盤點工業自動化行業熱門技術

更新時間：2021-04-27 10:40:26　點擊數：10207

在控制系統中，儀器儀表作為其構成元素，它的技術進展是跟隨控制系統技術的發展而發展的。目前，控制理論已發展到智能控制的新階段，自動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的發展與應用。例如運用神經網絡、遺傳算法、進化計算、混沌控制等智能技術，使儀器儀表實現高速、高效、多功能、高機動靈活等性能。再如，運用模糊規則的模糊推理技術，對事物的各種模糊關系進行各種類型的模糊決策。又如，用軟件實現信號濾波，如快速傅立葉變換、短時傅立葉變換、小波變換等技術，是簡化硬件，提高信噪比，改善傳感器動態特性的有效途徑；還如，充分利用人工神經網絡技術強有力的自學習、自適應、自組織能力，聯想、記憶功能以及對非線性復雜關系的輸入、輸出間的黑箱映射特性等。

當前，我國智能化領域最薄弱、最需要發展的是儀器、儀表、傳感器等基礎產業。隨著科學技術的飛速發展和自動化程度的不斷提高，我國儀器儀表行業也將發生新的變化并獲得新的發展。儀器儀表產品的高科技化，特別是智能化，將成為日后儀器儀表科技與產業的發展主流。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展：

① 專家控制器

專家控制系統(expertcontrolsystem，ECS)是典型的基于知識控制系統，它是一個具有大量的專門知識與經驗的程序系統。它運用人工智能技術和計算機技術，根據某領域一個或多個專家提供的知識和經驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的復雜問題。

② 模糊控制器

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

③ 神經網絡控制器

神經網絡在工業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。所謂神經網絡控制，簡稱神經控制，它是指采用神經網絡這一技術對復雜的非線性對象進行建模，或擔當控制器，或優化計算，或進行推理，或故障診斷等工作。

需要注意的是：在儀器儀表的智能化領域，無論是神經元網絡、模糊控制或混沌控制，盡管我國學者發表的文章很多，但是，嚴格細致和自主創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口。

21世紀的控制系統將是網絡與控制結合的系統。對網絡化控制系統(NetworkedControlSystem，簡稱NCS)的研究已經成為當前自動化領域中的前沿課題之一。隨著通信網絡作為一個系統環節嵌入控制系統，這很大地豐富了工業控制技術和手段，使自動化系統與工業控制系統在體系結構、控制方法以及人機協作方法等方面都發生了較大的變化，與此同時也帶來了一些新的問題，如控制與通信的耦合、時間延遲、信息調度方法、分布式控制方式與故障疹斷等。

這些新問題的出現，使得自動控制理論在網絡環境下的控制方法和算法需要不斷地創新。隨著計算機技術、通信技術和網絡技術的不斷發展。傳統的控制領域正經歷著一場前所未有的變革，開始向網絡化方向發展。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），發展到現在流行的FCS（現場總線控制系統）。對諸如圖像、語音信號等大數據量、高速率傳輸的要求，又催生了工業以太網與控制網絡的結合。這種工業控制系統網絡化浪潮又將諸如嵌入式技術、多標準工業控制網絡互聯、無線技術等多種當今流行技術融合進來，從而拓展了工業控制領域的發展空間，帶來新的發展機遇。

以信息化帶動工業化既是保持國民經濟持續快速發展的有力保證，也是傳統工業體系結構轉型的重要手段。網絡技術作為信息技術的代表，其與工業控制系統的結合將極大地提高控制系統的水平，改變現有工業控制系統相對封閉的企業信息管理結構，適應現代企業綜合自動化管理的需要。網絡技術推動了傳統工業控制系統結構的變革。

將現場總線、以太網、多種工業控制網絡互聯、嵌入式技術和無線通信技術融合到工業控制網絡中，在保證控制系統原有的穩定性、實時性等要求的同時，又增強了系統的開放性和互操作性，提高了系統對不同環境的適應性。在經濟全球化的今天，這一工業控制系統網絡化及其構成模式使得企業能夠適應空前激烈的市場競爭，有助于加快新產品的開發、降低生產成本、完善信息服務，具有廣闊的發展前景。

工業通信無線化也是當前自動化領域探討比較熱烈的問題。工業控制企業已經逐步認識到無線技術將是下一個技術騰飛的基礎，將能夠大大提升工廠效能與保證用戶的安全。

隨著無線技術日益普及，各家供應商正在提供一系列軟硬件技術，協助在產品中增加通信功能。這些技術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，在增加無線連網功能時，芯片及相關軟件的選擇（假設所選擇的實現能正常工作，并滿足相關的論證要求）可能極具挑戰性。即使做出了一個可行的設計，但如果未優化性能、功耗、成本和規模，則可能不會取得市場上的成功。今天最熱門的東西未必是最好的通信標準和客戶需要的東西，因此選擇的軟硬件實現方案應有這樣的特點：每個新一代產品都不需要徹底從頭開始適應。

無線技術進入工業領域的趨勢是毋庸置疑的，特別是在有線無法使用的場合，更顯得無線具有優勢。但是這要求無線技術本身性能的完善，可靠性、通信的確定性與實時性、兼容性等性能有待加強。所以，在近期，工業無線技術仍將是傳統有線技術的延伸，大多數儀表以及自動化產品會嵌入無線傳輸的功能。國際上對于無線技術的研究還處于起步階段，相關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了無線技術在我國流程工業的發展。

由于無線技術尚處于研發與不斷完善的階段，功能畢竟有限。而且在自動化技術領域，還沒有公認的且證實的在實時控制中應用較為可靠的無線技術標準，在工作循環時間很短的情況下，這表現得尤為突出。所以，目前無線技術的應用范圍只能局限在數據的采集與監控方面（SCADA）。

但隨著可靠性的增強，無線技術將會有更廣范圍的應用。無線通訊將在未來的若干年快速地增長，但無線并不會替代有線通訊。有線具有穩定、可靠和安全性并不會消失，無線只有在有線不方便實現或成本高的地方去替代有線方案。如果無線與有線有機地結合起來，雙方發揮各自的優勢，將為增長生產率提供新的方案。在適宜有線通訊的地方使用有線通訊，在適宜無線通訊的地方使用無線通訊，由于有線和無線通訊都支持TCP／IP協議，這兩種通訊方式能夠有機地結合在一起，發揮各自特長，并能夠提高生產效率。

當今，物聯網可謂是在各大媒體出鏡率最高、而且與“智能”聯系密切的名詞之一。從“管理、控制、智能”的角度來看，其實物聯網與工業自動化是一脈相承的，工業自動化包含采集、傳輸、計算等環節，而物聯網是全面感知、可靠傳遞、智慧處理，兩者是相通的。

物聯網只是更加強調無線、海量采訪、智能計算。物聯網與自動化技術是有著十分密切地聯系的。兩者的區別是：“傳統的自動化網絡多是通過有線網絡來實現，網絡連接范圍較窄，而在傳感網絡中，無線網絡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，讓工業自動化廠商尋機物聯網的發展是順其自然的事情。

物聯網的應用領域，諸如：物聯網技術在物流、供應鏈、倉儲的管理系統的應用；物聯網技術在工業制品生產、追蹤、進度監管、質量追蹤等方面的應用；物聯網技術在貴重商品、危險品的監管、追