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工业现场资源感知技术盘点分析

文章来源:本站收录 发布时间:2018-03-28 访问量:

 目前,工业企业或快或慢都在开展工业物联网的建设,物联网的架构分为感知层、网络层和应用层,感知技术是物联网的基础;通过感知技术,可以实现对工业现场的人机料法环测等资源的实时感知。通过网络互联,为工业应用提供了数据基础,这也是工业大数据的重要数据源。

  本篇文章按自动识别技术、传感技术、定位技术、智能信息设备4类分别展开,介绍工业现场的资源感知技术。

  自动识别技术

  自动识别技术是应用一定的识别装置,通过被识别物品和识别装置之间的接近活动,自动获取被识别物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。

  自动识别技术包括条码识别技术、射频识别技术、语音识别技术、生物特征识别技术、图象识别技术、OCR、磁识别技术等。工业环境中常用的有一维码、二维码和RFID等识别技术。

RFID

  每一种自动识别技术的固有特性都使其应用具有一定的优势和限制,但在许多情况下须多种技术、多种手段并用,才能满足实际应用需要,如:条码和RFID就经常联合采用。

  一维码技术

  一维条码是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记,“条”指对光线反射率较低的部分,“空”指对光线反射率较高的部分,这些条和空组成的数据表达一定的信息,并能够用特定的设备识读,转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。

工业现场资源感知技术盘点分析
 

识别技术

一维条码

主要应用

原材料标识、产品标识、检验样本

优点

输入速度快、可靠性高、灵活实用、易于制作、操作简单、成本很低

缺点

贮存数据少,通常需要关联数据库;保密性能不高;损污后可读性差

 

  二维码技术

  二维条码是指在一维条码基础上扩展出的另一维具有可读性的条码,使用黑白矩形图案表示二进制数据,被设备扫描后可获取其中所包含的信息。二维条码有一维条码没有的“定位点”和“容错机制”。

工业现场资源感知技术盘点分析
 

识别技术

二维条码

主要应用

原材料标识、产品标识、检验样本

优点

输入速度快、可靠性高、灵活实用、易于制作、操作简单、成本很低

缺点

贮存数据少,通常需要关联数据库;保密性能不高;损污后可读性差

 

  RFID技术

  RFID即无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

工业现场资源感知技术盘点分析

识别技术

RFID技术

主要应用

仓储托盘、产品标识、设备标识、员工卡

优点

扫描识别、大信息容量、抗污染能力和耐久性、可重复使用、体积小型化、形状多样化、安全性

缺点

反向反射性特点导致金属和液体识别困难、成本较高、技术标准不统一(如员工卡通常使用高频RFID,而仓储通常使用超高频RFID,无法通用)

  生物识别技术如人脸识别和指纹识别在门禁系统和重要岗位上有一定应用。

  语音识别技术也是非常有潜力的一项技术,能够很好地辅助员工操作,简化输入,只是工业现场噪音大、方言差异大等因素导致在工业场合应用较少。

  传感技术

  传感器是自动化和信息化的基础,在工业现场有着大量的应用,渗透到了仓储供应、生产加工、能源保障、环境控制、楼宇办公、安全保卫等各个方面。

  根据国家标准(GB7665—87),传感器(transduer/sensor)的定义是:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 这一定义包含了以下几方面的含意:

  传感器是测量装置,能完成检测任务:

  被测量能是物理量.也可能是化学量、生物量等;

  输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转换、处理、显示等,这种量可以是气、光、电物理量,但主要是电物理量;

  输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。

工业现场资源感知技术盘点分析

  传感器是一个多学科交叉的高技术领域,伴随着物理学、生物科学、信息科学和材料科学等相关学科的高速发展。当前,传感器技术本身变革的3个方向:微型化、智能化和可移动性。

  微型化:

  传感器硬件系统与元器件的微型化,利用集成电路微小型化的经验,从传感技术硬件系统的微小型化中提高其可靠性、质量、处理速度和生产率,降低成本,节约资源与能源,减少对环境的污染。在微小型化过程中,为世界各国瞩目的成功技术是纳米技术。

  智能化:

  传感器和计算机技术紧密结合,自动采集数据和处理数据。侧重传感信号的处理和识别技术、方法和装置同自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术结合,发展支持智能制造、智能机器和智能制造系统发展的智能传感技术系统。

  无线网络化技术:

  适应野外恶劣的自然环境与条件,能保持精度高、寿命长、高可靠和长期稳定性好,能防窃取、信息安全、保密性等级高等功能于一体的无线网络化技术。

  定位技术

  定位是指通过声光以及无线电等方式对目标当前位置信息的获取。

  目前常用的室外定位方式有:基于人造卫星的定位,基于移动运营网的基站的定位。室外的定位技术在工业现场也有应用,例如:运输车辆的跟踪和指引。

  卫星定位

  卫星定位有四大系统,美国的GPS系统、欧盟的伽利略定位系统(Galileo)、俄罗斯的GLONASS系统和中国的北斗卫星导航定位系统。卫星定位的基本原理是:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息用户接收到这些信息后经过计算求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信息。

  基站定位

  基站定位一般应用于手机用户,手机基站定位服务又叫做移动位置服务LBS,它是通过电信移动运营商的网络(如GSM网)获取移动终端用户的位置信息(经纬度坐标),在电子地图平台的支持下,为用户提供相应服务的一种增值业务。基站定位则是利用基站对手机的距离的测算来确定手机位置,精度较低,但是可以在室内定位。

工业现场资源感知技术盘点分析

  目前常用的室内定位方式有十多种,而工业现场使用较多的用RFID定位、ZigBee定位、UWB定位和Wi-Fi定位。

  RFID定位

  射频定位技术实现起来非常方便,而且系统受环境的干扰较小,电子标签信息可以编辑改写比较灵活。射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短,一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且传输范围很大,成本较低。RFID定位在仓储物品、原材料配送、工装夹具管理都有着广泛的应用。

  ZigBee定位

  通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节点与网关之间形成组网,每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现全部定位。作为一个低功耗和低成本的通信系统,ZigBee的信号传输受多径效应和移动的影响都很大,而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性,造成定位软件的成本较高,提高空间还很大。ZigBee室内定位已经被很多大型的工厂和车间作为人员在岗管理系统所采用。

  UWB定位

  UWB(Ultra Wide Band )即超宽带技术,它是一种无载波通信技术,利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽。UWB定位采用宽带脉冲通讯技术,具备极强的抗干扰能力,使定位误差减小。该技术的出现填补了高精度定位领域的空白,它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供厘米级的定位精度等优点,但实施成本相对较高,主要用于重要产品和资产的定位跟踪。

  Wi-Fi定位

  随着Wi-Fi网络的普及,Wi-Fi定位变得非常流行。Wi-Fi定位可以达到米级定位(1~10米), Wi-Fi定位技术有两种,一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度,通过差分算法,来比较精准地对移动设备进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置(“指纹”定位)。WIFI定位在厂区巡查、移动作业和参观引导方面有相关应用。

  智能信息设备

  信息技术的快速发展和广泛应用,普适计算和分布式网络使计算紧密地融入物理环境中,实现了自然的人机交互,营造了以人为本的信息服务环境,这使得智能信息设备在工业现场有着极为广泛的应用:

工业现场资源感知技术盘点分析

  PC

  个人计算机从笨重的商业计算机发展到今天的便携高性能机器,在工业现场采集数据、展示信息、便捷操作,在生产车间、仓储物流还是动力保障都有着广泛应用。

  PDA即个人数字助理

  这种手持设备集中了数据采集、计算、存储、网络等多种功能,在仓储物流、巡检等移动工作有着大量应用。

  PAD,平板电脑

  集合了PC的性能优势和PDA的便携优势,在当前的工业现场也有了大量应用。

  智能手机

  出于安全和效率考虑,一般工厂都会禁止现场操作员工使用手机,但对于专业技术人员如维修人员、工艺人员,或是一般管理人员,都会使用智能手机进行现场信息的采集和事件处理

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