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(shù)：10177

在控制系統(tǒng)中，儀器儀表作為其構(gòu)成元素，它的技術(shù)進(jìn)展是跟隨控制系統(tǒng)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?dú)w結(jié)于微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。例如運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化計(jì)算、混沌控制等智能技術(shù)，使儀器儀表實(shí)現(xiàn)高速、高效、多功能、高機(jī)動(dòng)靈活等性能。再如，運(yùn)用模糊規(guī)則的模糊推理技術(shù)，對(duì)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(xiàn)信號(hào)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(qiáng)有力的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織能力，聯(lián)想、記憶功能以及對(duì)非線性復(fù)雜關(guān)系的輸入、輸出間的黑箱映射特性等。

當(dāng)前，我國(guó)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(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高，我國(guó)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(chǔ)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(tǒng)(expertcontrolsystem，ECS)是典型的基于知識(shí)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)具有大量的專(zhuān)門(mén)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。它運(yùn)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，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(fù)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(duì)無(wú)法建造數(shù)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(guī)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(yīng)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(tǒng)中的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的信息處理能力，提高了系統(tǒng)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(duì)復(fù)雜的非線性對(duì)象進(jìn)行建模，或擔(dān)當(dāng)控制器，或優(yōu)化計(jì)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(guó)學(xué)者發(fā)表的文章很多，但是，嚴(yán)格細(xì)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(guó)外進(jìn)口。

21世紀(jì)的控制系統(tǒng)將是網(wǎng)絡(luò)與控制結(jié)合的系統(tǒng)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NetworkedControlSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)NCS)的研究已經(jīng)成為當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域中的前沿課題之一。隨著通信網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)嵌入控制系統(tǒng)，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(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)、控制方法以及人機(jī)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(diào)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(xiàn)，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。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革，開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的CCS（計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)），到第二代的DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）。對(duì)諸如圖像、語(yǔ)音信號(hào)等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊?，又催生了工業(yè)以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。這種工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無(wú)線技術(shù)等多種當(dāng)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(jī)遇。

以信息化帶動(dòng)工業(yè)化既是保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的有力保證，也是傳統(tǒng)工業(yè)體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(tǒng)的結(jié)合將極大地提高控制系統(tǒng)的水平，改變現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)相對(duì)封閉的企業(yè)信息管理結(jié)構(gòu)，適應(yīng)現(xiàn)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(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。

將現(xiàn)場(chǎng)總線、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(tǒng)原有的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等要求的同時(shí)，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的開(kāi)放性和互操作性，提高了系統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，這一工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化及其構(gòu)成模式使得企業(yè)能夠適應(yīng)空前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，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。

工業(yè)通信無(wú)線化也是當(dāng)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(rèn)識(shí)到無(wú)線技術(shù)將是下一個(gè)技術(shù)騰飛的基礎(chǔ)，將能夠大大提升工廠效能與保證用戶(hù)的安全。

隨著無(wú)線技術(shù)日益普及，各家供應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)包括藍(lán)牙、Wi-Fi、GPS（全球定位系統(tǒng)）、5G以及WiMax（全球微波接入互操作）。然而，在增加無(wú)線連網(wǎng)功能時(shí)，芯片及相關(guān)軟件的選擇（假設(shè)所選擇的實(shí)現(xiàn)能正常工作，并滿(mǎn)足相關(guān)的論證要求）可能極具挑戰(zhàn)性。即使做出了一個(gè)可行的設(shè)計(jì)，但如果未優(yōu)化性能、功耗、成本和規(guī)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(biāo)準(zhǔn)和客戶(hù)需要的東西，因此選擇的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)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(yīng)。

無(wú)線技術(shù)進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域的趨勢(shì)是毋庸置疑的，特別是在有線無(wú)法使用的場(chǎng)合，更顯得無(wú)線具有優(yōu)勢(shì)。但是這要求無(wú)線技術(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(qiáng)。所以，在近期，工業(yè)無(wú)線技術(shù)仍將是傳統(tǒng)有線技術(shù)的延伸，大多數(shù)儀表以及自動(dòng)化產(chǎn)品會(huì)嵌入無(wú)線傳輸?shù)墓δ?。?guó)際上對(duì)于無(wú)線技術(shù)的研究還處于起步階段，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也在制訂之中，我國(guó)的科研機(jī)構(gòu)也參與其中，這在一定程度上推動(dòng)了無(wú)線技術(shù)在我國(guó)流程工業(yè)的發(fā)展。

由于無(wú)線技術(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(rèn)的且證實(shí)的在實(shí)時(shí)控制中應(yīng)用較為可靠的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在工作循環(huán)時(shí)間很短的情況下，這表現(xiàn)得尤為突出。所以，目前無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用范圍只能局限在數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控方面（SCADA）。

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

當(dāng)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(jì)算等環(huán)節(jié)，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(qiáng)調(diào)無(wú)線、海量采訪、智能計(jì)算。物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化技術(shù)是有著十分密切地聯(lián)系的。兩者的區(qū)別是：“傳統(tǒng)的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)多是通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)連接范圍較窄，而在傳感網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為主要的傳輸路徑，且連接的范圍更加廣泛?！币幻}相承的天性，讓工業(yè)自動(dòng)化廠商尋機(jī)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是順其自然的事情。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流、供應(yīng)鏈、倉(cāng)儲(chǔ)的管理系統(tǒng)的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)制品生產(chǎn)、追蹤、進(jìn)度監(jiān)管、質(zhì)量追蹤等方面的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在貴重商品、危險(xiǎn)品的監(jiān)管、追