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摘 要：物联网是一种基于Internet，并对其进行延伸和扩展的网络。简单介绍物联网的概念，分析物联网和过程控制之间的联系；重点给出基于物联网的过程控制技术的关键，并介绍一些国内外成功运用物联网进行过程控制的实例。
关键词：物联网 过程控制 研究
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-084-02
1物联网简介
信息科技日新月异，物联网是新一代信息技术的一个很关键的组成部分。物联网最初的起源可以追溯到互联网，是在互联网的基础上加上一些基本的识别技术，如RFID、无线数据通信等技术，让每个物体具有自己的特殊的“身份识别卡”，从而实现物与物之间的交流，即让物“开口通话”。各种传感器采集力、声、热、光、电等基本信息后，与互联网结合，实现我们需要的控制，监测，互动等功能。可以说，物联网技术的提出，是一个爆炸性的实现。庞大的数据量，庞大的算法设计，物联网的技术必定也会从另一方面促进计算机技术的发展。物联网技术的发展，也使得物联网在工业化工等过程控制领域的实现也越来越成熟。
2物联网与过程控制
工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代在线性代数的数学甚而上发展起来的现代控制理论；第三代为60年代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。我们知道，自动控制技术从发展到现在，已经在很多领域实现了很完美的应用。但是由于现代化生产过程的庞大性，需要控制的产品的质量的要求越来越高，复杂的控制问题已经不能游简单的控制理论解决，因此，计算机的应用对控制理论的发展是十分巨大也是革命性的，计算机控制技术不断前进，也是靠这些先进的控制理论和计算机技术相结合的推动。
随着物联网技术的逐渐成熟，用物联网来实现过程控制技术也逐渐发展起来。我们知道，一个典型的给予计算机的过程控制系统分为以下的几个等级层次：工厂优化，监督，监管和保护。全球数据库和数据处理工厂的电脑系统都处于尖端水平，蕴含了相当大的计算能力。集散控制系统和过程与保护分别位于两个相对较低的层次。建立以物联网为基础的过程控制系统的目标是在分级结构中添加一个额外的物联网级别去强化基于计算机的过程控制系统，而不是取代它。额外的物联网等级应根据控制要求妥善放置在现有的过程控制系统的分级结构中。额外的物联网级别可能与现有的过程控制系统通过工厂优化水平，监督水平或监管水平这一级相连。因此，基于物联网的过程控制的范围被定义为过程控制体系中的物联网控制水平。而远程监测和控制站，通过无线网络和调制解调器与现场总线相连。
3应用关键
网络过程控制十分有效并且节省资源。但是，物联网过程控制也有其关键的因素。
（1）工业化的基础是自动化，自动化领域发展了近百年，理论，实践都已经非常完善了。特别是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂营运而生的DCS控制系统，更是计算机技术，系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术结合的产物。DCS的理念是分散控制，集中管理。虽然自动设备全部联网，并能在控制中心监控 信息而通过操作员来集中管理。但操作员的水平决定了整个系统的优化程度。有经验的操作员可以使生产最优，而缺乏经验的操作员只是保证了生产的安全性。是否有办法做到分散控制，集中优化管理？需要通过物联网根据所有监控信息，通过分析与优化技术，找到最优的控制方法，是物联网可以带给DCS控制系统的。
（2）IT信息发展的前期其信息服务对象主要是人，其主要解决的问题是解决信息孤岛问题。当为人服务的信息孤岛问题解决后，是要在更大范围解决信息孤岛问题。就是要将物与人的信息打通。人获取了信息之后，可以根据信息判断，做出决策，从而触发下一步操作；但由于人存在个体差异，对于同样的信息，不同的人做出的决策是不同的，如何从信息中获得最优的决策？另外物获得了信息是不能做出决策的，如何让物在获得了信息之后具有决策能力？智能分析与优化技术是解决这个问题的一个手段，在获得信息后，依据历史经验以及理论模型，快速做出最优决策。数据的分析与优化技术在两化融合的工业化与信息化方面都有旺盛的需求。无论智慧方案，还是智能行业，智能的根本离不开数据分析与优化技术。数据的分析与优化是物联网的关键技术之一，也是未来物联网发挥过程控制价值的关键点。
网络过程控制的另两个难题是网络延迟和用户不定。由于我们无法准确估计信息比特在网络中的数量到底有多少，因此基于物联网远程过程控制不可能处理成闭环控制，因为它是需要精确刻化时间的。安全性、网络延迟与用户不定使得网络过程控制设计和基于计算机的分布式常规过程控制不同。工厂设备和网络代理的信息交换允许代理器不仅可远程监控工厂设备的行为，同时可对质量和产量做出迅速反应。安全问题应是控制机制设计中首先考虑的问题。这里安全问题包括安全控制算法以及对实时数据和控制器安全访问的权限。对实时数据和控制器的安全访问可通过防火墙、特权限制等现存网络安全方法实现，因此设计时只考虑安全控制结构的问题。
此外对于基于Internet的远程过程控制系统而言，系统的评价和安全检查是十分重要的问题。目前，可以采用MTBE动态仿真器上的网络过程控制系统对整个系统方法的设计测试和评估来实现，但对于网络引入造成的潜在危害应有一定的系统标识，这是在设计系统时应该考虑的。
4应用实例
我国成功运用物联网进行过程控制的是浙江力太科技有限公司。浙江力太科技有限公司研发出一款“制造物联网系统”，第一期一条生产线20台加工设备应用了该技术，正式运行一个月后，生产总效率提升了15%，员工时间利用率提升了12.4%，目前正在拓展整个车间的应用。该技术填补了目前我国物联网在生产过程控制的空白。
“制造物联网系统”具有创新性及极高的应用和推广价值，它利用自动采集技术手段，将制造工厂的生产设备、人员、材料、工艺和节拍等进行管理并数据化、透明化。该技术提高了生产过程的快速响应和协同作战能力，从而提高了生产管理的效率，同时通过系统理顺了生产过程控制流程，提高了生产管理水平。“制造物联系统”推出一年来，目前在全国已有30多家企业投入使用。工厂的设备利用率普遍提升10%以上，有些甚至达35%，目前已经在离散制造业的轴承、卫浴、汽车零部件等行业得以应用。
5总结
网络的发展已经遍布世界各地，信息高速公路的逐渐完善更使很多可能假想变成现实，人们可以通过网络经行随时随地的交流和信息传递，在工业过程控制中，网络更是有巨大的潜力和市场。物联网由于其自身的优势，使得基于物联网的远程过程控制不仅仅使得用户对工业过程进行远程的监控和调节，而且可以使过程控制实现很多以前意想不到的可能，可以联网查看市场的变动，从而快速智能调整我们的控制策略。物联网的技术理论研究成果是十分成熟的，但是实际的控制系统却没有得到广泛的开发，这也限制了物联网的应用。物联网控制系统的开发是十分有独特特点的，基于计算的过程控制不需要考虑复杂的网络环境，以及无可预测的信息量和随时可能爆发的网络安全性问题，因此不能简单地将计算机过程控制移植物联网中来。另一方面，物联网的过程控制由于发展的延迟，使得市场上仅有少数的用户，再设计物联网过程控制系统的时候，必须考虑未来用户的参与，从而合理优化资源。
参考文献：
[1] 金以慧，王诗宓.过程控制的发展与展望[J].控制理论与应用，1997（14）.
[2] 梁莉，李强.工业计算机网络在控制系统中的应用[J].计算机工程，2002（10）.
[3] 杨清宇，施仁.基于因特网的工业控制网络体系结构研究[J].信息与控制，2002（05）.
[4] 赵富孟，陈寿元，杨泽军.基于物联网的啤酒发酵过程温度控制系统设计[J].计算机技术与发展，2012（7），22（7）.
关键词：物联网 过程控制 研究
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-084-02
1物联网简介
信息科技日新月异，物联网是新一代信息技术的一个很关键的组成部分。物联网最初的起源可以追溯到互联网，是在互联网的基础上加上一些基本的识别技术，如RFID、无线数据通信等技术，让每个物体具有自己的特殊的“身份识别卡”，从而实现物与物之间的交流，即让物“开口通话”。各种传感器采集力、声、热、光、电等基本信息后，与互联网结合，实现我们需要的控制，监测，互动等功能。可以说，物联网技术的提出，是一个爆炸性的实现。庞大的数据量，庞大的算法设计，物联网的技术必定也会从另一方面促进计算机技术的发展。物联网技术的发展，也使得物联网在工业化工等过程控制领域的实现也越来越成熟。
2物联网与过程控制
工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代在线性代数的数学甚而上发展起来的现代控制理论；第三代为60年代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。我们知道，自动控制技术从发展到现在，已经在很多领域实现了很完美的应用。但是由于现代化生产过程的庞大性，需要控制的产品的质量的要求越来越高，复杂的控制问题已经不能游简单的控制理论解决，因此，计算机的应用对控制理论的发展是十分巨大也是革命性的，计算机控制技术不断前进，也是靠这些先进的控制理论和计算机技术相结合的推动。
随着物联网技术的逐渐成熟，用物联网来实现过程控制技术也逐渐发展起来。我们知道，一个典型的给予计算机的过程控制系统分为以下的几个等级层次：工厂优化，监督，监管和保护。全球数据库和数据处理工厂的电脑系统都处于尖端水平，蕴含了相当大的计算能力。集散控制系统和过程与保护分别位于两个相对较低的层次。建立以物联网为基础的过程控制系统的目标是在分级结构中添加一个额外的物联网级别去强化基于计算机的过程控制系统，而不是取代它。额外的物联网等级应根据控制要求妥善放置在现有的过程控制系统的分级结构中。额外的物联网级别可能与现有的过程控制系统通过工厂优化水平，监督水平或监管水平这一级相连。因此，基于物联网的过程控制的范围被定义为过程控制体系中的物联网控制水平。而远程监测和控制站，通过无线网络和调制解调器与现场总线相连。
3应用关键
网络过程控制十分有效并且节省资源。但是，物联网过程控制也有其关键的因素。
（1）工业化的基础是自动化，自动化领域发展了近百年，理论，实践都已经非常完善了。特别是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂营运而生的DCS控制系统，更是计算机技术，系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术结合的产物。DCS的理念是分散控制，集中管理。虽然自动设备全部联网，并能在控制中心监控 信息而通过操作员来集中管理。但操作员的水平决定了整个系统的优化程度。有经验的操作员可以使生产最优，而缺乏经验的操作员只是保证了生产的安全性。是否有办法做到分散控制，集中优化管理？需要通过物联网根据所有监控信息，通过分析与优化技术，找到最优的控制方法，是物联网可以带给DCS控制系统的。
（2）IT信息发展的前期其信息服务对象主要是人，其主要解决的问题是解决信息孤岛问题。当为人服务的信息孤岛问题解决后，是要在更大范围解决信息孤岛问题。就是要将物与人的信息打通。人获取了信息之后，可以根据信息判断，做出决策，从而触发下一步操作；但由于人存在个体差异，对于同样的信息，不同的人做出的决策是不同的，如何从信息中获得最优的决策？另外物获得了信息是不能做出决策的，如何让物在获得了信息之后具有决策能力？智能分析与优化技术是解决这个问题的一个手段，在获得信息后，依据历史经验以及理论模型，快速做出最优决策。数据的分析与优化技术在两化融合的工业化与信息化方面都有旺盛的需求。无论智慧方案，还是智能行业，智能的根本离不开数据分析与优化技术。数据的分析与优化是物联网的关键技术之一，也是未来物联网发挥过程控制价值的关键点。
网络过程控制的另两个难题是网络延迟和用户不定。由于我们无法准确估计信息比特在网络中的数量到底有多少，因此基于物联网远程过程控制不可能处理成闭环控制，因为它是需要精确刻化时间的。安全性、网络延迟与用户不定使得网络过程控制设计和基于计算机的分布式常规过程控制不同。工厂设备和网络代理的信息交换允许代理器不仅可远程监控工厂设备的行为，同时可对质量和产量做出迅速反应。安全问题应是控制机制设计中首先考虑的问题。这里安全问题包括安全控制算法以及对实时数据和控制器安全访问的权限。对实时数据和控制器的安全访问可通过防火墙、特权限制等现存网络安全方法实现，因此设计时只考虑安全控制结构的问题。
此外对于基于Internet的远程过程控制系统而言，系统的评价和安全检查是十分重要的问题。目前，可以采用MTBE动态仿真器上的网络过程控制系统对整个系统方法的设计测试和评估来实现，但对于网络引入造成的潜在危害应有一定的系统标识，这是在设计系统时应该考虑的。
4应用实例
我国成功运用物联网进行过程控制的是浙江力太科技有限公司。浙江力太科技有限公司研发出一款“制造物联网系统”，第一期一条生产线20台加工设备应用了该技术，正式运行一个月后，生产总效率提升了15%，员工时间利用率提升了12.4%，目前正在拓展整个车间的应用。该技术填补了目前我国物联网在生产过程控制的空白。
“制造物联网系统”具有创新性及极高的应用和推广价值，它利用自动采集技术手段，将制造工厂的生产设备、人员、材料、工艺和节拍等进行管理并数据化、透明化。该技术提高了生产过程的快速响应和协同作战能力，从而提高了生产管理的效率，同时通过系统理顺了生产过程控制流程，提高了生产管理水平。“制造物联系统”推出一年来，目前在全国已有30多家企业投入使用。工厂的设备利用率普遍提升10%以上，有些甚至达35%，目前已经在离散制造业的轴承、卫浴、汽车零部件等行业得以应用。
5总结
网络的发展已经遍布世界各地，信息高速公路的逐渐完善更使很多可能假想变成现实，人们可以通过网络经行随时随地的交流和信息传递，在工业过程控制中，网络更是有巨大的潜力和市场。物联网由于其自身的优势，使得基于物联网的远程过程控制不仅仅使得用户对工业过程进行远程的监控和调节，而且可以使过程控制实现很多以前意想不到的可能，可以联网查看市场的变动，从而快速智能调整我们的控制策略。物联网的技术理论研究成果是十分成熟的，但是实际的控制系统却没有得到广泛的开发，这也限制了物联网的应用。物联网控制系统的开发是十分有独特特点的，基于计算的过程控制不需要考虑复杂的网络环境，以及无可预测的信息量和随时可能爆发的网络安全性问题，因此不能简单地将计算机过程控制移植物联网中来。另一方面，物联网的过程控制由于发展的延迟，使得市场上仅有少数的用户，再设计物联网过程控制系统的时候，必须考虑未来用户的参与，从而合理优化资源。
参考文献：
[1] 金以慧，王诗宓.过程控制的发展与展望[J].控制理论与应用，1997（14）.
[2] 梁莉，李强.工业计算机网络在控制系统中的应用[J].计算机工程，2002（10）.
[3] 杨清宇，施仁.基于因特网的工业控制网络体系结构研究[J].信息与控制，2002（05）.
[4] 赵富孟，陈寿元，杨泽军.基于物联网的啤酒发酵过程温度控制系统设计[J].计算机技术与发展，2012（7），22（7）.