物联网在陶瓷行业中的运用

引 言

物联网（Internet of Things，IoT）被称为继计算机、互联网之后的世界信息产业发展的第三次浪潮。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。其包括两层含义 ：第一，物联网是在互联基础上的延伸和扩展，其核心和基础仍然是互联网；第二，其用户端扩展到了任何物品与物品之间，使其可以进行信息交换和通讯 [1]。IoT 通过无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）、智能数字采集器等信息传感设备，按约定的协议把物品与互联网连接起来进行数据采集和通讯， 以实现物与物、物与人之间的智能作用。

目前，物联网的应用越来越广泛，已经融入了农业、智能家居、建筑能耗、工业自动化等领域。如文献 [2] 提出了运用物联网解决“三农”问题是一个很好的发展机遇，通过实时采集和处理农业现场、养殖业及响应病虫害的各种信息，从而进行科学预测，帮助农民减灾、抗灾，进行科学种植，进而提高农业的综合效益 ；文献 [3] 提出了环保物联网的概念， 并通过多个城市目前环保物联网监测平台的分析，证实了物联网在污染防治、生态保护等环境领域确实发挥着巨大作用； 文献 [4] 进行了物联网技术在智能家居领域的试验，通过布置在房间的多种无线传感器感知居室不同部分的微观变化，从而对家庭环境进行自动控制，提供智慧、舒适的居住环境。

1 物联网技术在陶瓷行业中的应用研究

中国是世界陶瓷产量最大的国家，也是陶瓷出口量最大的国家 [5]，但是陶瓷行业的发展始终没有摆脱粗放型、信息化水平较落后的发展模式，处于高能耗、高消耗、高污染、低效益的“三高一低”的发展状态。物联网技术在陶瓷行业中的应用将带动整个陶瓷行业向节约化、精细化、自动化转型， 进一步推进传统产业的节能减排、低碳环保工作，实现陶瓷行业的可持续发展。物联网在传统陶瓷领域的运用包括窑炉耗电量的监测、窑炉温度的监测、窑炉转速的监测以及窑炉余热回收的监测等，并对每一批窑炉的产品质量、采集的数据进行对比，分析并得出最理想的数据，从而进行科学预测，帮助传统陶瓷行业减少能耗、降低成本，使陶瓷行业保持稳定与可持续发展。

2 基于ZigBee无线网络构建的陶瓷行业能耗监测系统

2.1 系统整体架构

基于ZigBee无线网络构建的陶瓷行业能耗监测系统主要由分布式实时数据采集层、数据网络管理层和数据展示层三部分组成。基于ZigBee无线网络构建的陶瓷行业能耗监测系统图如图1所示。智能数据采集表组成的传感网络布置在陶瓷生产线的各个待测位置，用于采集现场能源设备的过程参数， 如窑炉的温度、转速，供电网络的电压、电流、功率等参数。各表采集到的数据经由ZigBee 无线传输模块通过Modbus- RTU通讯协议上传到数据采集网关（Gateway），网关通过协议解码和数据的预处理之后，再通过 TCP/IP协议上传至远程服务器，实现数据的存储、处理和展示。

2.2 分布式实时数据采集层

由于在陶瓷生产线需要测量的参数不同，如供电网电压、总功率、窑炉的温度、窑炉的转速等。虽然参数不同，但是智能数据采集表都具有统一的RS 485 通讯接口，内嵌标准的Modbus-RTU 通讯协议，这样就可以采用相同协议的通讯网关， 网关将对不同的参数进行预处理，然后上传到服务器。

2.3 数据网络管理层

数据管理层是支撑整个系统的重要部分，管理层负责将网关传送上来的数据进行分类、汇总、分析和存储。网关传送上来的数据包经过解析之后，采用后台处理的方式对数据进行分解和存储。同样，对数据按照指标计算模型进行计算分析也采用后台处理方式，这样做的好处是既不影响上传数据的传送速度，也不会影响前台的查询速度。

2.4 数据展示层

数据展示层是将后台按照一定计算、统计模型整理好的数据在用户端展示。可以根据不同用户的不同需求，展示不同的数据模型，如柱状图、扇形图、折线图等。用户只需通过个人电脑或手机浏览器输入用户名和密码就可以随时随地查看生产线的实时耗能状况、耗能高峰期以及产能比等。

3 陶瓷物联网应用未来的发展战略

加速促进物联网在陶瓷行业领域的应用，必须遵循“自主创新、集成应用、节能减排”的发展模式。一是要紧紧围绕提高陶瓷行业的效益，重点突破传统陶瓷行业“高能耗、高消耗、高污染”的发展状态，构建适用于推广应用的重大创新技术 ；二是要培育一批陶瓷行业物联网相关的新兴发展产业， 在提供关键技术支撑的同时加快转变陶瓷行业发展模式，提高产品质量和生产率，节能减排，增强我国陶瓷行业在国际的竞争力和可持续发展能力。

4 结 语

本文利用物联网技术，重点讲述了一套基于 ZigBee 无线网络构建的陶瓷行业的能耗监测系统，该系统在陶瓷行业的应用说明了物联网技术对于改变传统陶瓷行业的发展状态是可行的。因此在不久的将来，陶瓷行业要利用好物联网技术，着眼物联网在陶瓷行业的发展战略，使陶瓷行业得以持续发展。