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盤(pán)點(diǎn)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)熱門(mén)技術(shù)

更新時(shí)間:2021-04-27 10:40:26 點(diǎn)擊數:10364

01

儀器儀表智能化




在控制系統中,儀器儀表作為其構成元素,它的技術(shù)進(jìn)展是跟隨控制系統技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。目前,控制理論已發(fā)展到智能控制的新階段,自動(dòng)化儀器儀表的智能化就成為必然了。


儀器儀表的智能化主要歸結于微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應用。例如運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法、進(jìn)化計算、混沌控制等智能技術(shù),使儀器儀表實(shí)現高速、高效、多功能、高機動(dòng)靈活等性能。再如,運用模糊規則的模糊推理技術(shù),對事物的各種模糊關(guān)系進(jìn)行各種類(lèi)型的模糊決策。又如,用軟件實(shí)現信號濾波,如快速傅立葉變換、短時(shí)傅立葉變換、小波變換等技術(shù),是簡(jiǎn)化硬件,提高信噪比,改善傳感器動(dòng)態(tài)特性的有效途徑;還如,充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)強有力的自學(xué)習、自適應、自組織能力,聯(lián)想、記憶功能以及對非線(xiàn)性復雜關(guān)系的輸入、輸出間的黑箱映射特性等。


當前,我國智能化領(lǐng)域最薄弱、最需要發(fā)展的是儀器、儀表、傳感器等基礎產(chǎn)業(yè)。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高,我國儀器儀表行業(yè)也將發(fā)生新的變化并獲得新的發(fā)展。儀器儀表產(chǎn)品的高科技化,特別是智能化,將成為日后儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。基于智能控制理論基礎的智能儀器儀表目前大致有以下幾方面的進(jìn)展:


① 專(zhuān)家控制器

專(zhuān)家控制系統(expertcontrolsystem,ECS)是典型的基于知識控制系統,它是一個(gè)具有大量的專(zhuān)門(mén)知識與經(jīng)驗的程序系統。它運用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù),根據某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)家提供的知識和經(jīng)驗,進(jìn)行推理和判斷,模擬人類(lèi)專(zhuān)家的決策過(guò)程,解決那些需要人類(lèi)專(zhuān)家才能解決好的復雜問(wèn)題。



② 模糊控制器

模糊控制器(FC-FuzzyController),也稱(chēng)模糊邏輯控制器(FLC-FuzzyLogicController)。由于模糊控制技術(shù)具有處理不確定性、不精確性和模糊信息的能力,對無(wú)法建造數學(xué)模型的被控過(guò)程能進(jìn)行有效的控制,能解決一些用常規控制方法不能解決的問(wèn)題,因而模糊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。


③ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制器

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在工業(yè)控制系統中的應用提高了系統的信息處理能力,提高了系統的智能水平。所謂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制,簡(jiǎn)稱(chēng)神經(jīng)控制,它是指采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )這一技術(shù)對復雜的非線(xiàn)性對象進(jìn)行建模,或擔當控制器,或優(yōu)化計算,或進(jìn)行推理,或故障診斷等工作。


需要注意的是:在儀器儀表的智能化領(lǐng)域,無(wú)論是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )、模糊控制或混沌控制,盡管我國學(xué)者發(fā)表的文章很多,但是,嚴格細致和自主創(chuàng )新的工作與成果卻并不多。一些高端儀器儀表還仍然需要向國外進(jìn)口。


02

控制系統網(wǎng)絡(luò )化




 

21世紀的控制系統將是網(wǎng)絡(luò )與控制結合的系統。對網(wǎng)絡(luò )化控制系統(NetworkedControlSystem,簡(jiǎn)稱(chēng)NCS)的研究已經(jīng)成為當前自動(dòng)化領(lǐng)域中的前沿課題之一。隨著(zhù)通信網(wǎng)絡(luò )作為一個(gè)系統環(huán)節嵌入控制系統,這很大地豐富了工業(yè)控制技術(shù)和手段,使自動(dòng)化系統與工業(yè)控制系統在體系結構、控制方法以及人機協(xié)作方法等方面都發(fā)生了較大的變化,與此同時(shí)也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題,如控制與通信的耦合、時(shí)間延遲、信息調度方法、分布式控制方式與故障疹斷等。


這些新問(wèn)題的出現,使得自動(dòng)控制理論在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的控制方法和算法需要不斷地創(chuàng )新。隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展。傳統的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著(zhù)一場(chǎng)前所未有的變革,開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。控制系統的結構從最初的CCS(計算機集中控制系統),到第二代的DCS(分散控制系統),發(fā)展到現在流行的FCS(現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統)。對諸如圖像、語(yǔ)音信號等大數據量、高速率傳輸的要求,又催生了工業(yè)以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò )的結合。這種工業(yè)控制系統網(wǎng)絡(luò )化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標準工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)、無(wú)線(xiàn)技術(shù)等多種當今流行技術(shù)融合進(jìn)來(lái),從而拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間,帶來(lái)新的發(fā)展機遇。


以信息化帶動(dòng)工業(yè)化既是保持國民經(jīng)濟持續快速發(fā)展的有力保證,也是傳統工業(yè)體系結構轉型的重要手段。網(wǎng)絡(luò )技術(shù)作為信息技術(shù)的代表,其與工業(yè)控制系統的結合將極大地提高控制系統的水平,改變現有工業(yè)控制系統相對封閉的企業(yè)信息管理結構,適應現代企業(yè)綜合自動(dòng)化管理的需要。網(wǎng)絡(luò )技術(shù)推動(dòng)了傳統工業(yè)控制系統結構的變革。


將現場(chǎng)總線(xiàn)、以太網(wǎng)、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)、嵌入式技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)融合到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )中,在保證控制系統原有的穩定性、實(shí)時(shí)性等要求的同時(shí),又增強了系統的開(kāi)放性和互操作性,提高了系統對不同環(huán)境的適應性。在經(jīng)濟全球化的今天,這一工業(yè)控制系統網(wǎng)絡(luò )化及其構成模式使得企業(yè)能夠適應空前激烈的市場(chǎng)競爭,有助于加快新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、降低生產(chǎn)成本、完善信息服務(wù),具有廣闊的發(fā)展前景。


03

工業(yè)通信無(wú)線(xiàn)化




 

工業(yè)通信無(wú)線(xiàn)化也是當前自動(dòng)化領(lǐng)域探討比較熱烈的問(wèn)題。工業(yè)控制企業(yè)已經(jīng)逐步認識到無(wú)線(xiàn)技術(shù)將是下一個(gè)技術(shù)騰飛的基礎,將能夠大大提升工廠(chǎng)效能與保證用戶(hù)的安全。


隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)日益普及,各家供應商正在提供一系列軟硬件技術(shù),協(xié)助在產(chǎn)品中增加通信功能。這些技術(shù)支持的通信標準包括藍牙、Wi-Fi、GPS(全球定位系統)、5G以及WiMax(全球微波接入互操作)。然而,在增加無(wú)線(xiàn)連網(wǎng)功能時(shí),芯片及相關(guān)軟件的選擇(假設所選擇的實(shí)現能正常工作,并滿(mǎn)足相關(guān)的論證要求)可能極具挑戰性。即使做出了一個(gè)可行的設計,但如果未優(yōu)化性能、功耗、成本和規模,則可能不會(huì )取得市場(chǎng)上的成功。今天最熱門(mén)的東西未必是最好的通信標準和客戶(hù)需要的東西,因此選擇的軟硬件實(shí)現方案應有這樣的特點(diǎn):每個(gè)新一代產(chǎn)品都不需要徹底從頭開(kāi)始適應。


無(wú)線(xiàn)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域的趨勢是毋庸置疑的,特別是在有線(xiàn)無(wú)法使用的場(chǎng)合,更顯得無(wú)線(xiàn)具有優(yōu)勢。但是這要求無(wú)線(xiàn)技術(shù)本身性能的完善,可靠性、通信的確定性與實(shí)時(shí)性、兼容性等性能有待加強。所以,在近期,工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)仍將是傳統有線(xiàn)技術(shù)的延伸,大多數儀表以及自動(dòng)化產(chǎn)品會(huì )嵌入無(wú)線(xiàn)傳輸的功能。國際上對于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的研究還處于起步階段,相關(guān)的標準也在制訂之中,我國的科研機構也參與其中,這在一定程度上推動(dòng)了無(wú)線(xiàn)技術(shù)在我國流程工業(yè)的發(fā)展。


由于無(wú)線(xiàn)技術(shù)尚處于研發(fā)與不斷完善的階段,功能畢竟有限。而且在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域,還沒(méi)有公認的且證實(shí)的在實(shí)時(shí)控制中應用較為可靠的無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準,在工作循環(huán)時(shí)間很短的情況下,這表現得尤為突出。所以,目前無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應用范圍只能局限在數據的采集與監控方面(SCADA)。


但隨著(zhù)可靠性的增強,無(wú)線(xiàn)技術(shù)將會(huì )有更廣范圍的應用。無(wú)線(xiàn)通訊將在未來(lái)的若干年快速地增長(cháng),但無(wú)線(xiàn)并不會(huì )替代有線(xiàn)通訊。有線(xiàn)具有穩定、可靠和安全性并不會(huì )消失,無(wú)線(xiàn)只有在有線(xiàn)不方便實(shí)現或成本高的地方去替代有線(xiàn)方案。如果無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)有機地結合起來(lái),雙方發(fā)揮各自的優(yōu)勢,將為增長(cháng)生產(chǎn)率提供新的方案。在適宜有線(xiàn)通訊的地方使用有線(xiàn)通訊,在適宜無(wú)線(xiàn)通訊的地方使用無(wú)線(xiàn)通訊,由于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通訊都支持TCP/IP協(xié)議,這兩種通訊方式能夠有機地結合在一起,發(fā)揮各自特長(cháng),并能夠提高生產(chǎn)效率。


04

物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化




 

當今,物聯(lián)網(wǎng)可謂是在各大媒體出鏡率最高、而且與“智能”聯(lián)系密切的名詞之一。從“管理、控制、智能”的角度來(lái)看,其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)自動(dòng)化是一脈相承的,工業(yè)自動(dòng)化包含采集、傳輸、計算等環(huán)節,而物聯(lián)網(wǎng)是全面感知、可靠傳遞、智慧處理,兩者是相通的。


物聯(lián)網(wǎng)只是更加強調無(wú)線(xiàn)、海量采訪(fǎng)、智能計算。物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化技術(shù)是有著(zhù)十分密切地聯(lián)系的。兩者的區別是:“傳統的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )多是通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現,網(wǎng)絡(luò )連接范圍較窄,而在傳感網(wǎng)絡(luò )中,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )成為主要的傳輸路徑,且連接的范圍更加廣泛。”一脈相承的天性,讓工業(yè)自動(dòng)化廠(chǎng)商尋機物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是順其自然的事情。


物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域,諸如:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流、供應鏈、倉儲的管理系統的應用;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)制品生產(chǎn)、追蹤、進(jìn)度監管、質(zhì)量追蹤等方面的應用;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在貴重商品、危險品的監管、追

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