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工業自動化十大熱門技術(上)

文章來源 :無錫尊龍凱時機械設備有限公司 作者 : 發布時間 :2018-09-07 瀏覽次數 :

           在未來 ,隨著人們應用高端自動化技術的手段越來越成熟 ,尊龍凱時能看到更多的可能發生 !小編整理了一下未來工業自動化十大熱門技術 ,為大家梳理下 。

            01     儀器儀表智能化

    在控製係統中 ,儀器儀表作為其構成元素 ,它的技術進展是跟隨控製係統技術的發展而發展的 。目前 ,控製理論已發展到智能控製的新階段 ,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於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 、混沌控製等智能技術 ,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係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複雜關係的輸入 、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並獲得新的發展 。儀器儀表產品的高科技化 ,特別是智能化 ,將成為日後儀器儀表科技與產業的發展主流 。基於智能控製理論基礎的智能儀器儀表目前大致有以下幾方麵的進展 :

     ① 專家控製器

       專家控製係統(expertcontrolsystem ,ECS)是典型的基於知識控製係統 ,它是一個具有大量的專門知識與經驗的程序係統 。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複雜問題 。

     ② 模糊控製器

     模糊控製器(FC-FuzzyController) ,也稱模糊邏輯控製器(FLC-FuzzyLogicController) 。由於模糊控製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製 ,能解決一些用常規控製方法不能解決的問題 ,因而模糊控製在工業控製領域得到了廣泛的應用 。

     ③ 神經網絡控製器

     神經網絡在工業控製係統中的應用提高了係統的信息處理能力 ,提高了係統的智能水平 。所謂神經網絡控製 ,簡稱神經控製 ,它是指采用神經網絡這一技術對複雜的非線性對象進行建模 ,或擔當控製器 ,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 、模糊控製或混沌控製 ,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並不多 。一些高端儀器儀表還仍然需要向國外進口 。

      02    控製係統網絡化

      21世紀的控製係統將是網絡與控製結合的係統 。對網絡化控製係統(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係統環節嵌入控製係統 ,這很大地豐富了工業控製技術和手段 ,使自動化係統與工業控製係統在體係結構 、控製方法以及人機協作方法等方麵都發生了較大的變化 ,與此同時也帶來了一些新的問題 ,如控製與通信的耦合 、時間延遲 、信息調度方法 、分布式控製方式與故障疹斷等 。

     這些新問題的出現 ,使得自動控製理論在網絡環境下的控製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 。傳統的控製領域正經曆著一場前所未有的變革 ,開始向網絡化方向發展 。控製係統的結構從最初的CCS(計算機集中控製係統) ,到第二代的DCS(分散控製係統) ,發展到現在流行的FCS(現場總線控製係統) 。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製網絡的結合 。這種工業控製係統網絡化浪潮又將諸如嵌入式技術 、多標準工業控製網絡互聯 、無線技術等多種當今流行技術融合進來 ,從而拓展了工業控製領域的發展空間 ,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 ,也是傳統工業體係結構轉型的重要手段 。網絡技術作為信息技術的代表 ,其與工業控製係統的結合將極大地提高控製係統的水平 ,改變現有工業控製係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製係統結構的變革 。

    將現場總線 、以太網 、多種工業控製網絡互聯 、嵌入式技術和無線通信技術融合到工業控製網絡中 ,在保證控製係統原有的穩定性 、實時性等要求的同時 ,又增強了係統的開放性和互操作性 ,提高了係統對不同環境的適應性 。在經濟全球化的今天 ,這一工業控製係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 ,有助於加快新產品的開發 、降低生產成本 、完善信息服務 ,具有廣闊的發展前景 。

     03   工業通信無線化

     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 。工業控製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係列軟硬件技術 ,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(全球定位係統) 、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 ,並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 。國際上對於無線技術的研究還處於起步階段 ,相關的標準也在製訂之中 ,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 。

    由於無線技術尚處於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製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範圍隻能局限在數據的采集與監控方麵(SCADA) 。

     但隨著可靠性的增強 ,無線技術將會有更廣範圍的應用 。無線通訊將在未來的若幹年快速地增長 ,但無線並不會替代有線通訊 。有線具有穩定 、可靠和安全性並不會消失 ,無線隻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 ,由於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 ,並能夠提高生產效率 。

     04   物聯網與自動化

     當今 ,物聯網可謂是在各大媒體出鏡率最高 、而且與“智能”聯係密切的名詞之一 。從“管理 、控製 、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 ,而物聯網是全麵感知 、可靠傳遞 、智慧處理 ,兩者是相通的 。

     物聯網隻是更加強調無線 、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係的。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 ,網絡連接範圍較窄 ,而在傳感網絡中 ,無線網絡成為主要的傳輸路徑 ,且連接的範圍更加廣泛 。”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 、倉儲的管理係統的應用 ;物聯網技術在工業製品生產 、追蹤 、進度監管 、質量追蹤等方麵的應用 ;物聯網技術在貴重商品 、危險品的監管 、追蹤和防偽應用係統 ;物聯網技術在大型會議 、高層會議以及重要會議的電子證件 、大型賽事 、演唱會 、景區等人員快遞流通區的電子門票(如 :上海世博會)的應用 ;物聯網技術在交通收費 、各類型車輛的遠距離自動識別和管理的應用 ;物聯網技術在區域內的人員自動識別 、記錄 、定位以及查詢的應用 ;物聯網技術在動物 、食品行業鏈的全流程追溯應用 ;農業 、救災與搶險等方麵的各個領域都會用到物聯網 ;物聯網技術在貴重資產和重要資產的管理的應用 ;物聯網技術在品牌服飾的全流程的應用 ;物聯網技術在圖書領域的應用 ;物聯網技術在軍隊槍械管理 、人員管理 、車輛管理 、物資管理 、安全保密等領域的應用 ;物聯網技術在航空 、汽車等領域的應用 ;物聯網技術在零售業的應用 ;物聯網技術在社會安全領域的應用 ;物聯網技術在智能城市領域的應用 ;以及短距離通訊技術 :zigbee芯片 、zigbee通訊模塊 、zigbee網絡 、GPS 、RTLS實時定位係統 、藍牙技術 、UWB(超寬帶)技術及應用 ;EPC(產品電子碼)網絡 :EPC貼標 、EPC中間件 、EPC服務器 、EPC公共服務平台 ,EPC網絡 ;傳感網絡 、移動通訊網 、全球定位網絡等相關應用網絡 、商業智能分析軟件係統等等 。

     “物聯網”顛覆了人類之前物理基礎設施和IT基礎設施截然分開的傳統思維 ,將公路 、建築物等物理設施與個人電腦 、手機 、家電 、交通設施 、IT設施有效的聯係在一起 ,使得政府管理 、生產製造 、社會管理 ,以及人們的個人生活全麵實現互聯互通 。

      從物聯網需要的產業鏈的角度看 ,物聯網所需要的自動控製 、信息傳感、射頻識別等屬於其上遊技術和產業 ,而下遊則是物聯網的應用問題 。有行業專家更認為 :“傳統工業自動化領域其實是物聯網的一部分 。”號召工控自動化廠商成為物聯網真正落地的推手 。物聯網作為信息化和自動化的結合點 ,具有無限放大的潛力和優勢 ,有些單位敏銳地覺察到了物聯網在管理流程和生產過程優化方麵的潛力 ,並取得了初步的成果 。傳統的自動化網絡與物聯網中的傳感網絡十分相似 。

     05   雲計算與自動化

    Argonne National Laboratory

     雲計算是分布式處理 、並行處理和網格計算的發展 ,或者說是這些計算機科學概念的商業實現 。它的核心是海量數據的存儲和計算 ,特別強調虛擬化技術的應用 。簡言之 ,雲計算就是一種依托internet的超級計算模型 ,將巨大的資源聯係在一起為用戶提供各種IT服務 。

     例如,雲計算模式將來帶來自動化軟件行業的巨大變革 。主要有 :

     ① 自動化係統的架構將更加靈活 ,分布式架構將擴展到更大範圍 。

現代的大型工業自動化和信息化項目中 ,係統變得日益龐大和複雜 ,現有的網絡和係統體係架構已經無法從容應對這些挑戰 。雲計算這一革命性理念的提出 ,徹底打破了自動化係統中原來的僵化的體係結構 。在雲計算的係統中 ,自動化和信息化係統並不是簡單運行在某一台固定的計算機上 ,而是運行於包括Internet在內的整個網絡之上 ,基於整個網絡來分配係統的資源及實現各種功能 。

     ② 海量信息的分析與處理將成為自動化軟件的常規功能。

在現代大型自動化項目中 ,自動化信息化數據量越來越大 ,用“海量”形容也並不為過 。所以目前自動化軟件中所用的數據庫類型 ,數據存儲模式和數據的讀取 、查詢模式 ,各項技術目前都在圍繞大量數據的準確 、及時處理來進行 。海量信息的處理 ,已經成為製約自動化軟件發展的瓶頸之一 。

     而在雲計算時代 ,用戶可以在不同的層麵發揮不同硬件平台和網絡的計算能力 ,可以很容易地利用“雲”中的服務(SaaS) ,平台(PaaS)和計算硬件及網絡資源(IaaS),充分整合公共網絡的計算能力 ,使得對海量自動化和信息化信息的分析和處理變成現實 ,滿足大規模應用係統的需要 ,同時也能夠實現複雜的自動化信息化係統的控製 。

    ③ 徹底改變工程開發模式 。

    在雲計算時代 ,工程項目的開發將不再拘泥於單台計算機 ,SaaS模式使用戶可以通過Internet ,直接利用自動化軟件供應商服務器上的軟件進行開發 ,開發過程在雲計算網絡中進行 ,開發完成後 ,生成可直接運行的工程項目即可 。

    ④ 轉變軟件供應商的服務模式,降低維護成本 。

     雲計算的模式也將降低軟件供應商的服務成本 。以往軟件供應商需要對運行在各種軟硬件環境中的自動化軟件進行技術支持與維護 ,而雲計算時代 ,他們隻需要維護本服務器上的一套軟件即可 。

     ⑤ 降低自動化係統對硬件的要求 ,提升軟件的行業地位 。

     無論是基於企業內部網絡的私有雲 ,或與外網有一定連接的混合雲 ,都以動態分配係統計算能力為目的 ,可以使係統的運算進行地更加平緩穩定 ,從而在不降低運行效率的前提下 ,極大地降低企業對硬件係統的要求 。眾所周知 ,在目前的自動化係統中 ,軟件處於“靈魂”的地位 ,但價值卻相對低廉 ,隻占5%-10% 。在雲計算時代 ,係統對硬件的要求降低 ,而對軟件的要求則越來越高,所以軟件在自動化行業中的價值比重和重要性 ,都將有很大提高 。

    ⑥ 新技術與新的產品理念將成為競爭的核心 。

     毫無疑問 ,雲計算模式將來帶來自動化軟件行業的巨大變革 。如何把握IT發展的潮流趨勢 ?如何開發基於雲計算的新一代自動化軟件 ?如何將舊的自動化軟件版本兼容於雲計算平台 ?如何將傳統的自動化工程係統升級為雲計算係統 ?將成為業內企業考慮的首要問題 。相信隨著雲計算技術的日趨成熟及自動化界的努力 ,我國利用“雲計算”的自動化係統的發展將日新月異 。這也是中國自動化界應當注意的問題 。

      小編現在隻是整理了上半部分 ,還有剩下的下半部分 ,稍後和大家分享 ,謝謝大家 ,如果對我司的產品感興趣 ,歡迎來電谘詢 。

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