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工業遠程智能控制與服務技術未來發展趨勢研究

文章出處:雷天責任編輯:Admin
發表時間:2018-03-14

工業遠程智能控制與服務基本原理是,操作者在現場遠端利用遙控設備通過傳輸通道,將控制指令發送給現場近端控制器,再由近端控制器完成對被控設備的控制,達到狀態監控、設備維護、提供服務等目的。

一、引 言
工業控制從20世紀30年代出現開始,系統模式經歷了機械/液動、模擬、數字、智能等幾個階段,實現了飛躍式發展。工業控制的距離從原來的就地處理發展成今天的遠程處理,功能從原來的檢測、記錄和簡單控制逐漸發展成為今天的控制與服務,工具從原來單一的儀表逐漸發展成為今天的遠程網絡控制服務系統,操作從原來的人工操作逐漸發展成為今天的自動化操作,能力從原來的固定化逐步發展成為今天的智能化。工業遠程智能控制與服務不再是一個可期前景和目標,而是已經實現的真實場景,并在能源、機械、汽車、環保、醫療、化工等多個領域得到應有。隨著美、德、英、中等國家工業發展相關戰略的實施、工業互聯網的發展和“互聯網+”的逐步推進,工業遠程控制與服務必將會在近幾年之內形成遍地開花之勢。
 
二、工業遠程智能控制與服務基本原理
      工業遠程智能控制與服務基本原理是,操作者在現場遠端利用遙控設備通過傳輸通道,將控制指令發送給現場近端控制器,再由近端控制器完成對被控設備的控制,達到狀態監控、設備維護、提供服務等目的,監控系統將控制與服務的結果及被控設備的狀態返回給云計算處理中心,大數據平臺將返回的數據與歷史數據一起進行綜合處理,為后續控制指令的參數生成提供基礎,從而實現智能控制與服務。
遠端遙控設備是操作者的操控工具,可以是接入到相關網絡的電腦、手機、電話、專用控制器等終端設備。電腦作為遙控設備時,一般需要安裝有遠程控制軟件與系統,或需要登陸網絡平臺進行操作,也可以通過系統命令的方式實現控制指令的發送。手機作為遙控設備時,可以通過APP、微信、彩信、短信等應用來實現。電話或專用控制器作為遙控設備使用時,需要近端控制器能夠直接理解遙控設備所發出的指令。
近端控制器是直接面向被控設備的控制設備或控制模塊,一般為接入到相關網絡的工業計算機或可編程控制器(PLC)??删幊踢壿嬁刂破鹘邮盏竭h端遙控指令之后,通過其內部可編程的存儲器,將控制指令解析成機器語言指令,并通過數字或模擬式輸入/輸出方式對被控對象進行控制。
傳輸通道是將控制指令發送給現場近端控制器的網絡或其它物理介質。傳輸通道可以是互聯網、物聯網、以太網、有線交換電話網絡、移動通信網絡、無線電、廣播網絡等??刂浦噶钤趥鬏斖ǖ乐幸詳祿蚰M形式進行傳輸。一般情況下,由于數據形式的傳輸可以在加密后進行,因此也具有較好的安全性。在需要將現場信息回傳給遠端的情況下,傳輸通道必須是雙向通道。
控制指令是遠端控制設備發給近端控制器的命令集合。這些控制指令以邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等形式發送給近端控制器,并由近端控制器負責具體操控。
被控對象是指各種類型的機械或生產過程。它們是操作者所要控制的真正對象,在接收到近端控制器的機器語言指令后,執行狀態控制、設備維護、提供服務等相應的操作。
監控系統是指具有測試、檢測能力的儀表或系統,一般包含有各種各樣的傳感器。監控系統通過監測功能,可以獲取被控設備的狀態、控制指令的執行結果等數據,并將這些數據通過傳輸通道送回給云計算處理中心。
大數據平臺對云計算處理中心中的數據按照一定的標準進行智能挖掘和分析,得出可以獲得最佳控制與服務效果的最佳參數,并對后續控制指令參數進行修正。
 
三、工業遠程智能控制與服務關鍵技術分析
1、 可編程邏輯控制技術
可編程邏輯控制技術通過將控制指令隨時加載數字邏輯控制器的內存內儲存與執行來實現工業自動化控制??删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller,簡稱PLC)由內部CPU、指令及資料內存、輸入輸出單元、電源模組、數字模擬等單元模塊組成,可接收(輸入)及發送(輸出)多種型態的電氣或電子信號,并利用這些信號來控制或監督機械與電氣系統?,F在的可編程邏輯控制器已經從當初功能簡單的計算機模塊發展出了包括邏輯控制、時序控制、模擬控制、多機通信等許多功能,廣泛應用于目前的各個工業控制領域,稱為工業控制領域中不可或缺的組成部分??删幊炭刂破魍ㄟ^潛入到個人電腦之中,可以實現遠端與本地的信息與操作交互,大幅提高了工業遠程控制與服務的安全性和可靠性,也推動了現場設備向高度的集成化、網絡化與智能化方向發展。
2、寬帶網絡技術
在工業遠程控制中,曾經出現了專線、公共電話網絡、光纖網絡、Internet/Intranet、無線通信網絡等多種信息傳送系統。這些系統根據測控距離、通信數據量、通信頻繁程度、建設成本以及對實時性、可靠性和保密性等方面的要求,在各種不同的工業控制領域中獲得廣泛的應用。其中,專線網絡就比較適用于水利、電力、交通等測控距離較短、通信數據量大、通信頻繁且都很高的情況,而無線通信網絡則非常適合于工作點多、通信距離遠、環境惡劣且實時性和可靠性要求比較高的場合,如智能小區保安系統、油井遠程監測系統、航空航天無線電跟蹤測軌遙測遙控系統等,尤其是近些年移動互聯網、物聯網等技術的快速發展以及智能手機的快速普及,使得遠程控制與服務可以通過短信、彩信、微信、APP等各種各樣的方法實現。
3、云計算技術
目前,云計算已經以其巨大的存儲能力、快速的計算能力、便捷的擴展能力、可靠的服務能力而受到業界的廣泛認同。在遠程智能控制與服務中,云計算的作用主要體現在以下幾個方面。一是異構數據的收集能力,主要是可以利用SOA架構的統一數據接口將來自于不同系統、設備的異構數據統一匯聚到云平臺之中,為大數據分析奠定數據基礎。二是便于擴展的存儲能力,主要是將工業產品設計、生產、設備與系統維護、產品售后等各個環節中所需和產生的海量數據集中存儲在云平臺之中。三是快速的計算能力,主要是通過map/reduce技術,提高數據的計算速度,從而提高生產和服務效率。
4、大數據技術
在工業遠程智能控制與服務中,進行準確的數據分析及預測是開展遠程控制與服務的關鍵前提。如在工程機械領域,企業通過數據挖掘、模式識別等手段,可以預測出機械的潛在故障發生時間點,并在適當時機提供主動運維服務。在家電領域,通過采集用戶的日常生活數據,為用戶提供自動化家居服務解決方案。在交通領域,通過車聯網采集汽車行駛數據,幫助交通部門預測交通擁堵狀況以及保險公司制定個性化的保險方案。
5、傳感技術
傳感技術是遠程系統的基礎支撐技術,通過傳感器和傳感網絡為工業遠程智能控制與服務提供現場狀態的基礎信息。如污水處理領域中,利用傳感網絡對污水處理的進、產、排等各個主要環節及下屬提升泵站和污水處理廠的水量、水位、水質以及設備運行狀態等進行監控,將相關數據傳送回控制中心,以便及時發現和處理設備異常等情況,保證整個污水處理系統的正常運轉。在工程機械領域,利用傳感網絡對單機的溫度、壓力、油位、傾角等關鍵參數進行監測,以便遠程控制運維中心實時掌握工程機械的狀態信息,保證在機械設備出現異常時快速做出故障預測和診斷,變被動、事后、現場的工程機械維修服務為主動、事前、遠程維護服務。
 
四、關于我國工業遠程智能控制與服務發展的問題與建議
毫無疑問,隨著各個國家工業互聯網發展相關戰略的不斷推進,人工智能、智能機器人等智能化技術與設備不斷取得新的進展,工業遠程智能控制與服務必將會與工業互聯網相結合并成為其不可分割的一部分。我國從十六大提出“以信息化帶動工業化,以工業化促進信息化”開始,經過十七大的“信息化與工業化融合” 到十八大的“信息化與工業化深度融合”,工業遠程智能控制與服務發展取得了較大成績,在家電、機械、汽車等一些領域已經取得了較大進展,但距離真正的遠程智能控制與服務仍然相距甚遠。
首先,我國智能生產裝備存在嚴重短缺。一方面,由于我國的工業起步較晚,基礎材料、基礎零部件、基礎工藝和產業技術基礎的“四基不強”問題仍然非常突出,與發達國家尤其是美、德、日等發達國家相比還具有非常大的差距。另一方面,我國在工業生產方面的人力成本還相對占據較大優勢,智能生產裝備采購的積極性不是很高。鑒于我國正處于調結構、促增長的緊要之年,需要著力調整產業經濟結構,轉變發展方式,支持和鼓勵基于可編程邏輯控制技術、惡劣環境傳感技術的智能裝備和智能產品的生產和應用部署。
其次,缺乏成熟的工業領域云計算和大數據解決方案。這與云計算和大數據歷史較短有直接的關系。需要通過兩化深度融合行動、“互聯網+”計劃以及相關科技發展計劃等,加大面向工業設計、研發的云應用軟件與平臺研發的支持力度,鼓勵工業企業進行基于云計算的數據中心建設,為工業遠程智能控制與服務奠定裝備與工具基礎,提高遠程控制與服務的效率和質量;同時,穩步推動工業生產與服務的數字化和數據化,積極收集并利用設計、生產、服務等各個環節所產生的海量數據,研究工業大數據的采集、預處理、挖掘、可視化和反饋等相關技術和基本工具,推動數字工廠建設,為工業遠程智能控制與服務奠定數據基礎,促進智能化的實現。
第三,沒有成熟的工業遠程智能控制與服務標準。一方面,雖然各個工業領域已經形成了系列標準,但工業網絡標準嚴重不統一,其他標準還需要與信息技術相結合,而當前信息化與工業化深度融合還只是剛剛起步,互聯網與工業融合創新成果還較為鮮見,互聯網領域與工業領域之間的還存在著較大的鴻溝。另一方面,國際上發達國家工業4.0、工業互聯網等相關標準的研制工作還沒有取得較為實際的成果。因此,需要在積極開展國際合作、密切跟蹤先進國家和地區的標準化進展的同時,支持利用相關標準組織、產業聯盟、論壇等交流平臺,促進信息通信產業與傳統工業在技術、標準、評測等各個方面及產、學、研、用等各個層面開展合作,并選擇電力、能源、汽車等具有較好基礎的行業進行先行試點示范。
 
五、結束語
工業遠程智能控制與服務是工業互聯網發展的基本形態之一。通過制造業和信息通信業相關國家級戰略,國際上各個主要西方國家都在促進各相關領域大融合,推動工業互聯網的發展。相信隨著“中國制造2025”規劃和“互聯網+”計劃的出臺,在創新驅動發展的大環境下,我國也必將會在越來越多的工業領域實現遠程智能控制與服務,并在工業互聯網領域擁有較大的話語權。 
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