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工业领域的物联网雏形——基于地磅称重技术的
发布时间:2019-01-14   点击次数:368次

 一、物联网的概念

(一)众说纷纭的物联网概念

1995年,比尔盖茨在《未来之路》一书中曾 经提及物联网的概念。不过,“物联网”概念在 1999年被正式赋予了一个定义,Cambridge Au-to-ID Lad提出,物联网定义应该是把所有物品 通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来, 实现智能化识别和管理。

但是物联网没有统一的定义,至今还是众说 纷纭的局面。有的认为RFID(射频识别)互联就是 物联网,有的认为传感网络就是物联网。笔者认 为一种M2M派系的物联网概念还是较为先进的,它认为machine to machine就是物联网,但这也仅 仅是一种停留在工业生产层面的概念。

更具时代进步意义的一种物联网概念认为:物 联网是通过RFID即射频识别技术、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约 定的协议,把任何物品与互联网连接起来,来进行 信息传感和通信,以实现智能化识别、定位、跟 踪、监控和管理的一种网络。这种物联网的概念一般称为 Internet of Things(IOT)或者 Web of Things (WOT),是目前主流的思想,较为大众接受。

(二)物联网的组成

暂且不去理会物联网定义的内容是什么,只 看物联网的名字The Internet of things,直接翻译过来的意思就是“物物相连的互联网”。物物相连 的互联网当然包含两层功能:其一,物联网的核 心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延 伸和扩展的网络,互联网本身已经覆盖了全球的 每个角落所有在此基础上的展开的物联网自然 就覆盖了全球每个角落。其二,其用户端延伸和 扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和 通信,要实现这个功能就必须有两个系统一传 感器网络系统和物品识别系统。

现在公认的比较实用的识别系统就是上面说 到的射频识别系统(RFID),所以物联网的基本组成 就分成了四块:主体的物品、互联网、传感器网 络、射频识别(RFID)。四个基本组成部分中的信息 传输,如图1所示。

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(三)制约物联网发展的瓶颈 互联网是人类又一个信息存储与传播的伟大 创造,称为第五次信息革命。互联网自人类历史 上出现被称为发展到现在已经有一百多年历史, 其初的功用、覆盖面、使用的人群到现在已经 完全改变。现在的互联网已经是全球性的,这就 意味着我们目前使用的这个网络,不管是谁发明 的,它是属于全人类的,越来越多的人加入到互 联网中、越来越多地使用互联网的过程中,也会 不断地从社会、文化的角度对互联网的意义、价 值和本质提出新的理解。互联网在地域覆盖面很广,使用人群也非常普及,正是这两个先决条件 促成了立足于工业生产、面向消费人群的物联网以互联网为基础发展起来。

RFID是物联网发展的又一个重要基石。RFID 是 Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别技术。RFID技术实现的基础是利用电磁能量 实现AIDC,电磁能量是自然界存在的一种能量形 式。RFID技术将微芯片嵌入到产品当中,微芯片 会向扫描器自动发出产品的序列号等信息,而这 个过程不需要像条形码技术那样进行人工扫描。 相比之下,RFID可以降低生产成本、提高零售效 率,正被越来越多的人认为是条形码技术的取代者。RFID早出现在20世纪80年代,直接继承 了雷达的概念,成为那个时代科学技术发展重要的成就之一,时至今日RFID产品越来越完善, 也越来越得到广泛采用,不管是运用于工业领域 还是民用领域,RFID产品逐渐成为人们生活中非 常重要、非常普遍的一部分,为重要的是其技 术已经相当成熟。

随着社会的发展,文明的不断进步,作为物 联网主体的人类所创造的物质品种呈几何状态的 不断丰富。在这种情况下,物联网重要组成部分 的互联网和RFID技术尚且跟得上不断膨胀的实际 需求,而本身就匮乏的传感器网络显得力不从心。 不管是基于哪种类型传感器组成的网络,还是基 于多种类型传感器组成的网络,现实的情况是大 多还停留在工业领域,其原因是特定功用的传感 器网络正是某些工业生产能正常进行的先决条件, 在民用领域中对传感器网络的需求还是比较少的。 在所有的传感器网络中由称重技术组成的传感器网 络是在工业领域和民用领域发展都比较完善的,但 还是无法满足物联网不断扩大的需求,传感器网络 的匮乏形成了物联网发展的瓶颈。

正是传感器网络的这种现状决定了当今物联 网的几个特性:其一,物联网还停留在比较狭小 的几个领域,而且各个领域中的物联网被割裂成 几个独立的体系。其二,物联网基本停留在工业 领域,大的作为是提高生产效率。其三,当今 物联网所提取的信息还是十分匮乏。

二、工业领域中初具雏形的物联网

(一)基于人工的流水线作业

人工的流水线作业非常直观,笔者不举实际 的例子,以一个电影的镜头来解释。读者一定都 知道卓别林的《摩登时代》这部黑白无声电影, 电影中的一个重要场景就是三个工人在流水线上 拼命干活,如果读者对这个镜头有影像就非常容 易理解一人工的流水线作业有两个要点:分工、 重复劳动。

(二)基于自动化的流水线作业 流水线本身大大提高了生产效率,而且流水 线一旦剔除人工实现自动化,效率就进一步提高 了,但是流水线本身简单的流程就变得非常复杂。 不管是哪一种功能流水线,要实现自动化生产就 或多或少的都提出了对传感器网络的需求。

假设一个自动化流水线:产品包装自动化流 水线,其生产的过程完全是按照固定的程序,那 么在后区分合格品与不合格品也是要通过不同 的传感器来识别,常见的区分合格不合格品的 方式,就是在流水线的后加上基于称重技术的 分选流程。这个假设中,仅仅还是以称重传感识 别为基础组成的传感器网络,还不足以和物联网 有关系,但是如果在流水线的包装过程中加入更 多的传感器组成基于多种类型传感器的传感器网 络,将原料到成品过程的各种数据汇总到工控机, 由工控机控制整个生产过程,整个系统就有了物 联网的雏形,如果再将所有数据和产品匹配并上 传到互联网,那么就真正意义上的在工业生产部 分达到了物联网的所有要求。

(三)基于地磅的无人值守系统

的无人值守系统 在称重领域,我司针对不同行业的特殊需求 开发过多个无人值守系统,在这些产业的上游搭 建起完善的传感器网络,并且具备射频识别系统 和在系统内部做到数据采集交换功能,实现在系 统内部的物联网功能。同时系统中有专门的数据 集控中心,将数据传送到企业数据库中,系统留 有连接互联网的端口,在物联网技术成熟的前提 下可以和互联网进行数据交换,从而实现真正意 义上的连接物联网。

笔者在这里对我司开发的无人值守系统做一 个简要的介绍。

我司作为称重领域内的领军企业,开发的无 人值守系统已经符合物联网的基本要素,在小范 围内已经实现物联网的功用。系统主要是由地磅、计算机、打印机、自动车牌识别系统、 视频监控系统、射频读卡器系统、信号灯、道闸 及称重系统管理软件等组成的一套综合管理系统,在传统的地磅的基础上,加装硬件和软件 管理系统来实现其功能。

整个系统由四部分组成,分别是空车除皮管 理系统、装料管理、出厂结算管理系统和集控管 理中心,其中集控管理中心又与企业数据库链接。 整个销售环节可实现除进厂制卡和结算等环节需 要人员在集控中心操作,系统维护需要人员外, 其余全部由系统自动完成,无需人员干预。这样 可以减少很多操作人员,而且可靠性和称量效率 可得到很大的提升,具体流程如图2所示。

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集控中心负责入厂的制卡、发卡、出厂结算 时的发出卡回收以及现金收取外以及整个系统运 行状态的监控外,其余环节均实现无人值守的自 动化运行。通过集控中心的计算机管理系统实现 系统实时数据的采样、存储和送监视系统显示; 实现销售记录的存储和和统计,并与企业数据库 连接实现数据的备份和共享。

集控室的布局,如图3所示。

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(1)系统各个部分的功能,空车除皮管理。空车经除皮管理系统排队除 皮,并其他相关的皮重、车号、货号和装载量信息录入集控中心的计算机管理系统;计算机系统根 据这些信息设定装载量和指派装载点去装载货物。

装料管理。装载点接受的从集控室发来的数 据,对数据进行保存,等待车辆装料。

已除皮车辆到指定装载点,经装料系统身份 核对和其他相关信息确认后,自动或经集控中心 发命令启动装货,到设定的装载量后自动关闭, 停止装载,并记录终装载重量,数据回传集控 中心。

出厂结算管理。出场结算要求对已装载的车 辆过集控室,进行身份识别,磅号等信息进行核 对,装载量复秤核对。核对无误后进行结算,结 算完毕,收款放行。对于信息不符和的不给予结 算放行,查明原因后再给予处理。但对于任何处 理,均要有明确的存底,有经过网络上传公司。

集控中心。集控管理中心主要完成各分支点 的监控、管理、控制、调试和终的数据管理和 处理,并将所得的数据传送到企业的数据库中, 实现此处的数据共享。

数据的管理和处理是集控管理中心的一项很 重要的工作,包括将数据分类进行存储、统计。 并实现把各类型的数据生成报表,方便查阅和管 理。预留互联网数据端口,随时可以和互联网交 换数据,物联网技术成熟的前提下可以随时成为 广域物联网的一部分。

(2) 系统的工作流程

空车除皮具体操作:空车磅的信号灯指示为 绿灯时,空车可以上秤,信号灯由绿变为红,报 警器开始报警。等车辆完全上秤(车辆完全通过 红外光幕)报警器停止报警。管理人员开始制卡, 仪表把空车的重量数据发给上位机,上位机把此 车的皮量自动录入皮重单元。车牌自动识别系统 对车号进行识别后,自动把车号录入系统的车号 单元。然后司磅员在把预装载重量、货号等相关 的信息录入相应的单元,完成录入后司磅员可以 点击软件完成制卡,发给过磅人员,把数据发给 集控中心。这时上位机控制道干打开,对车辆进 行放行。等车辆完全下秤,信号灯变绿,等待下 一辆车的到来。

装料管理具体操作。车辆上秤报警开始,仪 表开始检测车辆是否完全上秤(车辆是否完全通 过红外光幕),检测通过,报警停止。过磅人员进行刷卡操作,把卡中的信息读入称重仪表。车牌 识别系统对车牌进行识别,并把车号数据发称重 仪表。称重仪表两个车号信息进行核对,核对正 确,仪表控制启动装料。

这样做可以防止在加料之前有人调换车辆, 或调换卡片等舞弊情况的产生,如果数据核对不能 通过,则不能装料,在整个过程中都有视频监控。

仪表控制装料完成,停止全部料斗。并把 终的装载重量上传给集控管理中心,方便结算时 进行复查。这时仪表控制道闸打开、放行。车辆 完全下秤,道干自动关闭,等待下一辆车的到来。

出厂结算管理具体操作。当重车磅信号灯绿 灯亮时,重车可以上秤,等车辆完全上秤(车辆 完全通过红外光幕)信号灯红灯亮,过磅人员交 还卡片。车牌自动识别系统对车号进行识别,司 磅员对交还的卡进行刷卡操作,对卡中存的车号 数据和刚刚识别的车号进行核对,除此以外还要 对装载的重量进行复查,同时对货号等数据进行 核对。以上信息核对无误后,计算机提示可以进 行结算收款,并打印出相关的单据。结算完成以 后,司磅员控制计算机打开道闸放行。车辆完全 下秤后,重车磅信号指示灯亮绿,道干关闭,等 待下一辆车的到来。对于核对不能通过的车辆, 不予结算放行,要查明原因后在做处理,同时要 有存底和视频监控录像。

三、物联网的发展前景

物联网立足于互联网又是未来互联网的一个 组成部分,未来的物联网中的“物”都具有标识、 物理属性和实质上的个性,使用智能接口,实现 与信息网络的无缝整合。随着称重技术以及各种 传感技术的发展,传感器网络会不断的普及,从 而支持着物联网的逐步完善、逐步的向民用领域 发展,真正的做到服务人类,极大地改变我们目 前的生活方式。

成熟的物联网在企业和政府之间发挥桥梁作 用,协助政府对行业进行指导、协调、咨询和服 务,帮助会员向政府反映企业要求;协调企业与 企业之间的关系,加强技术合作、产品流通,消 除恶性竞争;监督会员正确执行国家的法规制度, 规范行业发展;通过会员单位间的信息沟通交流、 技术产品合作、资源共享等,推进物 联网技术和产品的应用,推动中国物联网产业规 模化、协同化发展。

物联网的一个方面是可以提高经济效益,大 大节约成本。另一方面可以为全球经济的复苏提 供技术动力。目前,美国、欧盟等都在投入巨资 深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、 重视物联网的研究,工业和信息化部会同有关部 门,在新一代信息技术方面正在开展研究,以形 成支持新一代信息技术发展的政策措施。 

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