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盘点工业自动化行业十大热门技术

时间:08-08 14:07

当前我国正处于工业化中期,工业化、信息化、现代化、市场化和国际化“五化”息息相关。信息化及其产业化将会有很好的发展前景,企业应当注意国家提出的工业化的新需求、集成、生产性服务、节能减排等可能是新的技术增长点,注意软件技术的新趋势,还可能需要新的思维(交叉、基础、智能空间等)。同时,节能降耗仍然是“十二五”期间的重点问题,这些问题,我们都要用“十二五”的眼光和智慧去认真对待。


在自动化技术的促进下,工业正在朝着数字化、智能化、网络化与综合集成化的方向发展,制造业的工厂正不断朝着高度一体化、集成化的进程前行。而未来,随着人们应用高端自动化技术的手段越来越成熟,我们能看到更多的可能发生!


一、仪器仪表智能化


在控制系统中,仪器仪表作为其构成元素,它的技术进展是跟随控制系统技术的发展而发展的。目前,控制理论已发展到智能控制的新阶段,自动化仪器仪表的智能化就成为必然了。仪器仪表的智能化主要归结于微处理器和人工智能技术的发展与应用。例如运用神经网络、遗传算法、进化计算、混沌控制等智能技术,使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能。再如,运用模糊规则的模糊推理技术,对事物的各种模糊关系进行各种类型的模糊决策。又如,用软件实现信号滤波,如快速傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换等技术,是简化硬件,提高信噪比,改善传感器动态特性的有效途径;还如,充分利用人工神经网络技术强有力的自学习、自适应、自组织能力,联想、记忆功能以及对非线性复杂关系的输入、输出间的黑箱映射特性等。


当前,我国智能化领域薄弱、需要发展的是仪器、仪表、传感器等基础产业。随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高,我国仪器仪表行业也将发生新的变化并获得新的发展。仪器仪表产品的高科技化,特别是智能化,将成为日后仪器仪表科技与产业的发展主流。基于智能控制理论基础的智能仪器仪表目前大致有以下几方面的进展:


专家控制器


专家控制系统(expertcontrolsystem,ECS)是典型的基于知识控制系统,它是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统。它运用人工智能技术和计算机技术,根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,解决那些需要人类专家才能解决好的复杂问题。


模糊控制器


模糊控制器(FC-FuzzyController),也称模糊逻辑控制器(FLC-FuzzyLogicController)。由于模糊控制技术具有处理不确定性、不精确性和模糊信息的能力,对无法建造数学模型的被控过程能进行有效的控制,能解决一些用常规控制方法不能解决的问题,因而模糊控制在工业控制领域得到了广泛的应用。


神经网络控制器


神经网络在工业控制系统中的应用提高了系统的信息处理能力,提高了系统的智能水平。所谓神经网络控制,简称神经控制,它是指采用神经网络这一技术对复杂的非线性对象进行建模,或担当控制器,或优化计算,或进行推理,或故障诊断等工作。


需要注意的是:在仪器仪表的智能化领域,无论是神经元网络、模糊控制或混沌控制,尽管我国学者发表的文章很多,但是,严格细致和自主创新的工作与成果却并不多。一些高端仪器仪表还仍然需要向国外进口。


二、控制系统网络化


21世纪的控制系统将是网络与控制结合的系统。对网络化控制系统(NetworkedControlSystem,简称NCS)的研究已经成为当前自动化领域中的前沿课题之一。随着通信网络作为一个系统环节嵌入控制系统,这很大地丰富了工业控制技术和手段,使自动化系统与工业控制系统在体系结构、控制方法以及人机协作方法等方面都发生了较大的变化,与此同时也带来了一些新的问题,如控制与通信的耦合、时间延迟、信息调度方法、分布式控制方式与故障疹断等。这些新问题的出现,使得自动控制理论在网络环境下的控制方法和算法需要不断地创新。随着计算机技术、通信技术和网络技术的不断发展。传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革,开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统),到第二代的DCS(分散控制系统),发展到现在流行的FCS(现场总线控制系统)。对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求,又催生了工业以太网与控制网络的结合。这种工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来,从而拓展了工业控制领域的发展空间,带来新的发展机遇。


以信息化带动工业化既是保持国民经济持续快速发展的有力保证,也是传统工业体系结构转型的重要手段。网络技术作为信息技术的代表,其与工业控制系统的结合将极大地提高控制系统的水平,改变现有工业控制系统相对封闭的企业信息管理结构,适应现代企业综合自动化管理的需要。网络技术推动了传统工业控制系统结构的变革。将现场总线、以太网、多种工业控制网络互联、嵌入式技术和无线通信技术融合到工业控制网络中,在保证控制系统原有的稳定性、实时性等要求的同时,又增强了系统的开放性和互操作性,提高了系统对不同环境的适应性。在经济全球化的今天,这一工业控制系统网络化及其构成模式使得企业能够适应空前激烈的市场竞争,有助于加快新产品的开发、降低生产成本、完善信息服务,具有广阔的发展前景。


中共中央、国务院近日印发了2011年第一号文件:《关于加快水利改革发展的决定》。针对近年来,我国频繁发生的严重水旱灾害造成重大生命财产损失,暴露出农田水利等基础设施十分薄弱,必须大力加强水利建设。《决定》提出的目标任务:力争通过5年到10年努力,从根本上扭转水利建设明显滞后的局面。到2020年,基本建成防洪抗旱减灾体系,基本建成水资源合理配置和高效利用体系,基本建成水资源保护和河湖健康保障体系,基本建成有利于水利科学发展的制度体系。在这项重大任务中,需要自动化技术与信息化技术加以支持,将会有许多工业控制网络需要建设与创新。


三、工业通信无线化


工业通信无线化也是当前自动化领域探讨比较热烈的问题。根据专家分析,到2013年,全球工厂自动化中的无线通信系统应用将每年增加约40%。工业控制企业已经逐步认识到无线技术将是下一个技术腾飞的基础,将能够大大提升工厂效能与保证用户的安全。


随着无线技术日益普及,各家供应商正在提供一系列软硬件技术,协助在产品中增加通信功能。这些技术支持的通信标准包括蓝牙、Wi-Fi、GPS(全球定位系统)、LTE(长期演进)以及WiMax(全球微波接入互操作)。然而,在增加无线连网功能时,芯片及相关软件的选择(假设所选择的实现能正常工作,并满足相关的论证要求)可能极具挑战性。即使做出了一个可行的设计,但如果未优化性能、功耗、成本和规模,则可能不会取得市场上的成功。今天热门的东西未必是好的通信标准和客户需要的东西,因此选择的软硬件实现方案应有这样的特点:每个新一代产品都不需要彻底从头开始适应。


无线技术进入工业领域的趋势是毋庸置疑的,特别是在有线无法使用的场合,更显得无线具有优势。但是这要求无线技术本身性能的完善,可靠性、通信的确定性与实时性、兼容性等性能有待加强。所以,在近期,工业无线技术仍将是传统有线技术的延伸,大多数仪表以及自动化产品会嵌入无线传输的功能。国际上对于无线技术的研究还处于起步阶段,相关的标准也在制订之中,我国的科研机构也参与其中,这在一定程度上推动了无线技术在我国流程工业的发展。


由于无线技术尚处于研发与不断完善的阶段,功能毕竟有限。而且在自动化技术领域,还没有公认的且证实的在实时控制中应用较为可靠的无线技术标准,在工作循环时间很短的情况下,这表现得尤为突出。所以,目前无线技术的应用范围只能局限在数据的采集与监控方面(SCADA)。但随着可靠性的增强,无线技术将会有更广范围的应用。无线通讯将在未来的若干年快速地增长,但无线并不会替代有线通讯。有线具有稳定、可靠和安全性并不会消失,无线只有在有线不方便实现或成本高的地方去替代有线方案。如果无线与有线有机地结合起来,双方发挥各自的优势,将为增长生产率提供新的方案。在适宜有线通讯的地方使用有线通讯,在适宜无线通讯的地方使用无线通讯,由于有线和无线通讯都支持TCP/IP协议,这两种通讯方式能够有机地结合在一起,发挥各自特长,并能够提高生产效率。

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