物联网在钢铁企业信息化建设中的应用

物联网技术作为IT行业又一次重大的变革，为不同行业建设提供了可行的解决方案。本文主要对钢铁行业信息化建设中所产生的问题进行了阐述，结合物联网技术解决信息化进程中所面临的难题，应用物联网实现钢铁生产过程中的进—产—销过程中数据的实时性，从而实现我国钢铁行业从制造大户迈向智造大户。

引言

物联网（Internet of Things, IoT）作为因特网后的又一个重要产业革命，已经纳入各国未来国民经济建设的一个关键方向，据相关部门预测，未来几年物联网的市场份额将突破万亿。

物联网技术的体系结构当前尚未得到国际标准化组织公布，为此国内外学者对于该技术体系结构的设计众说纷纭，但总体上可归结为以下三层—感知层、网络层及应用层，如图1所示为当前业界常用的物联网体系结构。

图1 物联网体系结构

由图1可见，物联网感知层的主要设备包含有各种传感器、RFID、智能终端等，这些设备的主要功能就是完成用户或者系统所需数据的采集以及提取，如图2为常见的传感器网络拓扑图，图左边为传感器网络中常采用的一个簇结构，其中图中的S表示传感器，各个传感器间可采用自组网的方式相互连接，从而通过接入网关连接到Internet；RFID技术又称为射频标签，即带有存储器的电子标签，它主要是通过射频的方式将RFID中的信息传递给所需信息的载体或者客户，而这种信息的传递主要是通过射频间的通信完成的；而智能终端主要包含有智能手机、PDA、iPad等具有智能系统同时带有无线射频的通讯设备，用户可以通过移动网络厂商将数据或者信息远程传送到指定的Server。

图2 传感器网络结构图

物联网网络层又可称为是传输层，该层的主要功能是完成数据与信息的传递，常见的接入技术包括有线接入以及无线接入，有线接入技术已经十分成熟，该接入技术以其高稳定性早已被广泛应用到日常生活中，而无线接入技术由于其低廉的部署价格以及接入的便捷性在业界也十分活跃，当前兴起的3G/TD-LTE技术已经被广大消费者所认可。云计算技术的兴起，为物联网用户提供了更为方便快捷的信息传递方式，总之，物联网技术中的网络接入层的主要任务就是完成用户或者系统对感知层数据以及信息的获取。

而物联网应用层主要实现用户根据不同的感知数据做出不同的反应，当前市场上兴起的云电视、智能医疗系统、智能家居以及数字地球等等都是物联网技术在日常生活中的广泛应用；物联网应用层的主要作用就是感知层数据获取信息的应用。

钢铁行业信息化发展现状

国家工业与信息化部公布的<钢铁“十二五”规划>[3]中明确指出实现两化融合—即信息化推进工业化，工业化带动信息化，信息化的建设对于现代钢铁企业的发展起着重要的作用，而我国钢铁产业的信息化建设相比国外先进钢铁企业还有很长的一段路要走，因此加大推进信息化建设是我国钢铁行业由当前的制造大户迈向智造大户推进的必经之路。

当前业界对于钢铁企业信息化建设主要包含PCS、MES、ERP以及管理决策支持系统（DSS）。PCS称为过程控制系统，它主要完成现场各种传感器数据的获取、通过PLC完成生产制造过程的控制；而MES称为制造执行系统，主要向下针对生产车间中的生产控制接口，向上连接销售以及原料等的ERP系统，完成整个生产过程的优化管理，对于MES来说数据是最重要的，因此MES系统连接着PCS系统，而PCS系统连接着大量的Sensor、RFID、PC等设备，工作人员通过远程控制的方式即可获取生产过程中所需的各种参数，国内钢铁企业基本上都实现了MES的上线，并且MES系统已经对企业生产产生了巨大的经济效益；ERP又称为企业资源管理系统，它主要是将企业生产以及管理过程中产生的各种数据以及信息通过ERP系统完成记录、分析以及获取。ERP系统作为企业信息化建设中与用户交互的接口，因此它在企业信息化建设过程中的地位是不言而喻的，当前关于ERP的使用国内多数大型钢铁企业均已上线。当前对于ERP系统的设计主要分为自主开发以及引进业界成熟的解决方案，SAP公司提供了全球最成熟的ERP解决方案，然而由于我国当前传统行业管理的落后性往往跟不上SAP系统中所提供的先进的管理方案，因此需要技术人员重新按照符合自身管理流程的方案来重新对ERP系统进行开发设计，这样就造成了资源的浪费。

物流业对于传统的资源性行业来说是非常重要的，现代物流业的形成提供了实时、准确的数据，将给企业决策人员提供了可靠地信息服务，然而当前国内钢铁行业的物流体系还未实现智能化，因此如何解决钢铁物流与生产过程的相连是企业信息化建设所面临的一项关键技术。

物联网技术给钢铁行业信息化建设所提供的机会

当前钢铁企业主要以三级MES以及四级ERP作为自动化与信息化建设相结合的主要接口，而当前我国钢铁企业信息化集成程度相比国外先进钢铁来说还相对较低，如在原材料的购入、入库、以及原材料使用到成品的销售的过程中，如何能够实时的跟踪记录、获取原材料所需购入的类型数量以及如何实现产量的实时调控避免造成库存量的增加，这些都需要实时的获取进货—生产—销售过程中的各种信息资源，物联网技术的提出为该问题提出了解决的可能性。

物联网技术的核心思想是智能感知以及智能控制，如图4所示为当前钢铁企业信息化建设模型图，图中所示的物联网的三层结构分别对应钢铁信息化建设中的PCS、网络传输以及MES和ERP。在钢铁生产中从原料的购进到产品的加工将产生大量的数据信息，这些信息对于生产决策人员是十分重要的，如在原材料购进到炼钢的过程中将产生原材料的比例参数以及产出钢的各种性能参数，这些参数的记录将影响以后相同钢坯生产。同时在热扎及冷扎过程中需要根据生产过程中的参数扎出不同类型的钢坯，这些信息通过PCS系统传输到MES以及ERP系统。采用物联网技术在如图4中所示的感知层，可以采用当前业界广泛兴起的工业无线传感器网络技术[1]，采用无线传感器网络多信道技术可以实现同时多个节点的同时通信，这样相比当前使用的有线传输来说理论上降低了传输开销，能够实现多个传感器数据的同时传输，降低了网络传输延迟，提高了生产过程中参数数据获取的实时性。如图3所示为现场数据采集系统模拟图，图3(a)为当前采用的有线方式的数据采集模式，如图所示采集3个传感器的数据需要3个时隙，而采用图3(b)的方式在一个时隙就可完成3个传感器的数据采集。

图3 生产现场数据采集模拟图

引入物联网技术企业决策人员可以通过智能终端实时地获取生产或者销售过程中的各种关键信息，这样就减少在错误决策下造成的损失，如图4所示的用户可以通过终端连接ERP系统获取各种生产以及销售的数据信息，同时可以通过MES下达各种生产的计划，这样就可以实现进货—生产—销售的实时监控。

物联网技术对现代物流业的发展提供了一个契机，通过将RFID技术、传感器技术、GPS技术等相结合形成一个智能化的物流管理系统，而对于钢铁行业来说，物流业的提高关系着决策者对于生产销售的实时管控，管理者可以通过实时的销售情况决定当前生产的产品类型以及型号，同时根据当前库存的信息决定进货的数量，这样就避免了生产过程中可能造成的原材料不足或者产量过剩的情况，从而实现进货—生产—销售的平衡[2]。

图4 钢铁信息化建设模型图

总结

信息化建设对于钢铁行业摆脱当前低迷市场来说是必走之路，如何利用物联网技术实现数字钢厂是当前企业以及学者研究的重点，也是使企业信息化建设迈向一个新的舞台的可靠解决方案。本文从当前钢铁行业信息化建设的现状做了分析，并简要介绍了物联网技术在钢铁行业信息化建设中所能起到的作用。(文/中北大学信息与通信工程学院 李高亮; 太原钢铁集团公司自动化公司 康世龙)