引言
“感知中國”這個主題即是發(fā)展建設中國的物聯(lián)網。國內的物聯(lián)網產業(yè)方興未艾，在工業(yè)、農業(yè)、交通、電力、醫(yī)療、物流等領域迅速推廣。物聯(lián)網與工業(yè)自動化在不少方面有很強的相關性，物聯(lián)網向工業(yè)自動化借鑒技術和經驗的同時，也帶給工業(yè)自動化創(chuàng)新機遇。
1 物聯(lián)網概念
物聯(lián)網(Imemet ofThings)指的是將傳感器、移動終端、可編程控制器等智能化設備經通信網絡連接集成，實現(xiàn)互聯(lián)互通，并根據(jù)應用需求進行數(shù)據(jù)采集和分析、對設備進行管理和控制的系統(tǒng)。
物聯(lián)網的系統(tǒng)結構層次可歸結為：設備層、連接層和應用層，它融合了智能芯片、網絡通信、云計算等硬件設備和軟件技術，不僅會升級換代既有應用，還將涌現(xiàn)大量創(chuàng)新應用。
建設物聯(lián)網是當今科學技術發(fā)展與應用需求相適應而衍生的系統(tǒng)工程。物聯(lián)網的應用領域日益廣泛，已經在提高生產效率、保障生產安全、節(jié)能減排、保護生態(tài)和便捷生活等許多方面發(fā)揮作用。滿足人類多種多樣的需求是設計物聯(lián)網的立足點，為人類提供多元化的服務是建設物聯(lián)網的根本目的。
2 物聯(lián)網與工業(yè)自動化
物聯(lián)網對設備的調用，首先要求可以監(jiān)視目標設備的運行狀態(tài)，并獲取其感知數(shù)據(jù)，進一步要求可以控制目標設備，調整其運行狀態(tài)、執(zhí)行特定動作。工業(yè)自動化對設備的控制亦是如此。物聯(lián)網與工業(yè)自動化采用的硬件產品相仿、軟件技術相通，使用目的也相似，差別在于，物聯(lián)網是跨行業(yè)的，有更廣泛的服務對象和應用需求。工業(yè)自動化可被看作是廣義物聯(lián)網的部分內容�？梢�，物聯(lián)網和工業(yè)自動化息息相關。
2011年7月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《產業(yè)關鍵共性技術發(fā)展指南(2011年)》，要求做好產業(yè)關鍵共性技術的研究開發(fā)。在包括裝備制造業(yè)、軟件和信息技術服務業(yè)在內的多個行業(yè)中，都有物聯(lián)網相關技術被列為關鍵共性技術。
2012年2月，工業(yè)和信息化部印發(fā)((物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，發(fā)展目標包括：在重點行業(yè)和九個重點領域明顯提高物聯(lián)網應用水平，形成可持續(xù)發(fā)展的運營模式，并完成一批應用示范工程。九個重點領域中包括智能工業(yè)。
2012年7月，全國科技創(chuàng)新大會指出到2020年的目標是：基本建成適應社會主義市場經濟體制、符合科技發(fā)展規(guī)律的中國特色國家創(chuàng)新體系。當前，物聯(lián)網的發(fā)展勢頭迅猛，而工業(yè)自動化的發(fā)展相對較為遲緩。為了不錯失“十二五”這一千載難逢的發(fā)展機遇期，為了不錯失物聯(lián)網這一潛力巨大的新興產業(yè)市場，工業(yè)自動化需要創(chuàng)新，快步追趕新潮流。
3 工業(yè)自動化的創(chuàng)新
3．1項目中存在的情況．
工業(yè)自動化項目時常存在這樣的情況：根據(jù)設計目標對設備性能的要求和對成本控制的需要，在關鍵環(huán)節(jié)使用A廠商的高端電控設備，在一般環(huán)節(jié)使用S廠商的中端電控設備；或是對既有系統(tǒng)的改造升級，部分低端電控設備利舊，再加配一些新的中端電控設備。不同廠商的電控設備所配套的下位編程軟件、上位監(jiān)控軟件皆不相同，信號傳輸協(xié)議互不兼容；同一廠商的低、中、高端產品囚處理器級別和內存容量的高低，所配套的編程語言版本也不相同，數(shù)據(jù)標準存在差異。這些情況通常導致項目沒有集成出總控系統(tǒng)，而出現(xiàn)多個獨立運行的小系統(tǒng)，需要依靠懂技術有經驗的現(xiàn)場人員分別操控，項目的自動化水平因此遭到削弱：生產效率勉強達標、生產安全存有隱患、生產數(shù)據(jù)不易即時統(tǒng)計分析、不利于ERP等系統(tǒng)調配資源、未來改造升級的技術難度及預算成本陡增，同時帶給現(xiàn)場人員很重的工作負擔，更無法擴展系統(tǒng)應用范圍、延伸相關業(yè)務。
期待電控設備廠商在短時間內統(tǒng)1數(shù)據(jù)標準并升級現(xiàn)有產品是不切實際的。因此，工業(yè)自動化的創(chuàng)新是非常必要的，也是迫切的。
3．2工業(yè)自動化需要創(chuàng)新
對可編程控制器等下位電控設備的熟練使用，是工業(yè)自動化的絕對技術優(yōu)勢。在上位軟件方面，目前主要使用由電控設備廠商提供的與其設備配套的監(jiān)控軟件，其功能是否充足、運行是否穩(wěn)定、界面是否友好，各廠商的軟件質量參差不齊，這在很大程度上決定了自動化系統(tǒng)的優(yōu)劣。而電控設備廠商出于保護自身知識產權等因素的考慮，不大可能無償提供數(shù)據(jù)接口供其它上位軟件調用，系統(tǒng)集成商對其進行二次開發(fā)的可行性很低。
另外，重硬件，包括機械設備、電控設備等，輕軟件，包括網絡技術、高級編程技術等，是工業(yè)自動化領域存在的弊病。
現(xiàn)在，要改變這種狀況，處理好硬件建設與軟件提升的關系，充實更多軟件技術進入工業(yè)自動化領域，改進現(xiàn)有系統(tǒng)架構，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，通過自主開發(fā)中間件，在實現(xiàn)自動化系統(tǒng)總集成的基礎上，進一步完善系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)安全性，再適當擴展系統(tǒng)應用范圍。
3．3以中間件做為系統(tǒng)架構的核心
創(chuàng)新的第一步就是改進現(xiàn)有系統(tǒng)架構，以中間件做為系統(tǒng)架構的核心。
OPC(0bj ect Linking and Embedding forProcess Contr01)工業(yè)標準由OPC基金會制定并維護。截至2012年2月，OPC基金會在全球擁有470多家成員，包括了主要的電控設備廠商。
OPC工業(yè)標準發(fā)展至今已日趨完善，各大電控設備廠商的中、高端產品均支持該標準，同時公開了相應的API及使用指南。遵循OPC標準開發(fā)中間件是搭建廣適的數(shù)據(jù)訪問接口的解決方案，它可以做為上位軟件和下位電控設備相互傳遞信號的橋梁，同時為多項應用提供服務。OPC統(tǒng)一框架(Unified Architecture)的目的是：更加便捷的開發(fā)兼容性強、高效、安全、可靠的應用，這也正是物聯(lián)網的系統(tǒng)應具備的特質。
如此改進系統(tǒng)架構，便于統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，便于系統(tǒng)總集成，便于未來升級改造，有助于增強系統(tǒng)安全，最主要的是可以促進應用創(chuàng)新。
圖1 OPC統(tǒng)一框架
OPC．NET 3．0 WCF(Windows CommunicationFoundation)不再采用DCOM(分布式組件對象模型)接口，轉而完全使用微軟的．NET框架，同時提供了C≠}API。微軟．NET框架的開發(fā)工具VisualStudio 2010是目前Windows應用程序的主要開發(fā)工具之一，可以用它開發(fā)OPC中間件。如此，自主開發(fā)出的OPC中問件在未來五至十年都將保持很強的生命力。
有了自主開發(fā)的OPC中間件，再開發(fā)Browser／Server或是Client／Server結構的監(jiān)控應用都可謂水到渠成；還可以方便的將整個自動化系統(tǒng)的運行過程數(shù)據(jù)存儲起來，做為日后統(tǒng)計分析、優(yōu)化系統(tǒng)、查尋故障的基礎資料；甚至可以為ERP、MES等系統(tǒng)提供專用的數(shù)據(jù)接口。
3．4選配適宜組網的電控設備
由于有OPC中間件的支撐，得以在控制成本的同時，靈活選配適宜組網的電控設備，避免系統(tǒng)中出現(xiàn)“孤島”。另外，IPv6網絡技術及相應網絡設備，為工業(yè)自動化系統(tǒng)中使用大量電控設備組網，提供了充足的技術保障。
帶有以太網端口或無線以太網模塊的智能傳感器，可以直接接入以太網，部署速度快。但這類設備普遍價格較高，且有的型號依賴以太網遠程供電。對于無邏輯運算要求、功能簡單、數(shù)據(jù)傳輸流量較大的應用，適宜選配這類設備。
使用ZigBee技術的無線傳感器具有功耗低、通信延時低、產品價格低的優(yōu)點，適合用于功能簡單、通信距離短、數(shù)據(jù)傳輸流量低的應用。
RFID，即電子標簽，通信距離較長。因其產品價較格高，且不易靈活部署，適用于大宗商品物流，及流程非常規(guī)范的大型裝備制造的生產物流。
可編程控制器可以執(zhí)行較復雜的邏輯運算，是工業(yè)自動化項目不可或缺的主要電控設備。一套中端可編程控制器模組可以配備幾十個信號輸入輸出點，有能力即時自動控制設備做較復雜的動作。產品價格較高、部署較復雜是它的特點。
以上這幾類設備中有大量產品兼容OPC標準，可以通過OPC中間件受控于自動化系統(tǒng)。根據(jù)設計目標，選配適宜的感應器和可編程控制器等電控設備，采用現(xiàn)場總線技術和以太網技術搭配組網，集成出健康且高效的工業(yè)自動化系統(tǒng)。
3．5擴展系統(tǒng)應用范圍
OPC中間件也是工業(yè)自動化系統(tǒng)擴展應用范圍的基礎。
可以通過中間件與云端軟件平臺交互數(shù)據(jù)，借助云計算整合資源，擴展系統(tǒng)應用范圍，延伸相關業(yè)務。如此一來，自動化系統(tǒng)不僅為生產制造服務，也可以為機構、企業(yè)、終端消費群體等對象提供定制服務，例如：共享工作區(qū)內的部分環(huán)境感應器．，為地區(qū)環(huán)境監(jiān)測提供實時數(shù)據(jù)；提供閑置設備的租賃服務，允許租戶實時掌握生產進度情況；提供從接受訂單開始，到定制裝配，到成品入庫，到物流配送、到使用監(jiān)測、到保養(yǎng)檢修、到回收處理的產品全生命期服務。
4 可預見的收益
物聯(lián)網產業(yè)市場的潛力巨大，有機構預測，到2015年，國內物聯(lián)網產業(yè)規(guī)模將超過5000億元(人民幣)。工業(yè)自動化經過技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新，還需要延伸相關業(yè)務，加入物聯(lián)網產業(yè)市場的競爭行列，進而獲得收益，保障發(fā)展的可持續(xù)性。
可以預見的收益大致如下：
1)以自主開發(fā)的OPC中間件做為系統(tǒng)核心，集成出的自動化系統(tǒng)，可以申報知識產權。擁有關鍵知識產權，在未來的市場競爭中占有絕對優(yōu)勢。
2)自主開發(fā)的OPC中問件可以做為獨立的軟件產品，推廣銷售。
3)改進后的系統(tǒng)架構，適宜快速部署，以至降低項目建設成本，也可降低未來升級改造的成本。
4)改進后的系統(tǒng)架構，便于應用創(chuàng)新，例如遠程診斷和排除故障，或是開發(fā)出直面終端消費群體的應用。
5)有了成功的建設經驗，可以對外提供相關咨詢服務，包括系統(tǒng)設計、項目建設、投產運行期間的合理化建議等。
5 結論
“大力推進信息化與工業(yè)化融合(兩化融合)”、“堅持走中國特色新型工業(yè)化道路”，是政府作出的重要決策，亦是建設國家創(chuàng)新體系的重要內容。“十二五”期間，是工業(yè)自動化領域突破式發(fā)展的歷史機遇期，我們必須增強機遇意識、憂患意識、責任意識，破除一切束縛創(chuàng)新的思想觀念枷鎖，順應政策導向和市場需求，通過規(guī)劃單位、建設單位、設計單位、施工單位等的共同努力，融合共性技術，堅持自主創(chuàng)新，通過技術創(chuàng)新帶動應用創(chuàng)新，并延伸相關業(yè)務，達成可持續(xù)發(fā)展的運營模式，同時積極參與物聯(lián)網的建設。
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