从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。

感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。[4]

网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。

应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

关键技术

在物联网应用中有三项关键技术：

1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

2、RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。

3 、嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

物联网分类

1 私有物联网：一般面向单一机构内部提供服务；

2 公有物联网：基于互联网向公众或大型用户群体提供服务；

3 社区物联网：向一个关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下属的各委办局：如公安局、交通局、环保局、城管局等）提供服务；

4 混合物联网：是上述的两种或以上的物联网的组合，但#后台有统一运维实体。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是"信息化"时代的重要发展阶段。其英文名称是:"Internet of things(IoT)"。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思:其一，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;其二，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，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新20是物联网发展的灵魂。

活点定义:利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素(所有的设备、资源及通信等)都是个性化和私有化。

物联网博欣将物联网定义为通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外线感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

物联网原理

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。

而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。　

你好，你可以了解下无锡和中科院计算技术研究所合作的“智慧水利”物联网技术应用示范项目，这个项目是利用物联网技术建设的一套集防汛决策、水文监测、蓝藻治理、湖泛处置和水资源管理等诸多水利科技于一体的决策指挥管理系统。现在已经在江苏省使用了。

中国物联网校企联盟工程部

物联网创业与互联网创业在起步门槛上不同，有梦还需要务实。只有克服门槛才能赢取物联网创业的掘金先机。围绕微博、微信的硬件化产品构想报道不少，更多的是创客PK，或者还是概念摸索阶段。新浪微博与Ayla的尝试结果未明，但是也预示社交物联网将成为趋势和现实。

另一个方面到底有没有具体实现微信平台对接的智能产品？答案是肯定的，这里面从智能健康到智能娱乐，乃至支付都开始了微信沟通步伐。

物联网创业新军爱上微信的几个案例

1、“微信相馆”印美图

Instagram的爆红证明了人们对拍照片的热情。虽然电子照片这种形式被人们所接受。但是，虚拟相片的火爆并不代表人们对传统纸质相片就没有需求。实实在在打印出来的相片比虚拟的电子照片承载这更大的情感寄托。这也是为什么，在智能手机当道的今天，立拍得这种拍照形式仍然在年轻人中流行。

印美图试图通过微信平台将用户手机中的虚拟照片打印出来。用户将自己需要的照片通过微信上传到印美图的公共账号，然后就可以在印美图的终端上打印自己的照片了。相比于传统的照片打印服务，印美图的使用场景是活动、聚会，更强调自己的社交属性。十元三张的价格对于也是非常有吸引力的。不过这终端的价值可不便宜，最新二代价格是16800元。

印美图的创始人黄昱钊有丰富的硬件开放经验，2003年就开始尝试做硬件，2007年推出的“飞印”（无线云打印机）虽然获得了包括多家世界500强在内的公司青睐，但是黄昱钊依然认为飞印缺少杀手级的应用。所以，2012年开始做印美图项目。

起初，印美图并没有选择微信平台发展，而是努力地推广原生APP。但是，在团队推广过程中，他们发现让用户下载一个与硬件结合功能单一的APP相当的困难。用户在终端前想使用印美图的服务却发现必须下载APP。很多消费者都会选择放弃、即使一些人尝试进行下载但国内的下载速度也让用户的产品体验很差。

结合了微信的公众平台后，客户不仅不需要下载APP，而且团队也不用为了适应各个手机平台进行开发。不仅如此，微信的LBS也帮助用户更方便的找到印美图的终端。

物联网创业新军爱上微信的几个案例

2、微信计步器“麦步”

智能穿戴市场日趋火爆，智能健康或许是其中黏性最大的应用，大麦科技的麦步计步器与其他同类的产品相比，其亮点就在于与微信的无缝结合。

可以通过微信，平台麦步将用户的运动数据与朋友进行排名和分享。同时，麦步可以获得在用户在微信上的信息，比如性别，年龄等。获得了这些信息，计步器这样的设备就能更好的分析用户的数据。相比于传统注册过程来说，在微信上获取这些数据的用户体验要好的多。

物联网创业新军爱上微信的几个案例

3、中国第一大自动售货机——友宝

商业模式独特的这家智能自动售货机公司将与微信移动支付的结合。友宝用了不到一个月的时间就完了微信支付的实际场景的试商用。

每一个友宝自助售货机里面的产品都有一个二维码。用户通过微信的扫一扫功能便可以获得该件商品的信息和价格，然后在使用微信完成支付。整个过程及其简单，只需大概15秒的时间。有报道称在互联网大会里面卖出的一万瓶饮料中，通过微信支付购买的成功概率高达93%。友宝的CEO王滨表示，凭借微信庞大的用户量，以及微信简便的支付方式，将大幅提高友宝的用户粘性，助理O2O闭环的实现。

物联网创业新军爱上微信的几个案例

微信50的出现是个新生事物，简化了物联网创业平台的步骤，肯定对家居智能化的进程存在积极意义，好比修建好了高速社交公路，那么该如何运营产品出彩，就

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，控制逻辑层通过与操作人员进行交互，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、一个操作员站、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，包括生产操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。

操作员站上运行的软件，方便操作员在中控室来操作现场各种阀门、电机等开停，从而按照工艺过程完成生产。

控制站自动获得操作员操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，可调出操作人员的现场操作记录，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，使得操作人员便于操作，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，方便用户可视化操作。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，为此生产操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。

操作人员在控制室通过点击用户操作界面的A料滴加阀门按钮进行滴加参数的配置，如图7所示。操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料的滴加操作，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操作。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小时的滴加操作，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，大大减轻了操作人员的劳动强度，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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