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。

专家描述了用于工业物联网的标准软件栈可以集成到现代自动化系统中的方式。

在大型工业系统中，集成是一项越来越大的挑战。过去，工业系统集成主要集中在设备，网络和其他硬件物理层。大多数情况下，软件已配置并包含在特定设备中。

利用工业物联网及其无处不在的网络连接和虚拟化，系统集成挑战现在包括在物理层上运行的软件。

DDS是一种工业物联网连接标准，专门解决工业系统中不断增长的软件集成挑战。例如，DDS用于石油钻井平台自动化平台。这些平台的开发旨在通过集成钻机上的所有子系统并使用软件来驱动钻井过程，从而大大简化钻井过程。

自动化平台需要在控制和流程级别上增加分布式软件。一旦技术人员监控并控制了钻机上的泥浆泵子系统，并与运行其他子系统（如钻头）的其他技术人员协调。使用自动化平台，有一些计算节点运行管理两个子系统的软件应用程序。

这些应用程序需要以安全且可扩展的方式在数十个到数百个软件应用程序之间以高速率共享数据。这就是使用DDS（工业互联网联盟（IIC）建议的核心IIoT连接标准之一）已证明其价值的地方。
OPC UA是工业自动化中用于解决器件集成挑战的另一种IIC核心连接标准。OPC UA简化了需要在制造系统中连接的设备和控制器的配置。它还提供有助于解决应用程序和设备之间语义互 *** 作性的信息模型（如机床的MTConnext）。

未来的过程控制，楼宇自动化，石油钻井平台自动化等工业自动化系统将集成在软件和设备级别。集成DDS和OPC UA以支持这些需求是有意义的。

一种集成方法是基于对象管理组的标准使用OPC UA-DDS网关。DDS扮演核心总线的角色，简化了分布式软件应用程序的集成以及它们之间的数据和服务调用共享。

OPC UA设备和应用程序使用新标准化的OPC UA-DDS网关桥接到DDS数据总线。通过这种方法，可以在软件和设备级别集成具有OPC UA设备和应用程序的软件密集型工业自动化系统。

将来，通过将OPC UA的客户端 、服务器模型和域信息模型与DDS经过验证的发布与技术相结合，可以使用更紧密的集成，将DDS和OPC UA结合在一起。这种方法在DDS和OPC UA之上提供了一个API层，以更好地解决集成挑战。

它将扩展到数千个节点，消除对服务器的依赖，提供灵活的物理层实现并实现细粒度的安全性。

这两种集成方法中哪一种对特定的工业系统有意义取决于用例和整体系统要求。实际上，这两种方法可以根据需要在同一系统中使用。无论如何，将DDS的软件集成强度与OPC UA的设备集成强度相结合是一条充满希望的前进道路。

随着西气东输的不断推进，我国油气管道里程数不断增加，西气东输站场运维具有多气源、多用户、用户需求种类多的特点，供气保障难度高，站场管控压力大。为了降低站场运行风险，提高管网运营效率。传统管道运维过程中数据采集人工化、异常报警不及时、设备智能化水平等不断凸显。

将大数据，云计算，物联网等先进技术与油气管道业务相融合，实现异常数据智能化预警、设备 GIS 信息动态展示等功能。从而达到降低运营成本，提高生产效率，减少安全隐患的目的，进而促进管道管理的标准化，规范化和智能化进程。

应对复杂多变的供气环境，保障全国人民的天然气使用，加快管道智能化是赋能油气行业高质量发展的必然选择。

且在低碳目标下，能源领域的数字化、智能化转型作用更加凸显。能源数字化的意义，不仅在于把人从繁重体力劳动中解放出来，对企业还有诸多好处。

油气管道智能监测解决方案，形成了集中监视的高效管控模式，实现站场分输远程自动控制，推动输气管道站场管理智能化转型，能使站场运营管控效率显著提升。

油气管道数字孪生对油气管道运维的优势：数据进行实时展示，可以提升管理效率和生产效率，促进绿色低碳转型。

综合了物联网、人工智能、大数据、通信技术、GIS、可视化等多种技术，对油气管道运维全生命周期数据进行统一管理与维护。提高管道运维管理的智能化水平，将整个工艺流程透明化、可视化，从优化过程端入手达到控碳、减碳的目的。

实时监测系统涵盖产量分析、能耗分析、设备运维、安全防护以及厂区监控等板块。

运用物联网、大数据、人工智能技术对传输到管理中心的智能感知数据进行分析计算，并通过可视化技术实现对日常运维的辅助决策、智能状态感知、智能数据分析、智能信息发布、智能设备管理、智能业务管理六大功能。

2D 面板采用曲线图、趋势图、统计图等多种图表，实现分输量数据、进出站压力、压缩机运行状态、设备完整性、电能波形、综合流程分析等数据的实时可视化展示。管道工作压力是油气管道设计中的一个重要部分。Hightopo通过对接测试系统，将管道的进站压力、站内压力、出站压力进行数据采集，并通过丰富完善的图表库资源支持，将一年内的压力变化通过折线图动态展示。点击折线图上方对应的图标即可快速查看。有利于工作人员合理调配泵站和压气站的数量、站内机组的功率以及管道的耗钢量。

设备完整性在管理过程中，贯穿设备自安装使用开始直至报废的生命周期。支持根据设备情况自由设置监控设备，将抽象复杂的数据通过 HT 可视化图表进行清晰反应，提高油气站场设备可靠性，降低生产运行风险。

充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，并依托其可视化技术，将西气东输二线广南支干线管道演示，包括地下管线、管线阀门、卧式分离器、旋风过滤器、空冷器等。化繁为简，便于信息的传达与沟通。

三维场景内双击压缩机厂房即可查看压缩机工作状态。通过 3D 可视化，将压缩机的整体结构设备分布情况进行立体化的呈现，点击设备对应按钮即可随意切换不同压缩机工作视角，不同颜色的线条代表着不同的空气的流动，彻底解决了设备在进气、压缩和排气过程中只能依靠抽象讲解演示的弊端，满足多样化监测需求。

场景内点击压缩机即可查看机器拆解过程，2D 面板重点显示压缩机技术参数、安装信息、设备参数、历史故障、历史维修、历史保养、备品备件等信息。将原本复杂的分析数据，以直观的形式表现，简化用户的理解难度。

3D 空间内展现了机柜间三维模型以及机柜分布。与底层数据采集系统进行集成，能实时查看温湿度、漏水监测等动环数据，能更新配电监测实时数据。2D 面板显示台账信息和配电监测。实时的管理与监控低压设备以及台区综合评价状态，对设备资源进行状态查询、参数监测、预警告警等智能监测功能。

工艺工法

工艺工法重点模拟工法流程，运行管道走向，同时经过设备时进行相关数据信息展示，运行中整体场景变暗，流经部分设备及管线亮度提升。

为了降低站场运行风险，提高管网运营效率，基于运行数据，强大的渲染能力，搭建的可视化解决方案，形成了集中监视的高效管控模式，实现站场分输远程自动控制，推动输气管道站场管理智能化转型，使站场运营管控效率显著提升。

关于油气采集的可视化系统，采用 25D 的轻量化设计线上智慧油田。系统以四川地图为基，展示整个省的油田分布。通过 2D 组态了解石油勘探—石油开采—油气集输—井下作业—石油化学工业整个流程。

管理人员可直接查看设备的维修状态报告，上面清晰列明设备维修是否到期，维修计划是否到期，维修计划数量是多少。通讯、除磨、变压机是否有故障，故障是多少等等，使现场人员更方便、高效地进行生产线的管理。

通过可视化动画效果和子菜单的数据可视化图表载入，设计了海上油气集输智慧石油开采可视化综合管理系统。打破信息壁垒与孤岛，实现互联互通和信息跨部门跨层级共享共用。

工业网关主要有以下得3种常见用途：
一、工业网关可以完成数据的实时采集。
工业网关连接设备的plc，实时采集工业设备运行的参数信息，可实现设备的数据实时采集，断线续传等功能。专业的工业网关可以在加密的情况下采集数据，实现数据的远程采集与传递。
二、工业网关可以通过云端平台实现设备的远程监控与管理。
工业网关采集到的数据传递云端平台，一旦设备运行过程中出现故障，物联网云平台就会向设备管理者推送报警信息。设备管理人员登入云端平台查看故障，通过工业网关实现设备的远程监控与调试。
三、工业网关可实现协议转换本地互联互通。
工业网关可实现多种协议转化为一种标准协议如ModbusTCP、OPCUA等通用协议，实现本地不同设备之间互相通信。
以上就是工业网关的三大主要用途，其实工业网关AR7091还可实现视频监控、边缘计算、巡检打卡等功能。

您好，数字工地一般包含以下系统：
1建筑信息模型（BIM）系统：BIM系统可以将建筑数据数字化、集中管理，包括建筑设计、施工、运营等方面的信息，实现数据共享和协同管理，提高工程质量、效率和安全。
2智能监测系统：智能监测系统能够实时监测施工现场环境、设备运行、工作人员安全等情况，及时发现并处理问题。
3物联网系统：物联网系统可以连接工地各个设备及工人的手机、手环等，进行实时监控，用数据来帮助管理。
4无人机系统：无人机可以进行地形、建筑物、安全等方面的巡检和数据采集，缩短巡检时间，提高巡检效率。
5安全管理系统：安全管理系统可以监测施工时的安全事故，提醒工人关注安全，实现安全管理的自动化。
6智能配送系统：智能配送系统通过数据分析，提高材料使用效率，减少浪费，降低成本。
7智能工具：智能工具包括智能钻、智能锯等工具，可以减少人力劳动，提高工作效率。
8智能门禁系统：智能门禁系统可以通过人脸识别、指纹识别等技术，增强工地的安全性

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