基于智能控制理论基础的智能仪器仪表目前大致的进展
发表时间：2023-10-21 10:00:42
文章来源：炫佑科技
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基于智能控制理论基础的智能仪器仪表目前大致的进展
智能仪器仪表
在控制系统中，仪器仪表是其组成要素，其技术进步跟随控制系统技术的发展。 目前，控制理论已发展到智能控制新阶段，自动化仪表的智能化已成为必然。
仪器仪表的智能化主要归功于微处理器和人工智能技术的发展和应用。
例如，利用神经网络、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、高度可操作、灵活的性能。
又如模糊推理技术利用模糊规则对事物之间的各种模糊关系做出各种类型的模糊决策。
又如，利用软件实现信号滤波，如快速傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换等技术，是简化硬件、增加信噪比、提高信号质量的有效途径。传感器的动态特性。
又如充分利用人工神经网络技术强大的自学习、自适应、自组织能力、关联和记忆功能，以及非线性复杂关系的输入与输出之间的黑箱映射特性。
目前，我国智能领域*薄弱、*需要发展的领域是仪器仪表、传感器等基础产业。 随着科学技术的快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，获得新的发展。 仪器仪表产品的高科技化，特别是智能化，将成为未来仪器仪表技术和行业发展的主流。
基于智能控制理论的智能仪表目前在以下方面取得了进展：
专家控制器
专家控制系统（ECS）是典型的基于知识的控制系统。 它是一个包含大量专业知识和经验的程序系统。 它利用人工智能技术和计算机技术，根据某一领域的一名或多名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，解决需要人类专家解决的复杂问题。他们。
模糊控制器
模糊控制器（FC-Fuzzy），也称模糊逻辑控制器（FLC-Fuzzy Logic）。 由于模糊控制技术具有处理不确定性、不准确性和模糊信息的能力，因此可以有效地控制无法建立数学模型的受控过程，可以解决一些常规控制方法无法解决的问题。 因此，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，提高了系统的智能化水平。 所谓神经网络控制，简称神经控制，是指利用神经网络技术对复杂的非线性对象进行建模，或充当控制器，或优化计算，或进行推理，或故障诊断等。
需要指出的是，在智能仪器仪表领域，无论是神经元网络、模糊控制还是混沌控制，我国学者虽然发表了不少文章，但严谨、细致、自主创新的著作和成果并不多。 一些高端仪器仍需从国外进口。
控制系统联网
21世纪的控制系统将是网络与控制相结合的系统。 网络控制系统（ ，简称NCS）的研究已成为当前自动化领域的前沿课题之一。 由于通信网络作为系统纽带嵌入到控制系统中，极大地丰富了工业控制技术和手段，引起自动化系统和工业控制系统的体系结构、控制方法和人机协作方式的重大变化。 同时，也带来了一些新的问题，如控制与通信的耦合、时滞、信息调度方法、分布式控制方法和故障诊断等。
这些新问题的出现，需要网络环境下自动控制理论的控制方法和算法不断创新。 随着计算机技术、通信技术和网络技术的不断发展。
传统控制领域正在发生前所未有的变革，开始向网络化方向发展。 控制系统的结构从*初的CCS（计算机集中控制系统），发展到第二代DCS（分散控制系统），再到现在流行的FCS（现场总线控制系统）。 图像、语音信号等大量数据和高速传输的需求催生了工业以太网与控制网络的结合。
这波工业控制系统网络化浪潮融合了嵌入式技术、多标准工业控制网络互连、无线技术等多种流行技术，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来了新的发展机遇。
以信息化推动工业化，既是保持国民经济持续快速发展的有力保障，也是传统产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，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，适应现代企业全面自动化管理的需要。 网络技术推动传统工业控制系统结构的变革。
将现场总线、以太网、各种工业控制网络互连、嵌入式技术和无线通信技术融入到工业控制网络中，既保证了控制系统原有的稳定性和实时性要求，又增强了系统的开放性和互操作性，提高了系统的适应性到不同的环境。 在当今经济全球化时代，这种工业控制系统网络及其组成模式，使企业能够适应空前激烈的市场竞争，有利于加快新产品的开发，降低生产成本，改善信息服务，具有广阔的发展前景。 。
无线工业通信
工业通信的无线化也是自动化领域热议的问题。 工控企业逐渐意识到无线技术将成为下一次技术腾飞的基础，这将大大提高工厂效率并保证用户安全。
随着无线技术变得越来越普遍基于智能控制理论基础的智能仪器仪表目前大致的进展，供应商正在提供一系列硬件和软件技术来帮助增加产品的通信功能。 这些技术支持的通信标准包括蓝牙、Wi-Fi、GPS（全球定位系统）、5G和WiMax（微波接入全球互操作性）。 然而，在添加无线网络功能时，芯片和相关软件的选择（假设所选的实现正常工作并满足相关的演示要求）可能极具挑战性。 即使做出了可行的设计，如果性能、功耗、成本和规模没有得到优化，也可能无法取得市场成功。 当今*热门的东西不一定是*好的通信标准和客户需要的东西，因此所选择的软件和硬件实现应该具有这样的特点，即每一代新产品不需要从头开始适应。
无线技术进入工业领域的趋势是毋庸置疑的，尤其是在有线技术无法使用的情况下，无线更有优势。 但这需要无线技术本身性能的提升，可靠性、通信确定性和实时性、兼容性等都需要加强。 因此，在不久的将来，工业无线技术仍将是传统有线技术的延伸，大多数仪器仪表和自动化产品都会嵌入无线传输功能。 国际上对无线技术的研究还处于起步阶段，相关标准也在制定中，我国的科研机构也在参与，这在一定程度上促进了我国流程工业无线技术的发展。
由于无线技术还处于研发和不断完善的阶段，其功能毕竟有限。 而且，在自动化技术领域，还没有公认且经过验证的无线技术标准对于实时控制来说更加可靠。 当工作周期时间很短时，这一点尤为突出。 因此，目前无线技术的应用范围只能局限于数据采集和监控（SCADA）。
但随着可靠性的提高，无线技术将拥有更广泛的应用范围。 无线通信将在未来几年快速增长，但无线不会取代有线通信。 有线的稳定性、可靠性和安全性不会消失。 无线只能在有线解决方案不方便或成本昂贵的地方取代有线解决方案。 如果无线和有线有机结合，双方发挥各自优势，将提供新的解决方案，提高生产力。 适合有线通信的地方使用有线通信，适合无线通信的地方使用无线通信。 由于有线和无线通信都支持TCP/IP协议，因此这两种通信方式可以有机地结合起来，充分发挥各自的优势，并且可以提高生产力。
物联网和自动化
如今，物联网可以说是各大媒体出现频率*高的术语之一，与“智能”密切相关。 从“管理、控制、智能”的角度来看，物联网和工业自动化其实是同源的。 工业自动化包括采集、传输、计算等环节，而物联网则是全面感知、可靠传输、智能处理。 两人正在交流。
物联网只是更加强调无线、海量采访、智能计算。 物联网和自动化技术密切相关。 两者的区别在于：“传统的自动化网络大多通过有线网络实现，网络连接范围较窄。而在传感器网络中，无线网络成为主要传输路径，连接范围更广。” 从本质上来说，工业自动化厂商热衷关注物联网的发展也是理所当然的。
物联网的应用领域，例如：
物流、供应链、仓储管理系统；
工业产品生产、跟踪、进度监督、质量跟踪等；
贵重商品、危险品监管、追踪、防伪应用系统；
大型会议、高层会议及重要会议电子证件，大型活动、音乐会、景区等人员快速流通区域电子门票（如：上海世博会）；
交通收费、各类车辆的远距离自动识别与管理；
自动识别、记录、定位、查询区域内人员；
动物食品产业链全流程追溯；
农业、救灾应急等各个领域；
有价值且重要的资产；
品牌服装全流程；
图书领域；
军队枪械管理、人员管理、车辆管理、物资管理、安全保密等；
航空、汽车等领域；
零售;
社会保障领域；
智慧城市领域等
“物联网”颠覆了以往人类物理基础设施和IT基础设施完全分离的传统思维。 它将道路、建筑等物理设施与个人电脑、手机、家电、交通设施、IT设施有效链接起来，让政府管理、生产制造、社会管理、人们的个人生活全面互联。
从物联网所需的产业链来看，物联网所需的自动控制、信息传感、射频识别等属于其上游技术和产业，而下游则是物联网的应用问题。物联网。 一些行业专家甚至认为：“传统的工业自动化领域实际上是物联网的一部分。” 他们呼吁工控自动化厂商成为物联网真正落地的推动者。 物联网作为信息化和自动化的结合点，具有无限的潜力和优势。 一些单位敏锐地意识到物联网在管理流程和生产流程优化方面的潜力，并取得了初步成效。 传统的自动化网络与物联网中的传感器网络非常相似。
云计算和自动化
云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，或者是这些计算机科学概念的商业实现。 其核心是海量数据的存储和计算，特别强调虚拟化技术的应用。 简而言之，云计算是一种依赖的超级计算模式，连接巨大的资源，为用户提供各种IT服务。
例如，云计算模式未来将会给自动化软件行业带来巨大的变化。 有：
（1）自动化系统的架构将更加灵活，分布式架构将扩展到更广泛的范围
在现代大型工业自动化和信息化工程中，系统变得越来越庞大和复杂，现有的网络和系统架构已经无法应对这些挑战。 云计算革命性理念的引入，彻底打破了自动化系统原有的僵化架构。 在云计算系统中，自动化和信息系统并不是简单地运行在固定的计算机上，而是运行在整个网络上，基于整个网络来分配系统资源并实现各种功能。 功能。
（2）海量信息分析处理将成为自动化软件的常规功能
在现代大型自动化项目中，自动化信息数据量不断增加，用“海量”来形容也不为过。 因此，目前自动化软件所使用的数据库类型、数据存储方式、数据读取和查询方式以及各种技术目前都是围绕着大量数据的准确、及时的处理。 海量信息的处理已成为制约自动化软件发展的瓶颈之一。
云计算时代，用户可以利用不同层次的不同硬件平台和网络的计算能力，可以轻松利用“云”中的服务（SaaS）、平台（PaaS）和计算硬件和网络资源（IaaS） ，充分集成公共网络的计算能力，使海量自动化信息信息的分析处理成为现实，满足大规模应用系统的需求，也使能复杂自动化信息系统的控制。
（三）彻底改变工程开发模式
云计算时代，工程项目的开发将不再局限于单台计算机。 SaaS模式允许用户直接使用自动化软件供应商服务器上的软件进行开发。 开发过程是在云计算网络中进行的。 开发完成后，生成一个可以直接运行的工程即可。
（4）转变软件供应商的服务模式，降低维护成本
云计算模式还将降低软件供应商的服务成本。 过去，软件供应商需要为运行在各种软硬件环境中的自动化软件提供技术支持和维护。 在云计算时代，他们只需要在这台服务器上维护一套软件就可以了。
(5)降低自动化系统的硬件要求，提升软件的行业地位
无论是基于企业内部网络的私有云，还是与外部网络有一定连接的混合云，目的都是为了动态分配系统的算力，可以让系统的计算更加流畅、稳定，同时又不会降低运行效率。 这大大降低了企业对硬件系统的要求。 众所周知，在当前的自动化系统中，软件占据着“灵魂”的位置，但其价值却比较低，仅占5%-10%。 云计算时代，系统对硬件的要求降低，而对软件的要求却越来越高。 因此，软件在自动化行业中的价值比重和重要性将大大提高。
（六）新技术、新产品概念将成为竞争核心
毫无疑问，云计算模式未来将会给自动化软件行业带来巨大的变革。 如何把握IT发展趋势？ 如何开发基于云计算的新一代自动化软件？ 如何让旧的自动化软件版本兼容云计算平台？ 如何将传统自动化工程系统升级为云计算系统？ 将成为行业内企业考虑的首要问题。 相信随着云计算技术的日益成熟和自动化行业的努力，我国利用“云计算”的自动化系统的发展将会日新月异。 这也是中国自动化行业应该关注的问题。
低碳经济自动化
低碳经济自动化是一个广泛而重要的话题。 我们以流程工业为例来说明这一点。 过程工业是指在国民经济中起主导作用、占有重要经济地位的石油化工、炼油、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力等行业在我国国民经济中。 我国流程工业企业年产值占全国工业企业年产值总额的66%。
流程工业的发展直接影响国家的经济基础。 流程工业是一个非常庞大的行业，在工业中占有重要地位。 它是国民经济发展极其重要的基础支柱产业，是制造业的重要组成部分。 它的特点是处理连续或间歇的物质流和能量流，其产品多为大批量生产。
流程工业的生产加工方法主要包括化学反应、分离、混合等。在21世纪知识经济时代，流程工业作为传统产业仍将是经济发展的重要支柱产业。 流程工业不仅是能源和各种原材料的生产者，也是能源的主要消耗者。 节能降耗、减排至关重要。 这些行业普遍存在能源消耗高、污染严重、产品质量差、生产工艺技术落后、自动化水平低、管理水平低、信息集成度低、综合竞争力弱等缺点。
工业是我国经济的*大主体，也是消耗能源资源、产生环境污染的*主要行业。 过程工业首当其冲，成为主要打击对象，特别是石油加工、化工、钢铁、电力、有色金属、建材六大行业，其能源消耗占全国能源消费总量的近70%。全国工业能源消费。
企业在考虑企业发展战略时，应考虑如何制定“低碳战略”，努力与国家可持续发展趋势同步发展。 国际著名管理大师彼得？ 德拉克有一句名言：“没有人能够影响变化，只能超越它”！ 中国流程工业也应该如此，努力走在变革的前面！ 低碳减排是国家行动自动化软件开发，低碳减排是历史使命，低碳减排是流程工业企业的义务。 “低碳”也是流程企业的重要使命。
安全生产自动化
安全生产自动化是近年来频繁出现的一个“词汇”。 这是由于各类安全生产事故的不断发生以及通过自动化技术的应用对安全生产的需求不断增加。 如何有效利用自动化、信息化等高新技术提高安全生产水平已成为当务之急。 为此，国家提出了“科技兴安安”的战略！ 安防的发展也离不开自动化。 制造业的安全可分为机械安全和过程安全。
机械安全主要保护人体，受到高度重视。 安全开关、安全按钮、安全门和安全地毯与安全传感器、安全PLC、安全总线和安全以太网一起成为工厂的*爱。 和其他产品。 过程安全就是保证生产过程的安全。 如今，许多自动化供应商已经在考虑提供安全解决方案。 真正的安全解决方案不仅仅是提供一种或几种安全产品，更多的是提高用户设备的安全性。 如何将安全功能嵌入到用户机械设备中，在不影响生产过程的情况下提高安全性，仍需要更好的发展。
自动化是指机器或设备按照规定的程序或指令自动运行或控制的过程，无需人工干预。 自动化技术的运用不仅可以把人们从繁重的体力劳动、部分脑力劳动和恶劣危险的工作环境中解放出来，而且可以扩展人体器官功能，大幅度提高劳动生产率，增强人类认识世界、改造世界的能力。 。 。 因此，机器、设备、系统或过程（生产和管理过程）按照人的要求，通过自动检测、信息处理、分析判断、操纵和控制来实现预期目标，而无需人或更少人的直接参与。
安全自动化是利用自动化技术实施“科技兴安”战略、实现安全生产的总称。 安全自动化与不同行业结合有其不同的内容，如：煤矿安全生产自动化、石化安全生产自动化、化工安全生产自动化、冶金安全生产自动化、交通运输安全生产自动化、智能建筑安全生产自动化等。行业。 安全生产自动化等。
节省和减少消耗自动化
近年来，“节能降耗”成为我国自动化技术发展中备受关注的词语之一，其意义重大。 “节能减排、科学发展”已成为我国经济发展的战略指导思想。
据测算，我国每美元GDP的能源消耗是美国的4.3倍、日本的11.5倍。 我国能源利用率仅为美国的26.9%、日本的11.5%。 可见，中国企业的产品成本中，能源消耗成本占比较大。 这也说明中国企业节能减排的空间巨大，可以通过节能降耗来提高产品竞争力。
装备制造业作为技术的载体和转化的媒介，是“手段”基础产业。 其产品是各行各业的生产设备，是基础中的基础。 其特点是：范围广、门类多、技术含量高。 ，与其他行业高度相关。 经过多年发展，我国装备制造业已形成门类齐全、规模较大、具有一定技术水平的产业体系。 是国民经济的重要支柱产业。 节约能源、提高能源利用率，不仅是保障企业正常生产经营、实现企业健康可持续发展的长远之计，也是企业适应市场需求、降低成本、增加效益的必然选择，改善环境，增强企业竞争力。 企业要实现快速发展，落实节能降耗势在必行。
随着时代的发展，节能减排的任务将更加艰巨，控制指标也将越来越严格。 这些指标的出台将对产业运行提出更高的要求。 积极采用先进的节能降耗技术，实现科学的管理理念、模式、流程，是企业节能降耗的重要途径。 以技术创新为基础的新技术、新工艺、新材料、新方法的推广应用，可以逐步淘汰企业生产中低效设备和高耗能产品群的使用，对于促进节能减排具有重要作用。减少消耗。 通过高新技术创新推动节能降耗，是装备制造业必须迈出的一步。 这是因为现代高新技术对装备制造业的发展产生深刻而广泛的影响。 现代高新技术的发展对装备制造业的发展提出了更高、更新、更好的要求。 高新技术支撑也贯穿装备制造业“节能降耗”。
例如电机节能、工艺优化、变废为宝、余热利用、企业转型、新能源利用等都与自动化技术的采用密切相关。
工业控制软件开发
工业控制软件的发展也是自动化技术发展的一个重要方面。 20世纪90年代以来，IBM陆续收购了一系列中间件厂商，使中间件成为企业IT架构的核心，使人们逐渐认识到软件的重要性和核心地位。 此后，IBM陆续收购了一些知名软件公司，如Lotus、DB2等。 软件开始与硬件齐头并进，2004年，IBM进一步将PC业务出售给联想。 这一事件向人们表明，硬件的辉煌时代已经成为历史，软件高潮的时代已经到来。
在工业控制领域，硬件到软件是一个发展趋势。 如嵌入式软PLC的出现等。 目前，德国Three S 公司推出的*新版.4软件（基于该平台的嵌入式系统软件PLC）已上市。 倡导以“可重用性”为目的的“开放式可重构自动化”理念。 该软件是一个开发环境，支持多种自动控制行业标准语言，如梯形图、流程图、结构图和高级ST语言。
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