物联网技术引入温室大棚实现精准管理

一、智能农业大棚物联网解决方案体系简介

温室大棚在不适宜植物成长的时节，能提供生育期和添加产值，多用于低温时节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。因而对栽培作物成长环境的要求要准确的多。

大多数农户加温、洒水、通风等，全凭感觉。人感觉冷了就加温，感觉干了就洒水，感觉闷了就通风，没有科学依据。农业进入信息化年代后，对温室内部的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度及光照等农业环境信息的收集也越来越注重。因而，将物联网技能引进温室大棚中来，完成温室栽培的高效和精准化办理。

在温室环境里，单栋温室可利用物联网技能，选用不同的传感器节点和具有简略执行机构的节点（风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构） 构成无线网络来丈量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来取得作物成长的最佳条件， 经过模型剖析、自动调控温室环境、 *** 控灌溉和上肥作业，然后取得植物成长的最佳条件。

关于温室成片的农业园区，经过接纳无线传感汇聚节点发来的数据，进行存储、显现和数据办理，可完成所有基地测试点信息的获取、办理和剖析处理，并以直观的图表和曲线方法显现给各个温室的用户，同时依据栽培植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息，完成温室集约化、网络化远程办理。

此外，物联网技能可应用到温室生产的不同阶段，把不同阶段植物的体现和环境因子进行剖析，反应到下一轮的生产中，然后完成更精准的办理，取得更优质的产品。
二、智能农业大棚物联网解决方案的重要组成部分

1、数据收集

经过物联网体系可衔接传感器收集土壤温度、湿度、营养含量（N、P、K）、PH值、降水量、空气温湿度、气压、光照强度等来取得作物成长的最佳条件，并依据参数变化实时调控或自动 *** 控温控体系、灌溉体系等；

2、智能 *** 控

经过无线传输，衔接 *** 控室与 *** 控柜， *** 作 *** 控室内中控台，即可一键式 *** 控温室大棚内的风机、外遮阳、内遮阳、喷滴灌、侧窗、湿帘或大田内的水肥喷灌等，完成远程化办理。

3、软件平台

农业物联网软件平台并不只是一个 *** 作平台，而是一个庞大的办理体系，是用户在完成农业运营中运用的有形和无形相结合的 *** 控体系。在这个平台上，用户可以充分发挥自己的办理思维、办理理念、办理方法，完成信息智能化监测和自动化 *** 作，有效整合内外部资源，提高利用效率。

很难说哪个地方的消防中控工作轻松，因为无论在哪里，消防中控员都必须时刻保持警觉，准备应对突发事件。但是，如果要从一些方面来比较，可以得出以下结论：
1城市规模较小的地区：相对于大城市，规模较小的城市或乡镇的消防中控工作可能会更轻松一些，因为这些地区的消防事件相对较少，中控员的工作压力也会相应减轻。
2消防系统完善的地区：如果一个地区的消防系统比较完善，各项设施齐备，那么中控员的工作也会相应轻松一些，因为他们可以更快速地响应和处置各种灾害事件。
3人员配备充足的地区：如果一个消防中控中心的人员配备充足，那么中控员的工作量也会相应减轻，因为他们可以分工协作，更有效地应对各种情况。
总体来说，消防中控工作是需要高度专业性和责任心的，无论在哪里，中控员都要保持高度警觉，随时做好应对各种突发情况的准备。

智慧消防的前身是无线消防。无线消防是将无线通讯技术与消防报警相结合的产物，最早出现于军工领域。
由于有线消防在广泛应用中存在诸多弊端，如需要中控室24小时专人值守，过度依赖消防专员；建筑装修完成后加装有线消防设备难度大、费用高；使用过程中维护保养费时费力、出现盲区不易察觉等问题，而无线消防具有全无线传输、双向巡检功能、直接与用户手机绑定，发生火情直接向用户发送短信拨打电话等新功能，能够有效弥补有线消防的不足，帮助人们建立起高效的消防监管体系，备受业内人士推崇。
无线消防主要应用射频技术、移动互联网技术；发展到智慧消防阶段，更侧重于强调物联网概念，多指运用LoRa技术、NB-IoT技术等通讯技术，具有强大软件系统平台支持的无线消防。
当前智慧消防多指综合运用物联、云计算、大数据、GIS地学系统等新兴技术，通过硬件设备和强大的软件系统建立起的智慧化消防安全监管体系。（参考：北仁汇智智慧消防）

聚羧酸减水剂生产控制系统的工业物联网框架设计与实现

严海蓉1，王子明2
（1北京慧物科联科技有限公司，北京 100124，2北京工业大学，北京 100124）

摘要：工业物联网既提供了在生产过程中获取并控制聚羧酸减水剂生产设备的信息的方式，也提供了基本的网络架构，方便系统集成和扩展。该框架在分析了聚羧酸减水剂生产流程的基础上被划分为设备控制层、通讯层和应用服务层。根据实际应用需求，描述了工业物联网架构可以方便接入设备，贴近工艺完成软件，并让机器具有智能。企业应用案例表明该系统能够有效地实现生产状态跟踪监测和生产设备自动控制的目标，对进一步研究工业物联网技术和解决方案具有一定的参考价值。
关键词：工业物联网；自动化控制系统；聚羧酸减水剂生产设备
中图分类号：TP273 文献标识码：A

Theindustrial IOT design of automatic control system for polycarboxylate superplasticizer
YAN Hairong1, Wang Ziming2
（1．Beijing Sophtek Corp，2 Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）

0引言
原来的聚羧酸减水剂生产自动化控制不能充分满足生产工艺要求，存在的主要问题是：
1） 新设备接入非常困难；
2） 同类不同厂家设备不方便更换；
3） 匀速滴加过程中不能达到理想的控制速度，传统PID算法波动较大，常需要人工手动干预；
4） 温度控制需要人工参与控制，无法完成全自动；
电话 扣扣53O934955
工业物联网是工业40的支撑框架。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。它的发展离不开应用，面向工业自动化的工业互联网技术是物联网的关键组成部分[1]。工业物联网通过将具有感知能力的智能终端、无处不在的移动计算模式、泛在的移动网络通信方式应用到工业生产的各个环节，提高制造效率，把握产品质量，降低成本，减少污染，从而将传统工业提升到智能工业的新阶段[2]。
工业物联网框架中，整个系统具有强大的数据服务器，能够进行大数据的计算。在数据量足够的时候能够利用网络智能来帮助企业进行决策、配方优化和自动的设备维护等。
整个控制系统具有分布式智能能力。整个系统中，可以把数据都送到中控部分来完成；也可以将一些需要及时处理的，如温度控制等，直接由现场控制来完成。系统通常分为中央控制单元和分布的现场控制单元，中央控制单元由工业控制计算机充当，现场控制单元则由高可靠、抗干扰的工业级微控制器和与当前控制需求相配套的附加电路模块组成。依托微控制器的实时处理能力可以完成对现场生产进行实时调节控制，并且通过总线实现现场控制单元与中央控制单元进行数据交互，使生产过程表现出整体性、协调性，从而优化生产工艺、提高生成效率。
系统通过总线把各个独立的控制模块组织成在一起。控制模块的独立性，使得系统中各个分布的控制模块检修、升级、数量扩充都很方便，也为在生产规模扩大时控制系统扩充预留了接口。
因此工业物联网框架才能彻底解决传统控制的一些问题，真正贴合聚羧酸减水剂生产工艺。
1 系统概要设计
根据聚羧酸减水剂的生产过程，可以将聚羧酸减水剂自动化控制系统分为设备控制层、通讯层和应用服务层，系统框架如图1所示。
图1 系统框架图
图1中，应用服务层主要实现对生产过程中实时数据和生产状态的跟踪监测和管理，同时提供各种应用UI接口，用户可以通过使用计算机、手机等手持设备登录客户端来访问或获取所需要的数据或信息等，从而实现物联网的厂内处处可访问。一旦将企业网络与公共网络连接，用户登录后就可以实现生产数据随处可访问。
应用服务层中还包括有控制逻辑层，控制逻辑层通过与 *** 作人员进行交互，并且汇集、分析、存储和处理生产过程中的实时数据和生产状态，实现生产过程的逻辑控制。
通讯层主要实现设备控制层、控制逻辑层和应用服务层之间的可靠传输。
设备控制层主要实现原始数据的采集与分析、数据和状态的上传、控制指令的接收等。嵌入式控制器内的智能逻辑将和聚羧酸减水剂生产各工序要求的生产工艺（加料、滴加、温度调节、pH调节）等紧密贴合，并与控制逻辑层相互通讯完成所要求的工艺精密控制。
整个系统采用划分层次的设计思路使得系统具有很好的可移植性，各种传感器可以灵活的接入系统。这样新系统的总体实现或者旧系统的扩展可以采用“搭积木”的方式完成构建。

2 系统详细设计
根据以上设计的系统工业物联网框架和体系结构，本研究将以北京某公司的具体项目为例，详细介绍该系统的设计和应用过程。
21设备接入示例
基于工业物联网架构的设计，可以很容易的接入各种设备。比如如图2所示的聚羧酸减水剂自动化控制系统接入了一个服务器、一个 *** 作员站、若干显示器、2个控制站，若干现场设备和用户手机。
图2基于工业物联网架构的设备接入实例
服务器负责存储生产数据，包括生产 *** 作日志和生产过程数据，便于生成台帐和报表。也可以与各种财务、资产管理软件连接。同时，负责承载起局域网与大网络的连接工作。
*** 作员站上运行的软件，方便 *** 作员在中控室来 *** 作现场各种阀门、电机等开停，从而按照工艺过程完成生产。
控制站自动获得 *** 作员 *** 作命令来控制现场设备，比如阀门等，同时也自动从现场设备获取各种状态，比如称重数据等传给控制室控制机器。
现场设备是包括传感器和各类执行器，比如秤、阀门等自动工作。
图中的手机设备是为了表示出工业物联网框架可以任意接入设备的特性。比如，在该框架下，巡视人员可以通过手机进行接入，完整现场紧急控制一些阀门的开或者是关。经理等就可以通过手机来查看每天生产数据。
同时，对于不同厂家的同类设备，该工业物联网框架也有较好的兼容能力。
22贴合工艺的软件设计
软件包括生产线管理软件和工业现场控制软件。生产线管理软件工作于生产管理计算机，主要实现工艺管理、配方管理；通过网络，根据权限，可调出 *** 作人员的现场 *** 作记录，完成对现场的远程管理。工业现场控制软件工作于车间级服务器中，主要通过与工艺以及现场布置相同的画面显示，使得 *** 作人员便于 *** 作，以实现现场设备仪表信号的采集、处理，配方管理和现场数据实时界面显示和控制等功能。
图3 聚羧酸合成控制生产工艺示意图

根据实际生产过程和自动化控制系统的特点，当前聚羧酸生产过程分大单体预化过程、 A、B料预混过程、A、B料计量罐加料过程、碱计量罐加料过程、A、B料滴加过程、反应釜搅拌控制过程、反应釜温度控制过程，针对不同的过程，分别实现其控制目标，从而达到完整生产过程的控制。
下面以工艺中的A、B料计量罐滴加控制为例来说明软件设计功能。
首先控制系统为用户提供友好的A、B滴加控制对话框，方便用户可视化 *** 作。用户可以选择采用以前输入的备用方案进行控制，也可以选择自己新输入方案进行空控制。总之都能够根据配方在规定的时间内，将指定质量的物料匀速加入到对应的反应釜中。
图4 启动已存备用方案滴加
图5 启动自定义方案采用三阶段定量滴加示例

其次控制系统采用分段式匀速滴加模式（图5），启动滴加时，控制系统计算出三个阶段分别的预期流速。控制系统实时读取当前计量罐的质量，并根据当前时间，计算出实时流速。控制系统根据实时流速和预期流速的差值，控制调节阀的开启度，从而控制滴加速度。
图6 滴加控制效果示意图（多阶段不同流速）

最后，显示出实时滴加工作界面（图6），工作工作误差一般不大于1%。
23机器学习的智能能力
原来控制系统由于没有采用物联网框架，数据存储量不充分，从而无法让机器自主学习。各种设备常常需要人来手工调整，设定最高最低值；控制过程需要人工进行干预，来辅助机器完成自动控制。
而现有的工业物联网架构，拥有了专门的数据服务器，从而可以存储较大量的数据。而对于这些数据进行分析而产生的机器智能不可小觑。
比如，以前温度控制时，只能根据人工经验设定一个固定的值。反应釜的材质、容量、夹套、搅拌电机、搅拌桨叶等设备本身因素会影响调温结果。
而往往由于冬夏的自来水、室内温度、物料温度、反应剧烈程度等也会影响调温结果。因此在控制系统安装后要进行长时间的人工参与测试来努力找到一个合适的最大最小值。而测试时间毕竟短，这个值一旦这个值固定后，后续生产时就无法轻易改变，为此生产 *** 作员常需要来观测这个温度控制过程并且来参与控制，否则很难达到理想的控制效果。
再比如对于滴加控制的PID算法，往往由设计者人为给定一个PID参数，也无法完全适应实际设备磨损等情况。
而基于工业物联网架构的控制时，可以在服务器端运行一个智能控件，由它来自动学习历史调温或者滴加流速的变化情况，不断训练软件，让软件重新找到合适的上下调节阈值，这样才可以真正达到完全自动化。整个系统拥有了自己不断学习的机器智能。

3 系统测试结果
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统在设计和开发完成后，在北京某工厂的实际生产线上投入使用。目前，该系统运行安全、稳定，大部分功能已经实现，达到了预期的效果。
在系统正式投入使用后，对系统的工业现场控制软件、生产线管理软件和嵌入式控制器进行了长时间的测试。针对实现过程中遇到的问题做了大量的调试工作。下面以实现滴加A料为例对系统的测试进行描述。
*** 作人员在控制室通过点击用户 *** 作界面的A料滴加阀门按钮进行滴加参数的配置，如图7所示。 *** 作人员需要输入的参数为滴加质量和滴加时间，同时系统也支持分阶段滴加。在点击开始滴加按钮后，服务器会向嵌入式控制器发送滴加A料指令。
图7 滴加A料配置界面
嵌入式控制器在接收到服务器下发的滴加A料指令后，会进行自动化控制，实现A料的滴加 *** 作，具体效果如图8所示。
图8 5个反应釜同时进行A料滴加曲线示意图
图8中5条不同颜色的线分别表示5个不同计量罐的A料滴加曲线，系统支持多个计量罐同时进行滴加 *** 作。左侧上升的直线表示向计量罐加入A料的过程，系统支持多个计量罐同时加料，质量控制精确，定量加料的误差在01%以内。右侧下降的曲线表示滴加A料过程，曲线的斜率即为速度。由图可知，系统基本上能够实现匀速滴加A料过程，同时，系统也支持连续4小时的滴加 *** 作，时间误差在1分钟左右。
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统投入运行后，提高了聚羧酸减水剂的产品质量，提高了工艺生产的自动化程度，大大减轻了 *** 作人员的劳动强度，提高了企业的竞争力。
4 结束语
本研究基于工业物联网架构设计的聚羧酸减水剂自动化控制系统对聚羧酸减水剂生产过程可以进行高效的跟踪管理，在实际应用中具有重要作用。它使聚羧酸减水剂生产设备具备了一定的数据感知、处理和通信能力，从而为企业制定更好的工艺流程提空帮助。同时，它也促使聚羧酸减水剂生产管理过程更加科学和精细化。该系统的成功开发设计为工业物联网在化工行业的推广打下了基础，做出了积极地探索。

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原创不易，收藏关注

万物互联，相生相惜。

从技术角度而言，物联网就是通过射频识别、zig bee技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等各种传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是“ 物物相联的互联网 ”。

物联网给世界的启发是： 只要你能想象得到，它就能做的出 。

我们对于灵活的复杂的要去中心化，但是我们对于简单的呆板的就要讲究中心化 。这就是未来物联网的精髓： 区块链式的物联网 。我们知道区块链技术解决了信任问题，安全问题，是因为它本身去中心化的特点，而物联网又需要中心化，比如今天我们说的智能家居控制系统和解决方案。

什么是智能家居

顾名思义，容易得出：首先它是家庭设备、用品，家庭生活所必须的一些“死物”，也可以说是事物，就是把你的住所从各个方面赋予智能化，让你更容易管控。先从广义而言，大致分为以下几点：

1灯光 娱乐 系统： 灯光和电器比较多，开关起来很麻烦

解决方案：可以用智能触控面板，是家里灯光窗帘和家电的集中控制中心。第一、可以控制某一盏灯，也可以控制某一条灯带；第二、控制某个房间的某电器，比如打开客厅空调（演示）；第三、一键实现场景切换，例如想看按下影院模式，看看我们周围的变化电视机自动关闭、投影幕下降功放打开了。第四、自动监测空气质量温度湿度，当空气质量不达标时发送报警信息，并且可以联动空气净化器开始净化。

2安防系统：报警及联动功能

安装门磁、窗磁，防止非法入侵，安装网络摄像头，实时监控，人影监控。管理系统可通过安装在住户室内的报警控制器得到信号从而快速接警处理。报警联动控制可在室内发生报警时，系统向外发出报警信息的同时，自动打开室内的照明灯光、启动警号等。

紧急求助功能： 室内的报警控制器具有紧急呼叫功能，管理系统可对住户的紧急求助信号做出回应和救助。

离家模式即防盗报警状态： 防止非法入侵，管理系统可实时接收报警信号，自动显示报警住户号和报警类型，并自动进行系统信息存档。

预设报警功能可预设报警电话。

在家设防模式：安全防范系统可联动切断某些家用电器的电源。在家撤防模式，部分照明灯自动打开，门磁和窗磁离线，室内烟感探测器和厨房可燃气体探测器仍为报警模式。

警情后控制处理：当家中有非法入侵者或者煤气泄漏时系统会自动拨打电话、发送短信、彩信、抓拍并发到指定用户手机！用户收到电话短信时可以第一时间用手机电脑查看家中监控画面并控制其家中家电设置、布防撤防等 *** 作！

3家电系统： 家里带遥控器控制的产品又很多，虽然基本都是智能产品但是控制每一个都需要下载一个app或者找到遥控器，电视一个、机顶盒一个，热水器一个、空调好几个很是麻烦，红外转发器能把他们集中到一个中控主机下进行控制。可以是控制面板，也可以是手机APP。

4智能环境感知系统 ：该系统主要包括，温湿度传感器、风雨雷电报警器、空气PM25质量检测等，当检测到周围环境异常会自动关联相关产品进行解决。例如温湿度传感器感测到家温度过高，会启动空调自动降温；风雨雷电感测器感知到下雨会关联推窗器自动关窗等。

还有智能睡眠系统，智能声控系统，智能教育陪伴机器人，智能指纹人脸识别锁，等等。

最后把这几大系统统一到一起，你只需安装一个中央控制面板，再装一个APP，在家实现全程智能控制，上班也能控制全屋，那是多么美妙的事情。

其实无论是智慧家居，智慧办公，智慧养老，智慧酒店都属于智慧城市大范畴，也属于国家战略。

智能家居使得物联网的应用更加生活化，具有网络远程控制、遥控器控制、触摸开关控制、自动报警和自动定时等功能，安装简单，变更扩展和维护非常容易，开关面板颜色多样，图案个性，给每一个家庭带来不一样的生活体验。

备注：我发的视频里面有智能家居的场景应用

物联网方向的工作比信息安全要好，主要原因如下：
1、信息安全对要狭窄些，物联网工作要宽；
2、虽然物联网现在发展还不完善，但是万物互联是未来的趋势，特别是随着5G、人工智能、边缘计算、雾计算等技术的成熟和融入，物联网将深入到社会和生活的每一个角落，这将带来无数的就业和创业机会。
3、物联网入门易，容易看到短期进步；信息安全入门难，需要耐得住寂寞，需要非常严谨的思维和全面的知识技能，特别需要学习很多很枯燥的技术，比如 *** 作系统、密码学、编译原理。
当然如果自身条件非常符合信息安全方面的工作，选择信息安全的工作也不会错，沉下心去，坚持一段时间后，成为安全专家，也是非常好的。

1、节水节肥——高效水肥灌溉和精准调控
2、省时省力——可迅速大面积灌溉和施肥
3、智能控制——根据土壤水分等相关参数自动反馈控制灌溉
4、提高产量——投运该系统可增产30~50％

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