2011年6月上海会议演讲稿

复旦大学ShanghaiUniversity物联网技术在工业测控系统中的应用─无线抄表系统侯维岩上海大学机电工程与自动化学院[e-mail]2011年6月16日主要内容物联网的工业应用探讨1无线技术在工业测控系统中的发展2无线技术应用于工业设备监测的课题3无线抄表系统4总结与展望5主要内容物联网的工业应用探讨1无线技术在工业测控系统中的发展2无线技术应用于工业设备监测的课题3无线抄表系统4总结与展望5物联网的定义1•“物联网”是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。•ITU定义：fromanytime,anyplaceconnectivityforanyone,wewillnowhaveconnectivityforanything.物联网的定义2•物联网就是“物物相连的互联网”•1，是在互联网核心上的延伸的网络•2，扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯•物联网=IOT(internetofthings)物联网的含义•从技术上理解物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。•从应用上理解物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合。•从物理上理解把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，由中心计算机群对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。IOT与WSN的不同•IOT=Internet+WSN？•真正意义上的物联网还没有出现•从网络架构和协议上看，物联网与WSN完全不同•从目标特征上看，物联网探测的一定是已知物品，而WSN探测和判断的更多是未知的人或物物联网技术层次1、无线传感节点2、RFID3、GPS4、红外等其他1、路由协议技术2、移动网络服务1、多网络融合2、信息处理平台应用层网络层感知层云1、智能计算2、智能信息处理技术物联网（InternetofThings）多技术物联网的关键技术云计算通过互联网实现的可扩展的应用程序，基于Web可提供网络服务，全新的商业模式4G技术RFID技术利用射频通信实现的非接触式数据采集技术，自动识别目标，实现行业信息化的重要切入点WSN技术无线传感器网络ZigBee无线数传网络平台UWB低功耗高带宽无线通信技术传感技术感知/识别技术手机定位、GPS、识别通信、手机RFID、手机支付SOA面向服务的体系构架超低功耗芯片电路无源标签物联网应用领域物联网管理平台移动POS金融供应链智能运输工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事农业林业水务电力煤炭石化物流、零售、自动服务设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能设备、临床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管线联动、消防栓、定位、调度照明、信号、应急、灾害、识别大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货物电子支付、实时信息物联网：工业文明一道耀眼的光芒稳定性安全性通用性完整的无线网络加密技术和防侵入方法节能、抗干扰的硬软件及良好自组网机制更多的主流总线支持和更大的通信距离长期、平稳无故障运行保证生产和信息安全先期适应和后期保障主要内容物联网的工业应用探讨1无线技术在工业测控系统中的发展2无线技术应用于工业设备监测的课题3无线抄表系统4总结与展望5测控网络化趋势工业以太网无线网络测控系统网络化历程电气仪表现场总线无线融入技术有线无线异构有线网络化测控系统存在的问题无线技术的发展现场布线繁琐可扩展性差有线技术的问题安装维护成本高无需现场布线维护成本降低扩展能力增强无线融入有线构成异构的网络化测控系统有线和无线网段间协议转换，保证实时性和可靠性保证有线现状前提下，加入无线网段且使两者有效地互通有线网络无线网络异构融合网络测控系统无线技术在网络化测控系统中的应用设备管理管理网络监控网络远程工厂安全监控自组织网络和短程网远程工厂工业WLAN监控层GSM/GPRS管理层工业现场设备层IEEE802.15.4工业无线的发展趋势IEEE802.15.4a工业无线的增长趋势图——资料来源ARC当前主要工业无线技术1HART基金会低成本、低传输速率过程工业监控在线测试和诊断ISA组织2009年4月通过性能灵活的工业自动化数据采集、监测和报警中国沈阳自动化所自主知识产权锅炉温压测量油井无线监测完善和推广阶段IEEE无线短程区域的工业应用精准位置和感应网络IEEE802.15.4a当前主要工业无线技术2物联网发展人员和交通管理物流和供应管理推广和发展阶段RFID非标准协议无线通信更低成本和低功耗远程监测生产链数据采集非标准无线模块新一代M2M——物与物通信网络技术，新的理念《信息产业科技发展十一五规划和2020年中长期规划纲要》重点扶持人与人，人与物，物与物，畅通无阻、随时随地的通信。机器与机器的无线通信，制造业信息化带来新的解决思路。M2M技术主要内容物联网的工业应用探讨1无线技术在工业测控系统中的发展2无线技术应用于工业设备监测的课题3无线抄表系统4总结与展望5•课题来源：与宝钢工业监测公司合作的横向课题“无线监测技术在设备监测与诊断中的应用研究”•主要任务：在继承基于动态信号采集方式和有线网络传输的基础上，构建工业无线传感器网络以实现对冷轧连退机组等重要设备的状态监测，并接入现有的有线监测系统之中冷轧车间连退机组的现场图监测需求•入口活套区域的活套辊的振动温度监测、张紧辊组的振动、温度监测•平整机组主传动轴的扭矩监测、振动监测。平整机组入口活套系统构建工业有线/无线异构监控网络系统拓扑结构设计其他系统专用接口PLC过程信号无线协调器（有线/无线协议网关）振动无线终端应力无线终端温度无线终端温度无线终端振动无线终端应力无线终端振动有线终端温度传感器温度无线终端无线路由器振动无线终端千兆光纤工业以太网（系统骨干有线网）应力传感器网关/协议转换器有线现场总线以太网路由器以太网路由器振动有线终端振动有线终端振动有线终端无线协调器（有线/无线协议网关）操作终端数据服务器光纤交换机系统整体结构……Modbus/TCP……无线网络车间布局示意图轧机轧机轧机55m50m测试点2.4G的Nano无线节点45m35m千兆光纤工业以太网每个无线传感器子网的覆盖半径拟设计为30-50米，在车间一侧布设光纤网络，每个一段距离设置一个无线接入点。在车间中部或另一侧高处，视实际工程布设情况设置无线路由，以提高网络传输性能。主要内容物联网的工业应用探讨1无线技术在工业测控系统中的发展2无线技术应用于工业设备监测的课题3无线抄表系统4总结与展望5无线抄表系统总体方案智能电表智能电表智能电表智能电表智能电表智能电表数据采集终端数据采集终端控制集中器用电控制中心………………………………家庭子控制器家庭子控制器智能终端智能终端智能终端智能终端第一层无线网络ZigBee第二层无线网络ZigBee遥控设备智能终端家庭主控制器智能家居系统智能家居系统智能家居系统智能家居系统智能家居系统智能家居系统无线抄表系统结构图无线抄表系统的构成小区无线局域网网络系统控制中心无线中继器无线AP无线AP有线网络无线中继器无线中继器WIFI无线终端智能电表WIFI无线终端智能电表WIFI无线终端智能电表WIFI无线终端智能电表WIFI无线终端智能电表WIFI无线终端智能电表WIFI无线终端控制中心（抄表软件）实现平台WIFI终端平台硬件平台：AT91RM9200操作系统：Linux2.6Web服务器Boa实现平台PC抄表软件VisualC++6.0Access2003数据库无线WIFI抄表终端的设计与实现功能描述：1、数据采集—RS485（Modbus）2、数据处理—SML3、WIFI模块进行数据发送4、终端配置—WEB服务器5、网络组建WIFI无线终端硬件描述与设计•以太网电路设计•USB接口设计•RS485接口设计•电源系统设计AT91RM9200存储器:FLASHSDRAMRTL8187RTL8255功率放大电路USB最小核心模块RS485核心接口板电源供应模块智能电表辅助电路SODIMM_200USB以太网功能模块串口JTAG接口WIFI无线模块485WIFI无线抄表终端实物图WIFI终端底板硬件实物图WIFI无线抄表终端实物图主要内容物联网的工业应用探讨1无线技术在工业测控系统中的发展2无线技术应用于工业设备监测的课题3无线抄表系统4总结与展望5工业无线大规模应用亟待解决的瓶颈技术市场标准国外无线网络产品价格昂贵国内目前基本处于小批试制阶段，缺乏批量生产的手段和经验实时性、可靠性、耐用性、电源管理、互操作性、升级扩展性、维护使用、安全性、冗余等工业无线技术的三大国际标准：WirelessHART、ISA100.11a、WIA-PA缺少大量成功实际应用的验证，接受市场的检验工业有线无线融合技术的未来无线技术有线网络相互融合现场总线工业以太网wirelessHARTISA100.11aWIA-PA有线/无线异构网络测控系统稳定性可靠性灵活性经济性复旦大学ShanghaiUniversityThanks!