工业互联网技术在智慧化工厂的应用.pdf

1、第1 8 期（总第5 49 期）工业互联网技术在智慧化工厂的应用游之晋（南京航空航天大学，江苏南京摘要：随着计算机科学与技术的不断发展，“工业互联网+”概念的不断推广，人们逐渐意识到利用工业互联网技术构建智慧化工厂的必要性，从而有效提高了智慧化工厂的运行效率。基于此，本文首先针对工业互联网技术在智慧化工厂中的应用优势进行介绍，同时提出具体的应用策略，保证智慧工厂的生产效率和管理质量，为后续类似工作的顺利实施提供参考。关键词：计算机科学；智慧化工厂；智能控制；管理在“工业互联网+”和智能制造的大背景下，传统的工业生产模式已经无法适应时代发展的需求，而作为信息化、智能化的重要载体即智慧工厂，正在以

2、其强大的技术优势和较高的生产效率，为我国工业经济发展注入新活力。智慧工厂是以智能制造为基础、以互联网技术为载体，将互联网与制造业深度融合而形成的新型生产方式。它将人、机器、设备、产品、管理等要素融入一个统一平台，充分发挥各个要素的生产优势和协同作用，进而实现企业管理和生产模式的优化升级，智慧工厂是工业互联网的典型应用场景，也是我国建设智能制造强国的重要举措。一、工业互联网技术在智慧化工厂中使用的重要性在现阶段的智慧化工厂中，计算机科学技术被广泛应用，且能够发挥极大作用，对提升智慧化工厂的生产效率以及整体运行水平都具有积极意义，工业互联网技术具有如下优势：对各种资源进行合理分配，以满足当前生产需

3、求。工业互联网技术在智慧化工厂中应用，能够实现对各种资源的有效分配，以此满足当前生产需求。将生产数据进行整理与分析，使其能够有效指导生产工作。对各大生产环节进行及时监控，并及时调整相关操作，提升生产效率。实现数据共享与交换，将多个数据进行集中处理，以提升整体工作效率。在智慧化工厂中实现全方面控制与管理；在工业互联网技术的使用下，可以实现对不同设备的有效控制与管理。对数据进行储存与管理，并对数据进行统计与分析。新潮电子二、智慧化工厂的平台建立（一）工业互联网平台的建立按照先进性、开放性、安全性和可扩展性的思路，对平台进行规划设计。数据的大融合：平台采用模块化、分布式结构，对数据进行标准化统一接口

4、共享；在数据中心的基础上，对工厂主要数据/元数据进行标准化管理，实现数据管理和业务融合。建模驱动的数学机制模型构建：将现有的数学机制模型与数据库中的统一指数模型相结合，以工厂的实际状况和特定的业务为对象，建立一个统一的数学机制模型；建模驱动的数字李生模型构建：以3 D虚拟平台为引擎，对实体装备的全生命周期进行仿真，实现从实体装备到虚拟环境的映射，并在虚拟环境中对其进行仿真分析、优化诊断，最后以实施指导真实的制造流程。整体信息安全：按照工业互联网安全标准，对工业互联网安全体系结构中的“微服务安全防护”“工业APP安全防护”“边缘终端安全防护”“网络隔离和安全传输”“数据安全和应用安全”等内容进行

5、全面整合。构建一体化的智能应用平台：根据信息化规划、规范，以及智慧企业的有关指南，利用“云端大数据移动”技术，对工厂的基础设施、生产、运营进行全方位监控、感知和优化，并将各个业务系统的数据、页面、流程、信息等内容进行整合，构建一体化的应用平台。（二）工业大数据平台的建立在工厂生产经营过程中产生了大量、多样的数据，对这些数据进行处理、存储、分析和挖掘，迫切需要一个完备的大数据平台来支持。34通信技术210016)通信技术数据接入：该平台可以为多源、异质的数据收集提供一套完备的解决方案。对于一般的关系数据库，需要为其提供一个数据采集器，以便进行分布式部署；对于无结构的文档，需要对其进行可视化的配置

6、。在数据传输上，该系统为数据传输提供了一种分布式、高效、安全、可靠的传输方式。分布式存储：为各种数据类型提供完全的高可用性和可扩展性，利用列式存储数据库、分布式文件系统、内存数据库等支持各种不同类型的结构化和非结构化数据的存储需求，而在数据存取层，为各种类型的数据提供一个统一的存取接口。流式计算：为应用程序提供一个流计算的框架，可以对大量、持续的数据流进行抽取、过滤和分析。平台应对流式计算中的任务进行统一监测，并对其进行可视化的启动、停止和监测，流计算需要满足准实时、低时延、高可用性、高稳定性等应用需求。离线计算：该系统可以为大规模高并发、计算密集型的工作或应用任务提供批计算架构，可以实现数据

7、的自动加载，并按照预定的策略对工作进行调度，在运行时可以根据并发程度和数据量对计算资源进行灵活调整，该平台为用户方便地创建离线任务，为大数据处理提供可视化的任务调度、监测等功能，(三）人工智能平台的建立在大数据时代，数据已经变成了企业最重要的资产，对其深层价值的挖掘正在逐步成为提升企业竞争力的关键，如何挖掘数据的潜在价值，是每个行业都要面对的课题。首先，人工智能平台是一个集数据建模、转化、探索、评价于一体的智能化分析建模平台。该系统采用了分布式体系结构，使用方便，兼容性好，安全性和稳定性好。该平台具有数据源，数据清理、优化、聚类、回归、模型评价等功能，充分可视化地拖电模型，无需编程实现，该平台

8、能够帮助企业快速、有效地实现数学机理模型的构建和数据智能挖掘分析功能，并为企业提供各种智能化应用场景的支持。从DCS到可穿戴式传感器，从终端到终端都可以通过“指标统一”的方式，将收集到的数据转化成统一的指标，并发送到MQTT协议下的数据回路中，各业务单元都可以在回路中进行“感兴趣”的实时数据订阅 2 。三、智慧化工厂工业互联网技术的具体应用(一）数据采集和整合对智慧化工厂各业务站点进行接口机部署、主干通信，打通各站点的数据采集；将各站点实时数据长传到中控数据服务器，数据传输可跨网闸，以保证其稳定35新潮电子性、可靠性和安全性。整合各站点实时数据，存储到工业实时历史数据库，并实现多维度的数据分析

9、，通过工艺图、报表、趋势图等把数据发布出来，把工厂安全生产的管理制度、工作标准、技术标准、业务数据等都融入这个系统中，从而达到现场规范化作业、流程化管控、偏差控制的目的，为创建本质安全型、资源节约型、环境友好型企业创造良好的环境。建设内容包括：工业智能大数据平台、工业智能信息平台、工业智能报表分析软件、工业智能报警管理软件和工业智能移动信息平台等。设备和系统的数据采集主要包括：国内外主流PLC、H MI/SC A D A、D C S、数控机床、机器人、环保/楼宇/电信/电力/电力专有规约、仪表等，还包括工业标准协议、工业实时历史数据库、时间序列数据库、关系数据库、厂家私有协议等。网络架构图如图

10、1 所示。业业务分析(Hadoo.东)实时监视Security传活器GatewaySCADADCSMES/ERDTU(二)主要功能应用1.工业智能大数据平台作为面向生产过程的智慧化工厂系统，必须能够建立工业大数据平台，它要求不仅能将生产过程的实时数据采集上来，建立整个工业大数据中心，并可将其作为网页Web发布平台数据源，还要将其转发到其他关系型、工业数据库等，满足不同的用户和应用程序，为工厂对业务、生产分析提供大数据支持，使实现智能生产和智能工厂发展愿景成为可能。智能大数据平台支持主流标准工业通信协议，跨物理隔离网闸和防火墙的数据单向/双向同步传输，分布式实时服务器数据存储，多端口多任务同时读

11、写。2.工业智能信息平台工业智能信息平台提供容易使用、全功能的WebClient，此功能可经由企业内网络（Intranet）或安全的网际网络（Internet）提供完整的HMI/SCADA监视与控制功能。企业可以降低成本、提升监视流程的时间及扩充分析功能，以提供优越的企业决策支援性能，第1 8 期（总第5 49 期）美系数据库%/时间原列数照库更数数据采集要点：实时推送和计载服务通讯心跳线专用通道安全隔阅网Agent网通讯监系集接口关DTU图1 网络架构图居数据全面性及连续性通讯带宽实时性和稳定性通讯心跳监视数据质量校核实时车专发网络服务器DataHub状态监视迎件第1 8 期（总第5 49

12、期）包含企业管理、系统流程操作、工程及资讯基础建设，是基于包括HTML5、C SS3 的浏览器服务器瘦客户端架构标准的Web技术开发完成的。这意味着可以查看跨越任何设备和平台的所有现代浏览器，支持纯网络HTML5和CSS3、远程查看、监视装置、过程和设备，支持在虚拟机或云端架构上安装。工业智能信息发布平台可以通过网页浏览器及移动客户端发布生产现场的实时流程状态，管理人员在远程即可监视生产现场设备状态、趋势、报警状态等信息。3.工业智能报表分析软件工业智能报表分析软件是一种基于实时和历史数据库平台的专业报表软件，它是一种简单方便配置报表和发布报表的专业类Excel应用报表工具，使各种领域的工业企

13、业能够从中方便地连接到工业历史数据库、关系数据库等数据库，从而建立、生成并发布报表的先进的解决方案。可查询历史数据库生成历史数据报表，Web端可以像使用标准Excel一样，在线设计填报模板支持Excel公式及条件语句，可查询实时数据库中的生成动态刷新实时报表，针对关系数据库数据源，自由组态查询参数，设置查询日期范围、取值模式、查询间隔等。4.工业智能报警管理软件工业智能报警管理软件采集工业智能大数据平台、工业实时历史数据库、关系型数据库等数据源的报警发送，支持多数字运算逻辑的报警条件，支持短信及邮件发送报警信息、自由配置发送对象，可实现报警信息推送。工业智能报警管理软件作为用户实时关注生产信息

14、的重要信息手段，可及时了解与生产相关的报警信息，解决信息滞后问题并帮助用户快速决策。5.工业智能设备管理软件工业智能设备管理软件是一个高效企业设备管理专业化软件，提供针对设备的全生命周期跟踪管理，帮助企业更有效、更全面地管理资产和设备，实现资源合理配置，并为决策提供依据。软件包括：设备管理系统、工业智能工作流管理软件及动态表单。设备管理系统是一款通用性极强的管理软件，提供针对设备的“采购一运行一养护一维护一故障一维新潮电子修一报废”全生命周期跟踪管理，以预防性维护及预测性维修为中心，帮助企业实现设备的全面信息化管理，降低设备故障率，保持设备稳定性，实现企业资产效益的全面提升。工业智能工作流管理

15、软件为企业业务系统的运行提供一个软件的支撑环境，它可以完成工作流的定义和管理，并按照在软件中预先定义的工作流逻辑推进工作流实例的执行。它兼具人工和自动流程，具有灵活和高效的流程集成和部署功能，同时支持由工业智能报警管理软件触发的报警工作流。工业智能工作流管理软件的开发有助于企业随时了解工作流程进度，帮助企业快速处理报警故障信息 3 。6.工业智能移动信息平台工业智能移动信息平台是一个基于工业生产信息化组态的平台，提供简单易用、功能齐全的APP移动客户端，可连接各种工业设备、通信协议及实时历史数据库、关系数据库等；可经由企业私有云或安全的公有云提供完整的HMI/SCADA监视与分析功能，可以对工

16、业现场的生产数据、设备运行状态等进行监视和分析，实现数据采集发布、设备监视、趋势分析、报表分析及报警推送分析等各项功能，可随时随地掌控一切，帮助企业快速实现生产现场数据的移动化，及时准确地掌握生产运行状态，更快进行决策 4。四、结束语综上，在经济不断发展的时代背景下，传统工业产业受到严峻考验，同时传统工业产业的生产和管理工作弊端日益突出，通过工业互联网技术的应用，在智慧化工厂中的作用优势非常明显，在后续的发展过程中将会得到进一步推广和使用。参考文献：1马立民.智慧型工厂的管理系统 J.氯碱工业,2 0 2 2 (5):1-6.2刘帅.基于PON技术的智慧化工厂网络解决方案 .有色冶金设计与研究,2 0 2 2(1):3 1-3 4.3刘业峰,李康举,赵元,等.基于分布式协同的数字化工厂构建及应用 J.控制工程,2 0 2 0(1 0):1 6 7 2-1678.4王冲,张春迎.基于智慧化工厂建设的感知层技术研究 J.天津化工,2 0 2 0 (4):9 2-9 4.通信技术36