机构收到Twitter的通知，称这家社交媒体网络发生了数据泄露事件。欧洲《通用数据保护条例》第33条规定，如果发生个人数据泄露事件，相关公司必须在了解情况后的72小时内上报监管方，并明确规定了要提交的资料数据和类型。违反隐私法可能会被处以最高达全球营收4%或2000万欧元的处罚，具体以数额更高者为准，而此前的罚款仅有数十万欧元。

◆国家网络安全产业园正式揭牌

1月21日，网络安全产业园入园企业座谈会在京举行, 在座谈会上，国家网络安全产业园区正式揭牌，包括360企业安全集团在内的10家网络安全企业签约入驻。国家网络安全产业园区的目标是将北京市建设成为国内领先、世界一流的网络安全产业集聚中心。预计，到2020年，产业园区内企业收入规模达到1000亿元；到2025年，将依托产业园区建成我国网络安全产业“五个基地”。

聚羧酸减水剂生产控制系统的工业物联网框架设计与实现

严海蓉1，王子明2
（1北京慧物科联科技有限公司，北京 100124，2北京工业大学，北京 100124）

摘要：工业物联网既提供了在生产过程中获取并控制聚羧酸减水剂生产设备的信息的方式，也提供了基本的网络架构，方便系统集成和扩展。该框架在分析了聚羧酸减水剂生产流程的基础上被划分为设备控制层、通讯层和应用服务层。根据实际应用需求，描述了工业物联网架构可以方便接入设备，贴近工艺完成软件，并让机器具有智能。企业应用案例表明该系统能够有效地实现生产状态跟踪监测和生产设备自动控制的目标，对进一步研究工业物联网技术和解决方案具有一定的参考价值。
关键词：工业物联网；自动化控制系统；聚羧酸减水剂生产设备
中图分类号：TP273 文献标识码：A

Theindustrial IOT design of automatic control system for polycarboxylate superplasticizer
YAN Hairong1, Wang Ziming2
（1．Beijing Sophtek Corp，2 Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）

0引言
原来的聚羧酸减水剂生产自动化控制不能充分满足生产工艺要求，存在的主要问题是：
1） 新设备接入非常困难；
2） 同类不同厂家设备不方便更换；
3） 匀速滴加过程中不能达到理想的控制速度，传统PID算法波动较大，常需要人工手动干预；
4） 温度控制需要人工参与控制，无法完成全自动；
电话 扣扣53O934955
工业物联网是工业40的支撑框架。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。它的发展离不开应用，面向工业自动化的工业互联网技术是物联网的关键组成部分[1]。工业物联网通过将具有感知能力的智能终端、无处不在的移动计算模式、泛在的移动网络通信方式应用到工业生产的各个环节，提高制造效率，把握产品质量，降低成本，减少污染，从而将传统工业提升到智能工业的新阶段[2]。
工业物联网框架中，整个系统具有强大的数据服务器，能够进行大数据的计算。在数据量足够的时候能够利用网络智能来帮助企业进行决策、配方优化和自动的设备维护等。
整个控制系统具有分布式智能能力。整个系统中，可以把数据都送到中控部分来完成；也可以将一些需要及时处理的，如温度控制等，直接由现场控制来完成。系统通常分为中央控制单元和分布的现场控制单元，中央控制单元由工业控制计算机充当，现场控制单元则由高可靠、抗干扰的工业级微控制器和与当前控制需求相配套的附加电路模块组成。依托微控制器的实时处理能力可以完成对现场生产进行实时调节控制，并且通过总线实现现场控制单元与中央控制单元进行数据交互，使生产过程表现出整体性、协调性，从而优化生产工艺、提高生成效率。
系统通过总线把各个独立的控制模块组织成在一起。控制模块的独立性，使得系统中各个分布的控制模块检修、升级、数量扩充都很方便，也为在生产规模扩大时控制系统扩充预留了接口。
因此工业物联网框架才能彻底解决传统控制的一些问题，真正贴合聚羧酸减水剂生产工艺。
1 系统概要设计
根据聚羧酸减水剂的生产过程，可以将聚羧酸减水剂自动化控制系统分为设备控制层、通讯层和应用服务层，系统框架如图1所示。
图1 系统框架图
图1中，应用服务层主要实现对生产过程中实时数据和生产状态的跟踪监测和管理，同时提供各种应用UI接口，用户可以通过使用计算机、手机等手持设备登录客户端来访问或获取所需要的数据或信息等，从而实现物联网的厂内处处可访问。一旦将企业网络与公共网络连接，用户登录后就可以实现生产数据随处可访问。
应用服务层中还包括有控制逻辑层，控制逻辑层通过与 *** 作人员进行交互，并且汇集、分析、存储和处理生产过程中的实时数据和生产状态，实现生产过程的逻辑控制。
通讯层主要实现设备控制层、控制逻辑层和应用服务层之间的可靠传输。
设备控制层主要实现原始数据的采集与分析、数据和状态的上传、控制指令的接收等。嵌入式控制器内的智能逻辑将和聚羧酸减水剂生产各工序要求的生产工艺（加料、滴加、温度调节、pH调节）等紧密贴合，并与控制逻辑层相互通讯完成所要求的工艺精密控制。
整个系统采用划分层次的设计思路使得系统具有很好的可移植性，各种传感器可以灵活的接入系统。这样新系统的总体实现或者旧系统的扩展可以采用“搭积木”的方式完成构建。

2 系统详细设计
根据以上设计的系统工业物联网框架和体系结构，本研究将以北京某公司的具体项目为例，详细介绍该系统的设计和应用过程。
21设备接入示例
基于工业物联网架构的设计，可以很容易的接入各种设备。比如如图2所示的聚羧酸减水剂自动化控制系统接入了一个服务器、一个 *** 作员站、若干显示器、2个控制站，若干现场设备和用户手机。
图2基于工业物联网架构的设备接入实例
服务器负责存储生产数据，包括生产 *** 作日志和生产过程数据，便于生成台帐和报表。也可以与各种财务、资产管理软件连接。同时，负责承载起局域网与大网络的连接工作。
*** 作员站上运行的软件，方便 *** 作员在中控室来 *** 作现场各种阀门、电机等开停，从而按照工艺过程完成生产。
控制站自动获得 *** 作员 *** 作命令来控制现场设备，比如阀门等，同时也自动从现场设备获取各种状态，比如称重数据等传给控制室控制机器。
现场设备是包括传感器和各类执行器，比如秤、阀门等自动工作。
图中的手机设备是为了表示出工业物联网框架可以任意接入设备的特性。比如，在该框架下，巡视人员可以通过手机进行接入，完整现场紧急控制一些阀门的开或者是关。经理等就可以通过手机来查看每天生产数据。
同时，对于不同厂家的同类设备，该工业物联网框架也有较好的兼容能力。
22贴合工艺的软件设计
软件包括生产线管理软件和工业现场控制软件。生产线管理软件工作于生产管理计算机，主要实现工艺管理、配方管理；通过网络，根据权限，可调出 *** 作人员的现场 *** 作记录，完成对现场的远程管理。工业现场控制软件工作于车间级服务器中，主要通过与工艺以及现场布置相同的画面显示，使得 *** 作人员便于 *** 作，以实现现场设备仪表信号的采集、处理，配方管理和现场数据实时界面显示和控制等功能。
图3 聚羧酸合成控制生产工艺示意图

根据实际生产过程和自动化控制系统的特点，当前聚羧酸生产过程分大单体预化过程、 A、B料预混过程、A、B料计量罐加料过程、碱计量罐加料过程、A、B料滴加过程、反应釜搅拌控制过程、反应釜温度控制过程，针对不同的过程，分别实现其控制目标，从而达到完整生产过程的控制。
下面以工艺中的A、B料计量罐滴加控制为例来说明软件设计功能。
首先控制系统为用户提供友好的A、B滴加控制对话框，方便用户可视化 *** 作。用户可以选择采用以前输入的备用方案进行控制，也可以选择自己新输入方案进行空控制。总之都能够根据配方在规定的时间内，将指定质量的物料匀速加入到对应的反应釜中。
图4 启动已存备用方案滴加
图5 启动自定义方案采用三阶段定量滴加示例

其次控制系统采用分段式匀速滴加模式（图5），启动滴加时，控制系统计算出三个阶段分别的预期流速。控制系统实时读取当前计量罐的质量，并根据当前时间，计算出实时流速。控制系统根据实时流速和预期流速的差值，控制调节阀的开启度，从而控制滴加速度。
图6 滴加控制效果示意图（多阶段不同流速）

最后，显示出实时滴加工作界面（图6），工作工作误差一般不大于1%。
23机器学习的智能能力
原来控制系统由于没有采用物联网框架，数据存储量不充分，从而无法让机器自主学习。各种设备常常需要人来手工调整，设定最高最低值；控制过程需要人工进行干预，来辅助机器完成自动控制。
而现有的工业物联网架构，拥有了专门的数据服务器，从而可以存储较大量的数据。而对于这些数据进行分析而产生的机器智能不可小觑。
比如，以前温度控制时，只能根据人工经验设定一个固定的值。反应釜的材质、容量、夹套、搅拌电机、搅拌桨叶等设备本身因素会影响调温结果。
而往往由于冬夏的自来水、室内温度、物料温度、反应剧烈程度等也会影响调温结果。因此在控制系统安装后要进行长时间的人工参与测试来努力找到一个合适的最大最小值。而测试时间毕竟短，这个值一旦这个值固定后，后续生产时就无法轻易改变，为此生产 *** 作员常需要来观测这个温度控制过程并且来参与控制，否则很难达到理想的控制效果。
再比如对于滴加控制的PID算法，往往由设计者人为给定一个PID参数，也无法完全适应实际设备磨损等情况。
而基于工业物联网架构的控制时，可以在服务器端运行一个智能控件，由它来自动学习历史调温或者滴加流速的变化情况，不断训练软件，让软件重新找到合适的上下调节阈值，这样才可以真正达到完全自动化。整个系统拥有了自己不断学习的机器智能。

3 系统测试结果
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统在设计和开发完成后，在北京某工厂的实际生产线上投入使用。目前，该系统运行安全、稳定，大部分功能已经实现，达到了预期的效果。
在系统正式投入使用后，对系统的工业现场控制软件、生产线管理软件和嵌入式控制器进行了长时间的测试。针对实现过程中遇到的问题做了大量的调试工作。下面以实现滴加A料为例对系统的测试进行描述。
*** 作人员在控制室通过点击用户 *** 作界面的A料滴加阀门按钮进行滴加参数的配置，如图7所示。 *** 作人员需要输入的参数为滴加质量和滴加时间，同时系统也支持分阶段滴加。在点击开始滴加按钮后，服务器会向嵌入式控制器发送滴加A料指令。
图7 滴加A料配置界面
嵌入式控制器在接收到服务器下发的滴加A料指令后，会进行自动化控制，实现A料的滴加 *** 作，具体效果如图8所示。
图8 5个反应釜同时进行A料滴加曲线示意图
图8中5条不同颜色的线分别表示5个不同计量罐的A料滴加曲线，系统支持多个计量罐同时进行滴加 *** 作。左侧上升的直线表示向计量罐加入A料的过程，系统支持多个计量罐同时加料，质量控制精确，定量加料的误差在01%以内。右侧下降的曲线表示滴加A料过程，曲线的斜率即为速度。由图可知，系统基本上能够实现匀速滴加A料过程，同时，系统也支持连续4小时的滴加 *** 作，时间误差在1分钟左右。
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统投入运行后，提高了聚羧酸减水剂的产品质量，提高了工艺生产的自动化程度，大大减轻了 *** 作人员的劳动强度，提高了企业的竞争力。
4 结束语
本研究基于工业物联网架构设计的聚羧酸减水剂自动化控制系统对聚羧酸减水剂生产过程可以进行高效的跟踪管理，在实际应用中具有重要作用。它使聚羧酸减水剂生产设备具备了一定的数据感知、处理和通信能力，从而为企业制定更好的工艺流程提空帮助。同时，它也促使聚羧酸减水剂生产管理过程更加科学和精细化。该系统的成功开发设计为工业物联网在化工行业的推广打下了基础，做出了积极地探索。

参考文献：
[1]LIANG Wei，ZENGPeng Internet of Things Technology and Application Oriented IndustrialAutomation[J] Instrument Standardization & Metrology，2010：21-24[梁炜，曾鹏面向工业自动化的物联网技术与应用[J]仪器仪表标准化与计量，2010：21-24]
[2] KANGShilong，DU Zhongyi，LEIYongmei，ZHANG Jing Overview of industrial Internet of Things[J]Internet of Things Technologies，2013：80-82,85[康世龙，杜中一，雷咏梅，张璟工业物联网研究概述[J]物联网技术，2013：80-82,85]
[3] BIDongzhen The Design and Realization of Industrial Sewing Machines System Basedon the IoT[D]Shandong: Qingdao University，2012[毕东贞基于物联网的工业缝纫机系统的设计与实现[D]山东：青岛大学，2012]
[4]ZHANG Ximin，WANGGuoqing，DINGXuenian Development of an Internet home automation system[J] Chinese Journalof Scientific Instrument，2009，30（11）：2423-2427[张喜民，王国庆，丁学年基于因特网的远程家居自动控制系统研制[J]仪器仪表学报，2009，30（11）：2423-2427]
[5]WU Jiaqiang Tracking and quality monitoring system based on IOT industrial forsteel pipe[J] Journal of Mechanical ＆ElectricalEngineering，2013，30（11）：1335-1339[伍家强基于工业物联网的钢管跟踪及质量监测系统[J]机电工程，2013，30（11）：1335-1339]
[6]LI Nan，LIUMin，YANJunwei Frame work for industrial internet of things oriented to steel continuouscasting plant MRO[J] Computer Integrated Manufacturing Systems，2011，17（2）：413-418[李楠，刘敏，严隽薇面向钢铁连铸设备维护维修的工业物联网框架[J]计算机集成制造系统，2011，17（2）：413-418]

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