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      物聯網在電氣工程中的應用

      文章出處:巨川智能電氣責任編輯:巨川智能電氣查看手機網址
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      人氣:發表時間:2020-08-11 19:05:57【

      物聯網技術的起源和現狀:

      1、物聯網的起源:

      物聯網的理念最早出現于比爾蓋茨的《未來之路》,只是當時受限于無線網絡、硬件及傳感器設備的發展,并未引起世人的重視。1998年,美國麻省理工學院創造性地提出了當時被稱作EPC系統的“物聯網”的構想。1999年,“物聯網”的概念由美國麻省理工學院的Auto-ID實驗室首先提出。其提出的物聯網概念以RFID技術和無線傳感網絡作為支撐。2005年,國際電信聯盟(簡稱 ITU)發布了《ITU互聯網報告2005:物聯網》,正式提出物聯網的概念。報告指出,無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨。世界上所有物體都可以通過互聯網主動進行信息交換。射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。2008年11月,IBM提出“智慧地球”構想,從此作為經濟振興戰略。

      2物聯網的現狀::

      2.1國外:

      (1)美國

      奧巴馬總統就職后,很快回應了IBM所提出的“智慧地球”,將物聯網發展計劃上升為美國的國家級發展戰略。該戰略一經提出,在全球范圍內得到極大的響應,物聯網榮升2009年最熱門話題之一。那么什么是“智慧地球”呢?就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中,并且被普遍連接,形成所謂“物聯網”,然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來,實現人類社會與物理系統的整合。智慧地球的核心是以一種更智慧的方法通過利用新一代信息技術來改變政府、公司和人們相互交互的方式,以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應速度。智慧方法具體來說是以以下三個方面為特征:更透徹的感知、更全面的互聯互通、更深入的智能化。

      (2)歐盟

      歐盟圍繞物聯網技術和應用做了不少創新性工作。2006年成立了專門進行RFID技術研究的工作組,該工作組于2008年發布了《2020年的物聯網——未來路線》,2009年6月又發布《物聯網——歐洲行動計劃》,對物聯網未來發展以及重點研究領域給出了明確的路線圖。

      (3)日韓

      2009 年8月,日本將“u-Japan”升級為“i-Japan”戰略,提出“智慧泛在”構想,將物聯網列為國家重點戰略之一,致力于構建個性化的物聯網智能服務體系。2009年10月,韓國頒布《物聯網基礎設施構建基本規劃》,將物聯網市場確定為新的增長動力,并提出到2012年實現“通過構建世界最先進的物聯網基礎設施,打造未來超一流信息通信技術強國的目標。

      法國、德國、澳大利亞、新加坡等國也在加緊部署物聯網發展戰略,加快推進下一代網絡基礎設施的建設步伐。各國競相爭奪信息技術制高點。

      2.2國內:

      我國在物聯網領域的布局較早,中科院早在十年前就啟動了傳感網研究。在物聯網這個全新的產業中,我國技術研發水平處于世界前列,中國與德國、美國、韓國一起,成為國際標準制定的四個發起國和主導國之一,其影響力舉足輕重。

      2009年8月,溫家寶總理在無錫視察時指出,要在激烈的國際競爭中,迅速建立中國的傳感信息中心或“感知中國”中心。物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一,并寫入政府工作報告中。2009年11月,總投資超過2.76億元的11個物聯網項目在無錫成功簽約。2010年工信部和發改委出臺了系列政策支持物聯網產業化發展,到2020年之前我國已經規劃了3.86萬億元的資金用于物聯網產業的發展。

      當前,中國“十二五”規劃已經明確提出,發展寬帶融合安全的下一代國家基礎設施,推進物聯網的應用。物聯網將會在智能電網、智能交通、智能物流、智能家居、環境與安全檢測、工業與自動化控制、醫療健康、精細農牧業、金融與服務業、國防軍事十大領域重點部署。

      物聯網的基本架構和關鍵技術:

      物聯網的定義:

      物聯網從提出到現在并沒有一個明確的定義,目前較為全面的定義是中國物聯網大會提出來的:凡是有傳感器和傳感技術而感知物體的特性,并按照固定的協議,實現任何時候物與人之間、人與物之間、人與人之間互聯互通,實現智能化識別,定位跟蹤管理的網絡就是物聯網。物聯網是信息化和工業化發展、融合的必然結果,是信息技術和傳感、控制技術融合的產物。物聯網可視為互聯網的擴展,從人與人之間的聯系擴展到物與物,物與人之間的信息交換。

      物聯網的基本構架:

      物聯網的基本構架由三層組成,分別是感知層、網絡層和應用層。

      感知層由物體的傳感器如射頻識別裝置(EFID)、紅外線感應器、激光掃描儀等及其他的控制、執行設備聯網組成。網絡層包括接入網和通信網,包含了TCP/IP協議、互聯網應用協議等各種通信協議和互聯網協議棧。應用層是基于Web瀏覽器的應用,如智能電網、城市管理、智能家居、智能交通、工業監控等具體某一領域的引用方案。

      物聯網的關鍵技術:

      (1) 感知層技術:

      射頻識別技術是一種非接觸式的自動識別技術,通過射頻電子設備產生射頻信號或空間電感耦合或電磁反向散射耦合自動識別目標對象并獲取單個或多個對象信息數據,并且可以通過讀寫設備跟新對象信息數。完整的射頻識別系統寶庫RFID標簽,RFID讀寫器和RFID數據管理系統。非接觸式IC卡自動收費系統就屬于典型的射頻識別系統。

      無線傳感器網絡是通過部署在敏感區域的傳感器實現信息感知、數據處理并通過互聯網、移動通信網等傳輸方式實現信息交互和傳遞,每個傳感器網絡節點可根據程序算法進行獨立響應流程或將數據傳輸至綜合數據分析系統實現智能決策和控制,并完成人與人、人與物、物與物的全面互聯網絡,具有低功耗、自組織、低速率、短距離等特點。

      (2) 網絡層技術

      接受網關接受下屬節點上傳信息,實現信息匯集和組網控制并具有向下屬街道轉發信息的功能。由于下屬節點所具有的組網和通信協議的差異性,接入網關還應該具有協議轉換功能。IPv6技術地址長度為128bit,地址空間增大,解決了IPv4地址不足的難題,理論上可以滿足物聯網的需求。同時,該技術增強了對組播、對流以及自動配置的支持。與互聯網中域名解析服務類似,對象名解析服務可以實現將一個物體定位在物聯網某一具體地點的功能。

      (3) 應用層技術

      情景感知技術賦予物聯網中的物體檢測和感知它所處環境或狀態變化的能力,幫助只能系統更好地跟蹤環境和狀態變化,提供優質的服務。

      云計算式基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式,通常涉及通過互聯網來提供動態擴展且經常是虛擬化的資源。

      泛在網絡是基于個人或社會需求,通過信息網絡通信技術,實現個人與個人、個人與設備、設備與設備之間進行信息感知獲取、數據傳輸存儲、智能決策功能,為個人和社會提供泛在的、無所不含的信息服務和應用。泛在網絡不僅包括物與物之間的交流、還包括物與人、人與人之間通信,是全方位溝通物理世界與信息世界的橋梁。

      物聯網要實現物與物之間的信息交換,就需要讓物體具有“智能”,能夠將自身的信息識別采集并傳遞給其他物體或者上傳數據中心。射頻識別技術是一種自動識別技術,實現了物理世界和信息世界的無縫融合,可將其視為一種特殊的傳感器。由于物體具有數量大,所處位置復雜等特點,采用有線通訊方式是不經濟,不現實的,因此,通過構建無線傳感器網絡來交換信息成為必然。物聯網除了實現物與物之間的交流,還包括了物與人、人與人之間的通信。泛在網絡是物聯網技術的更高級形式,他高度融合了信息通信網、互聯網、物聯網,可實現復雜網絡類型、多行業特征、異構信息技術的深層次組織融合和系統運行。

      物聯網在電氣工程中的應用:

      物聯網技術是當前世界新一輪科技和經濟發展的戰略制高點之一,在各個行業都有廣泛的應用。目前物聯網在電氣工程領域中的主要作用集中在一下幾個方面。

      智能電機、樓宇智能照明控制系統、路燈照明控制系統

      優勢:智能電機的開發和推廣,大大推動電氣行業的發展,國內智能電機的使用都已經達到國際上的先進的水平,并且這樣的產業可以帶動全國的相關產業的不斷的發展,將自動化產業帶上了一個新的高度,形成了新的發展趨勢。

      特點:智能電機具有加速系統設計、更高的績效、更好的預測和預防停工期的能力、對制造業過程變化的更快反應

      現狀:現階段智能電機的服務領域也是非常的廣泛的,在機電行業中也是重要的設備之一。國內智能電機的使用都已經達到了國際上的先進的水平,將自動化產業帶上一個新的高度。

      智能電機控制:

      概念:智能電機控制又名智能馬達控制。即通過關鍵的過程信息之間的交流,提供較高的電機績效,增強電機的保護功能,使通訊更好,啟動更快。

      構成:智能電機控制(SMC)將工業中的電機控制解決方案與集成架構相結合,最大化控制效率和電機利用率,使其易于啟動和操作。集成架構由Logix 控制平臺和FactoryTalk(R)的制造軟件集成套件組成

      優勢:加速系統設計、更高的績效、更好的預測和預防停工期的能力、對制造業過程變化的更快反應。該集成方式采集的有關電機績效的數據有助于改善操作各步驟中的決策,同時允許更高效的系統組態和監測。

      現狀與展望:現階段智能電機的服務領域也是非常的廣泛的,在機電行業中也是重要的設備之一,在數控機床的使用中,智能電機也能夠更好的發展,擴大自己的市場占有的份額從而推動著電氣行業的大力發展,對于滯留電機的發展已經形成了一個固定的模式,未來的電氣世界還是由智能電機來進行掌控。

      智能電機控制的功能:

      直接啟動:智能電機控制(SMC)提供完整的帶有 Device Net 通訊的 Allen-Bradley電子式電機保護繼電器,用戶可以實時的訪問狀態信息、點擊性能數據、診斷信息以及執行控制功能。

      軟啟動:智能電機控制(SMC)可以使由交流感應電機滿電壓啟動引起的磨損最小化,獲得更長的系統壽命,同時最小化突入電流引起的線電壓擾動,從而減少停工期。

      變速控制:對于客戶面臨的絕大多數應用場合和功率需求,智能電機控制(SMC)Allen-Bradley; Power Flex;系列交流變頻器提供解決方案。Power Flex 交流變頻器提供多種電機控制技術,從應用于最簡單控制的壓頻比控制方式,到 FORCE; 磁通矢量控制專利技術,為感應式電機和永磁電機提供了低速 / 零速性能。

      智能電機控制在行業中的應用:

      1、實現水和污水行業的關鍵績效和效率需求

      智能電機控制(SMC)的低壓和中壓應用解決方案可用于降低水泵的能耗、增加功率因數和使機械磨損最小化等

      2、報紙印刷行業的電子傳動軸解決方案

      使用Allen-Bradley(R)Power Flex(R) 700S 交流變頻器構成的新式電子傳動軸解決方案減少了印刷停工時間和幫助印刷行業的自動化投資實現最大化。該系統利用Power Flex 700S 交流變頻器的精確定位能力,取代了報紙印刷、金屬薄片成型和其它張力控制應用項目中已過時的機械傳動軸和齒輪箱。

      總結:

      使用智能電機的最大的好處就是可以進一步的促進生產的速度和效率,并且大大的節約了機器的消耗,從通信的方式進行全面的控制,這樣也可以指定模擬的動向,通過智能的系統將信息和數值進行傳遞,并且在一定程度上節省了用戶的設計空間,從性能上進行了徹底的優化工作,從根本上促進了設備的生產效率。

      智能電網:

      定義:

      智能電網通過傳感器把各種設備、資產連接到一起,形成一個客戶服務總線,對信息進行整合分析,以此來降低成本,提高整個電網的可靠性,使運行和管理達到最優化。國網公司定義其為統一的堅強智能電網,即以統一規劃、統一標準、統一建設為原則,以特高壓電網為骨干網架,各級電網協調發展,具有信息化、自動化、互動化特征的國家電網。


      基礎:集成的、高速雙向通信網絡

      技術:先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術 

      目標:電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全 

      主要特征:自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行 

      先進性:

      通信、信息和現代管理技術的綜合運用,將大大提高電力設備使用效率,降低電能損耗,使電網運行更加經濟和高效。

      實現實時和非實時信息的高度集成、共享與利用,為運行管理展示全面、完整和精細的電網運營狀態圖,同時能夠提供相應的輔助決策支持、控制實施方案和應對預案。

      建立雙向互動的服務模式,用戶可以實時了解供電能力、電能質量、電價狀況和停電信息,合理安排電器使用;電力企業可以獲取用戶的詳細用電信息,為其提供更多的增值服務。

      具有堅強的電網基礎體系和技術支撐體系,能夠抵御各類外部干擾和攻擊,能夠適應大規模清潔能源和可再生能源的接入。

      信息技術、傳感器技術、自動控制技術與電網基礎設施有機融合,可獲取電網的全景信息,及時發現、預見可能發生的故障。故障發生時,電網可以快速隔離故障,實現自我恢復,從而避免大面積停電的發生。

      柔性交/直流輸電、網廠協調、智能調度、電力儲能、配電自動化等技術的廣泛應用,使電網運行控制更加靈活、經濟,并能適應大量分布式電源、微電網及電動汽車充放電設施的接入。

      總結及展望:

      總結:當前,在應對國際金融危機的過程中,為搶占未來經濟、科技發展制高點,發達國家普遍加快當前,在應對國際金融危機的過程中,為搶占未來經濟、科技發展制高點,發達國家普遍加快了新能源、新材料、信息網絡技術、節能環保等高新技術產業和新興產業的發展。從能源供應的重要環節——電網的發展來說,則大力推進智能電網建設,智能化成為世界電網發展的新趨勢。

      展望:隨著人類進入工業化時代,一直發展到至今,化石燃料一直占據著我們生產生活中的主要地位。但隨著環境問題的日益突出,人類對能源的需求越來越多的轉向清潔能源方面,逐漸加大了對電能的利用。智能電力網絡系統規模也逐漸在擴大。

      結束語:

      物聯網技術仍處于他站之中,還有一些問題需要解決。由于物聯網采用的是無線通信,這種通信方式很容易導致信號被盜竊,從而對整個系統的安全產生影響。相信隨著物聯網的快速發展,這些問題會得到解決,物聯網將會在電氣工程得到廣泛的應用。


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