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物联网在电气工程中的应用

文章出处:巨川智能电气责任编辑:巨川智能电气查看手机网址
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人气:发表时间:2020-08-11 19:05:57【

物联网技术的起源和现状:

1、物联网的起源:

物联网的理念最早出现于比尔盖茨的《未来之路》,只是当时受限于无线网络、硬件及传感器设备的发展,并未引起世人的重视。1998年,美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想。1999年,“物联网”的概念由美国麻省理工学院的Auto-ID实验室首先提出。其提出的物联网概念以RFID技术和无线传感网络作为支撑。2005年,国际电信联盟(简称 ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出物联网的概念。报告指出,无所不在的“物联网”通信时代即将来临。世界上所有物体都可以通过互联网主动进行信息交换。射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。2008年11月,IBM提出“智慧地球”构想,从此作为经济振兴战略。

2物联网的现状::

2.1国外:

(1)美国

奥巴马总统就职后,很快回应了IBM所提出的“智慧地球”,将物联网发展计划上升为美国的国家级发展战略。该战略一经提出,在全球范围内得到极大的响应,物联网荣升2009年最热门话题之一。那么什么是“智慧地球”呢?就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且被普遍连接,形成所谓“物联网”,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合。智慧地球的核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式,以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。智慧方法具体来说是以以下三个方面为特征:更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化。

(2)欧盟

欧盟围绕物联网技术和应用做了不少创新性工作。2006年成立了专门进行RFID技术研究的工作组,该工作组于2008年发布了《2020年的物联网——未来路线》,2009年6月又发布《物联网——欧洲行动计划》,对物联网未来发展以及重点研究领域给出了明确的路线图。

(3)日韩

2009 年8月,日本将“u-Japan”升级为“i-Japan”战略,提出“智慧泛在”构想,将物联网列为国家重点战略之一,致力于构建个性化的物联网智能服务体系。2009年10月,韩国颁布《物联网基础设施构建基本规划》,将物联网市场确定为新的增长动力,并提出到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础设施,打造未来超一流信息通信技术强国的目标。

法国、德国、澳大利亚、新加坡等国也在加紧部署物联网发展战略,加快推进下一代网络基础设施的建设步伐。各国竞相争夺信息技术制高点。

2.2国内:

我国在物联网领域的布局较早,中科院早在十年前就启动了传感网研究。在物联网这个全新的产业中,我国技术研发水平处于世界前列,中国与德国、美国、韩国一起,成为国际标准制定的四个发起国和主导国之一,其影响力举足轻重。

2009年8月,温家宝总理在无锡视察时指出,要在激烈的国际竞争中,迅速建立中国的传感信息中心或“感知中国”中心。物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,并写入政府工作报告中。2009年11月,总投资超过2.76亿元的11个物联网项目在无锡成功签约。2010年工信部和发改委出台了系列政策支持物联网产业化发展,到2020年之前我国已经规划了3.86万亿元的资金用于物联网产业的发展。

当前,中国“十二五”规划已经明确提出,发展宽带融合安全的下一代国家基础设施,推进物联网的应用。物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事十大领域重点部署。

物联网的基本架构和关键技术:

物联网的定义:

物联网从提出到现在并没有一个明确的定义,目前较为全面的定义是中国物联网大会提出来的:凡是有传感器和传感技术而感知物体的特性,并按照固定的协议,实现任何时候物与人之间、人与物之间、人与人之间互联互通,实现智能化识别,定位跟踪管理的网络就是物联网。物联网是信息化和工业化发展、融合的必然结果,是信息技术和传感、控制技术融合的产物。物联网可视为互联网的扩展,从人与人之间的联系扩展到物与物,物与人之间的信息交换。

物联网的基本构架:

物联网的基本构架由三层组成,分别是感知层、网络层和应用层。

感知层由物体的传感器如射频识别装置(EFID)、红外线感应器、激光扫描仪等及其他的控制、执行设备联网组成。网络层包括接入网和通信网,包含了TCP/IP协议、互联网应用协议等各种通信协议和互联网协议栈。应用层是基于Web浏览器的应用,如智能电网、城市管理、智能家居、智能交通、工业监控等具体某一领域的引用方案。

物联网的关键技术:

(1) 感知层技术:

射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术,通过射频电子设备产生射频信号或空间电感耦合或电磁反向散射耦合自动识别目标对象并获取单个或多个对象信息数据,并且可以通过读写设备跟新对象信息数。完整的射频识别系统宝库RFID标签,RFID读写器和RFID数据管理系统。非接触式IC卡自动收费系统就属于典型的射频识别系统。

无线传感器网络是通过部署在敏感区域的传感器实现信息感知、数据处理并通过互联网、移动通信网等传输方式实现信息交互和传递,每个传感器网络节点可根据程序算法进行独立响应流程或将数据传输至综合数据分析系统实现智能决策和控制,并完成人与人、人与物、物与物的全面互联网络,具有低功耗、自组织、低速率、短距离等特点。

(2) 网络层技术

接受网关接受下属节点上传信息,实现信息汇集和组网控制并具有向下属街道转发信息的功能。由于下属节点所具有的组网和通信协议的差异性,接入网关还应该具有协议转换功能。IPv6技术地址长度为128bit,地址空间增大,解决了IPv4地址不足的难题,理论上可以满足物联网的需求。同时,该技术增强了对组播、对流以及自动配置的支持。与互联网中域名解析服务类似,对象名解析服务可以实现将一个物体定位在物联网某一具体地点的功能。

(3) 应用层技术

情景感知技术赋予物联网中的物体检测和感知它所处环境或状态变化的能力,帮助只能系统更好地跟踪环境和状态变化,提供优质的服务。

云计算式基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态扩展且经常是虚拟化的资源。

泛在网络是基于个人或社会需求,通过信息网络通信技术,实现个人与个人、个人与设备、设备与设备之间进行信息感知获取、数据传输存储、智能决策功能,为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。泛在网络不仅包括物与物之间的交流、还包括物与人、人与人之间通信,是全方位沟通物理世界与信息世界的桥梁。

物联网要实现物与物之间的信息交换,就需要让物体具有“智能”,能够将自身的信息识别采集并传递给其他物体或者上传数据中心。射频识别技术是一种自动识别技术,实现了物理世界和信息世界的无缝融合,可将其视为一种特殊的传感器。由于物体具有数量大,所处位置复杂等特点,采用有线通讯方式是不经济,不现实的,因此,通过构建无线传感器网络来交换信息成为必然。物联网除了实现物与物之间的交流,还包括了物与人、人与人之间的通信。泛在网络是物联网技术的更高级形式,他高度融合了信息通信网、互联网、物联网,可实现复杂网络类型、多行业特征、异构信息技术的深层次组织融合和系统运行。

物联网在电气工程中的应用:

物联网技术是当前世界新一轮科技和经济发展的战略制高点之一,在各个行业都有广泛的应用。目前物联网在电气工程领域中的主要作用集中在一下几个方面。

智能电机、楼宇智能照明控制系统路灯照明控制系统

优势:智能电机的开发和推广,大大推动电气行业的发展,国内智能电机的使用都已经达到国际上的先进的水平,并且这样的产业可以带动全国的相关产业的不断的发展,将自动化产业带上了一个新的高度,形成了新的发展趋势。

特点:智能电机具有加速系统设计、更高的绩效、更好的预测和预防停工期的能力、对制造业过程变化的更快反应

现状:现阶段智能电机的服务领域也是非常的广泛的,在机电行业中也是重要的设备之一。国内智能电机的使用都已经达到了国际上的先进的水平,将自动化产业带上一个新的高度。

智能电机控制:

概念:智能电机控制又名智能马达控制。即通过关键的过程信息之间的交流,提供较高的电机绩效,增强电机的保护功能,使通讯更好,启动更快。

构成:智能电机控制(SMC)将工业中的电机控制解决方案与集成架构相结合,最大化控制效率和电机利用率,使其易于启动和操作。集成架构由Logix 控制平台和FactoryTalk(R)的制造软件集成套件组成

优势:加速系统设计、更高的绩效、更好的预测和预防停工期的能力、对制造业过程变化的更快反应。该集成方式采集的有关电机绩效的数据有助于改善操作各步骤中的决策,同时允许更高效的系统组态和监测。

现状与展望:现阶段智能电机的服务领域也是非常的广泛的,在机电行业中也是重要的设备之一,在数控机床的使用中,智能电机也能够更好的发展,扩大自己的市场占有的份额从而推动着电气行业的大力发展,对于滞留电机的发展已经形成了一个固定的模式,未来的电气世界还是由智能电机来进行掌控。

智能电机控制的功能:

直接启动:智能电机控制(SMC)提供完整的带有 Device Net 通讯的 Allen-Bradley电子式电机保护继电器,用户可以实时的访问状态信息、点击性能数据、诊断信息以及执行控制功能。

软启动:智能电机控制(SMC)可以使由交流感应电机满电压启动引起的磨损最小化,获得更长的系统寿命,同时最小化突入电流引起的线电压扰动,从而减少停工期。

变速控制:对于客户面临的绝大多数应用场合和功率需求,智能电机控制(SMC)Allen-Bradley; Power Flex;系列交流变频器提供解决方案。Power Flex 交流变频器提供多种电机控制技术,从应用于最简单控制的压频比控制方式,到 FORCE; 磁通矢量控制专利技术,为感应式电机和永磁电机提供了低速 / 零速性能。

智能电机控制在行业中的应用:

1、实现水和污水行业的关键绩效和效率需求

智能电机控制(SMC)的低压和中压应用解决方案可用于降低水泵的能耗、增加功率因数和使机械磨损最小化等

2、报纸印刷行业的电子传动轴解决方案

使用Allen-Bradley(R)Power Flex(R) 700S 交流变频器构成的新式电子传动轴解决方案减少了印刷停工时间和帮助印刷行业的自动化投资实现最大化。该系统利用Power Flex 700S 交流变频器的精确定位能力,取代了报纸印刷、金属薄片成型和其它张力控制应用项目中已过时的机械传动轴和齿轮箱。

总结:

使用智能电机的最大的好处就是可以进一步的促进生产的速度和效率,并且大大的节约了机器的消耗,从通信的方式进行全面的控制,这样也可以指定模拟的动向,通过智能的系统将信息和数值进行传递,并且在一定程度上节省了用户的设计空间,从性能上进行了彻底的优化工作,从根本上促进了设备的生产效率。

智能电网:

定义:

智能电网通过传感器把各种设备、资产连接到一起,形成一个客户服务总线,对信息进行整合分析,以此来降低成本,提高整个电网的可靠性,使运行和管理达到最优化。国网公司定义其为统一的坚强智能电网,即以统一规划、统一标准、统一建设为原则,以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的国家电网。


基础:集成的、高速双向通信网络

技术:先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术 

目标:电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全 

主要特征:自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行 

先进性:

通信、信息和现代管理技术的综合运用,将大大提高电力设备使用效率,降低电能损耗,使电网运行更加经济和高效。

实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用,为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图,同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。

建立双向互动的服务模式,用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息,合理安排电器使用;电力企业可以获取用户的详细用电信息,为其提供更多的增值服务。

具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系,能够抵御各类外部干扰和攻击,能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入。

信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合,可获取电网的全景信息,及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时,电网可以快速隔离故障,实现自我恢复,从而避免大面积停电的发生。

柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用,使电网运行控制更加灵活、经济,并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。

总结及展望:

总结:当前,在应对国际金融危机的过程中,为抢占未来经济、科技发展制高点,发达国家普遍加快当前,在应对国际金融危机的过程中,为抢占未来经济、科技发展制高点,发达国家普遍加快了新能源、新材料、信息网络技术、节能环保等高新技术产业和新兴产业的发展。从能源供应的重要环节——电网的发展来说,则大力推进智能电网建设,智能化成为世界电网发展的新趋势。

展望:随着人类进入工业化时代,一直发展到至今,化石燃料一直占据着我们生产生活中的主要地位。但随着环境问题的日益突出,人类对能源的需求越来越多的转向清洁能源方面,逐渐加大了对电能的利用。智能电力网络系统规模也逐渐在扩大。

结束语:

物联网技术仍处于他站之中,还有一些问题需要解决。由于物联网采用的是无线通信,这种通信方式很容易导致信号被盗窃,从而对整个系统的安全产生影响。相信随着物联网的快速发展,这些问题会得到解决,物联网将会在电气工程得到广泛的应用。


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