有没有物联网和云计算两者融合的具体案例

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。

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1、首先将物联网温湿度采集器的插座底部按照图纸组合。
2、其次将物联网温湿度采集器内部线路按照图纸上的方法对应接好。
3、最后将物联网温湿度采集器安装在插座上，并用自攻丝固定在安装位置即可。

有些工作是会被取代的，但是人的思维永远不会被取代

一、司机
自动驾驶技术日趋成熟，在未来或许真的能够取代“老司机”。
8月8日，重庆、武汉两地率先发布自动驾驶全无人商业化试点政策，允许没有司机和安全员的自动驾驶车辆在社会道路上开展商业化服务。不会疲惫的人工智能可以24小时驰骋在道路上，为夜归人提供安全的服务。这意味着出租车、网约车乃至货车司机等职业真的有了被替代的可能。
自动驾驶技术的进步，也让无人驾驶环卫车、无人物流派送车等应用落地，这可能导致这些车辆的驾驶员被AI取代。

二、收银员
自助收银在大型商超、便利店里已经有了广泛应用。有的自助收银装置还能通过AI技术自动识别商品并进行称重、计算价格，大大提高了收银的效率、减少了人力成本。
此外，在零售领域，AI技术还可以实现商品识别、全域追踪、人货匹配。扫码开门、拿出商品后能自动结算、扣款的自助贩卖机、无人零售店已经出现在不少城市的街头。如果未来能够广泛应用，将大大减少收银员的岗位。

三、仓库管理员
未来，整理仓库、拿取货物或许能全部由机器人来完成。
等级、制表、摆货、盘库存……仓库管理员的工作繁琐而枯燥，每天、每周都在走着相同的流程。直到射频识别、数据采集、物联网等技术的应用，管理员用机器扫一扫就能知道货物在哪里、货架上都有什么，让仓储物流从“手工仓”发展到了机械化、智能化阶段。具备了视觉识别能力的智能机器人，可以全自动地进货、出货、理货，相比人工更加精确、更加井然有序，效率和速度也得到提升，从而进一步减少对人工的依赖、降低运营成本。
四、建筑工人
建筑工人每天所做的都是重体力、简单重复性的工作，完全可以交由人工智能机器人来完成。
目前，国内已经可以实现建筑机器人、建筑信息模型（BIM）、新型装配式建筑等产品和技术在工程项目的协同作业。从设计图纸到勘测场地、再到施工，人工智能在建筑领域的应用十分广泛，碧桂园就已经在项目中应用了地面整平机器人、砂浆喷涂机器人、地坪研磨机器人、地砖铺贴机器人等覆盖建筑全周期、7大工序的机器人。其中，地坪研磨机器人不仅能像工人一样灵活地绕开柱子将地面打磨平整，还可以通过吸尘系统回收施工中产生的灰尘，大大改善施工环境，未来很可能替代工人在恶劣环境中作业。

五、翻译
自然语言理解被誉为“人工智能皇冠上的明珠”，这颗明珠已经被很多科技公司摸到——AI翻译日常对话已经不是什么难事。
前不久，“那英和郑秀妍交流掏出了翻译器”上了热搜，视频中，歌手那英因与韩国明星郑秀妍语言不通，便取出了翻译器与其交流。不同于印象中“机翻”的生硬、滞后，那英说一句中文，翻译器便能准确的用英文表达出来，仿佛后面坐着一位同声传译。
当AI可以理解自然语言，加之以机器学习、知识图谱、神经网络技术，能取代的就不止劳动密集型工作。英国首席大法官科技顾问理查德萨斯坎德在《人工智能会抢哪些工作》一书中指出，AI让医疗、教育、法律、新闻、管理咨询、税务与审计等专业工作也变得工业化和数字化，例如当前人工智能读片发现病灶的准确度已经能超过许多人类影像科医生。
幸运的是，以上这些技术目前还没能达到完全的“人工智能”，仅仅是辅助人类的工具。但可以阈值的一点是，在未来，无论是体力还是智力劳动者，只有掌握工具、为我所用，才能不被人工智能所取代。

原理：通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动物体或过程，采集其声、光、热、电、力等各种信息，通过可能的网络接入，实现物与物、物与人泛在连接，实现对物品和过程智能化感知、识别和管理。

物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。物联网其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。

扩展资料：

物联网的应用

1、智能家居

物联网在家庭中的基础应用。家中无人可利用手机等产品客户端远程 *** 作智能空调，调节室温，甚者可以学习用户的使用习惯，从而实现全自动的温控 *** 作；通过客户端实现智能灯泡的开关、调控灯泡的亮度和颜色;插座内置Wifi，可实现遥控插座定时通断电流，甚者可以监测设备用电情况等。

2、公共安全

物联网可以实时监测环境的不安全性，情况提前预防、实时预警、及时采取应对措施，降低灾害对人类生命财产的威胁。美国布法罗大学在2013年就提出研究深海互联网项目，过特殊处理的感应装置置于深海处，时分析水下相关情况，洋污染的防治、海底资源的探测等。

3、智能交通

物联网技术在道路交通方面应用比较成熟。对道路交通状况实时监控并将信息及时传递给驾驶人，让驾驶人及时作出出行调整，有效缓解了交通压力；高速路口设置道路自动收费系统，免去进出口取卡、还卡的时间，提升车辆的通行效率；公交车安装定位系统，及时了解公交车行驶路线等。

参考资料来源：百度百科-物联网

物联网专业至少需要考注册会计师证书、CAD工程师认证证书、英语四级证书、计算机二级证书和普通话证书。

1、注册会计师证书

是指通过注册会计师执业资格考试并取得注册会计师证书在会计师事务所执业的人员。中国注册会计师分专业阶段和综合阶段。专业阶段考会计、审计、经济法、税法等科目，综合阶段要等专业阶段考完才能报考，加入企业会计准则等知识。2012年，中国注册会计师考试首次从纸笔考试向机考转化。

2、CAD工程师认证证书

是CAD工程师的一种认证证书。在校理工大学生不久将踏入社会，在自己的工作中总要画画图纸，并进行一些几何力学分析、空间运动或材料等方面的分析运算。作为辅助设计行业标准的AutoCAD，在财富500强中98%的公司都是其用户；每年在全球1000多家Autodesk培训中心，有l百万学生接受AutoCAD培训。

3、英语四级

大学英语四级考试，是由国家教育部高等教育司主持的全国性英语考试。英语四级考试目的是推动大学英语教学大纲的贯彻执行，对大学生的英语能力进行客观、准确的测量，为提高我国大学英语课程的教学质量服务。

4、计算机二级证书

全国计算机等级考试，由教育部考试中心主办，考核计算机基础知识和使用一种高级计算机语言编写程序以及上机调试的基本技能。

5、普通话证书

是对应试人运用普通话的规范程度、熟练程度的口语考试。普通话水平测试不是口才的评定，而是对应试人掌握和运用普通话所达到的规范程度的测查和评定，是应试人的汉语标准语测试。应试人在运用普通话口语进行表达过程中所表现的语音、词汇、语法规范程度，是评定其所达到的水平等级的重要依据。

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