物聯(lián)網(wǎng)在陶瓷行業(yè)中的運(yùn)用

引 言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。其包括兩層含義 ：第一，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)；第二，其用戶端擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，使其可以進(jìn)行信息交換和通訊 [1]。IoT 通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）、智能數(shù)字采集器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通訊， 以實(shí)現(xiàn)物與物、物與人之間的智能作用。

目前，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)融入了農(nóng)業(yè)、智能家居、建筑能耗、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。如文獻(xiàn) [2] 提出了運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)解決“三農(nóng)”問(wèn)題是一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)遇，通過(guò)實(shí)時(shí)采集和處理農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、養(yǎng)殖業(yè)及響應(yīng)病蟲害的各種信息，從而進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，幫助農(nóng)民減災(zāi)、抗災(zāi)，進(jìn)行科學(xué)種植，進(jìn)而提高農(nóng)業(yè)的綜合效益 ；文獻(xiàn) [3] 提出了環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的概念， 并通過(guò)多個(gè)城市目前環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的分析，證實(shí)了物聯(lián)網(wǎng)在污染防治、生態(tài)保護(hù)等環(huán)境領(lǐng)域確實(shí)發(fā)揮著巨大作用； 文獻(xiàn) [4] 進(jìn)行了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領(lǐng)域的試驗(yàn)，通過(guò)布置在房間的多種無(wú)線傳感器感知居室不同部分的微觀變化，從而對(duì)家庭環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制，提供智慧、舒適的居住環(huán)境。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用研究

中國(guó)是世界陶瓷產(chǎn)量最大的國(guó)家，也是陶瓷出口量最大的國(guó)家 [5]，但是陶瓷行業(yè)的發(fā)展始終沒(méi)有擺脫粗放型、信息化水平較落后的發(fā)展模式，處于高能耗、高消耗、高污染、低效益的“三高一低”的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用將帶動(dòng)整個(gè)陶瓷行業(yè)向節(jié)約化、精細(xì)化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)型， 進(jìn)一步推進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排、低碳環(huán)保工作，實(shí)現(xiàn)陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)陶瓷領(lǐng)域的運(yùn)用包括窯爐耗電量的監(jiān)測(cè)、窯爐溫度的監(jiān)測(cè)、窯爐轉(zhuǎn)速的監(jiān)測(cè)以及窯爐余熱回收的監(jiān)測(cè)等，并對(duì)每一批窯爐的產(chǎn)品質(zhì)量、采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析并得出最理想的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，幫助傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)減少能耗、降低成本，使陶瓷行業(yè)保持穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。

2 基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的陶瓷行業(yè)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的陶瓷行業(yè)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理層和數(shù)據(jù)展示層三部分組成?；赯igBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的陶瓷行業(yè)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖如圖1所示。智能數(shù)據(jù)采集表組成的傳感網(wǎng)絡(luò)布置在陶瓷生產(chǎn)線的各個(gè)待測(cè)位置，用于采集現(xiàn)場(chǎng)能源設(shè)備的過(guò)程參數(shù)， 如窯爐的溫度、轉(zhuǎn)速，供電網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流、功率等參數(shù)。各表采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由ZigBee 無(wú)線傳輸模塊通過(guò)Modbus- RTU通訊協(xié)議上傳到數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)（Gateway），網(wǎng)關(guān)通過(guò)協(xié)議解碼和數(shù)據(jù)的預(yù)處理之后，再通過(guò) TCP/IP協(xié)議上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和展示。

2.2 分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集層

由于在陶瓷生產(chǎn)線需要測(cè)量的參數(shù)不同，如供電網(wǎng)電壓、總功率、窯爐的溫度、窯爐的轉(zhuǎn)速等。雖然參數(shù)不同，但是智能數(shù)據(jù)采集表都具有統(tǒng)一的RS 485 通訊接口，內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)的Modbus-RTU 通訊協(xié)議，這樣就可以采用相同協(xié)議的通訊網(wǎng)關(guān)， 網(wǎng)關(guān)將對(duì)不同的參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理，然后上傳到服務(wù)器。

2.3 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理層

數(shù)據(jù)管理層是支撐整個(gè)系統(tǒng)的重要部分，管理層負(fù)責(zé)將網(wǎng)關(guān)傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總、分析和存儲(chǔ)。網(wǎng)關(guān)傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)解析之后，采用后臺(tái)處理的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解和存儲(chǔ)。同樣，對(duì)數(shù)據(jù)按照指標(biāo)計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算分析也采用后臺(tái)處理方式，這樣做的好處是既不影響上傳數(shù)據(jù)的傳送速度，也不會(huì)影響前臺(tái)的查詢速度。

2.4 數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)展示層是將后臺(tái)按照一定計(jì)算、統(tǒng)計(jì)模型整理好的數(shù)據(jù)在用戶端展示?？梢愿鶕?jù)不同用戶的不同需求，展示不同的數(shù)據(jù)模型，如柱狀圖、扇形圖、折線圖等。用戶只需通過(guò)個(gè)人電腦或手機(jī)瀏覽器輸入用戶名和密碼就可以隨時(shí)隨地查看生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)耗能狀況、耗能高峰期以及產(chǎn)能比等。

3 陶瓷物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用未來(lái)的發(fā)展戰(zhàn)略

加速促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在陶瓷行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，必須遵循“自主創(chuàng)新、集成應(yīng)用、節(jié)能減排”的發(fā)展模式。一是要緊緊圍繞提高陶瓷行業(yè)的效益，重點(diǎn)突破傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)“高能耗、高消耗、高污染”的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，構(gòu)建適用于推廣應(yīng)用的重大創(chuàng)新技術(shù) ；二是要培育一批陶瓷行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的新興發(fā)展產(chǎn)業(yè)， 在提供關(guān)鍵技術(shù)支撐的同時(shí)加快轉(zhuǎn)變陶瓷行業(yè)發(fā)展模式，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，節(jié)能減排，增強(qiáng)我國(guó)陶瓷行業(yè)在國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重點(diǎn)講述了一套基于 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的陶瓷行業(yè)的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用說(shuō)明了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于改變傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)是可行的。因此在不久的將來(lái)，陶瓷行業(yè)要利用好物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，著眼物聯(lián)網(wǎng)在陶瓷行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，使陶瓷行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展。