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工业远 程智能控制与服务技术未来发展趋势研究

文章出处:雷天责任编辑:Admin
发表时间:2018/3/14

工业远 程智能控制与服务基本原理是,操作者 在现场远端利用遥控设备通过传输通道,将控制 指令发送给现场近端控制器,再由近 端控制器完成对被控设备的控制,达到状态监控、设备维护、提供服务等目的。

一、引 言
工业控制从20世纪30年代出现开始,系统模式经历了机械/液动、模拟、数字、智能等几个阶段,实现了飞跃式发展。工业控 制的距离从原来的就地处理发展成今天的远程处理,功能从原来的检测、记录和 简单控制逐渐发展成为今天的控制与服务,工具从 原来单一的仪表逐渐发展成为今天的远程网络控制服务系统,操作从 原来的人工操作逐渐发展成为今天的自动化操作,能力从 原来的固定化逐步发展成为今天的智能化。工业远 程智能控制与服务不再是一个可期前景和目标,而是已 经实现的真实场景,并在能源、机械、汽车、环保、医疗、化工等 多个领域得到应有。随着美、德、英、中等国 家工业发展相关战略的实施、工业互联网的发展和“互联网+”的逐步推进,工业远 程控制与服务必将会在近几年之内形成遍地开花之势。
 
二、工业远 程智能控制与服务基本原理
      工业远 程智能控制与服务基本原理是,操作者 在现场远端利用遥控设备通过传输通道,将控制 指令发送给现场近端控制器,再由近 端控制器完成对被控设备的控制,达到状态监控、设备维护、提供服务等目的,监控系 统将控制与服务的结果及被控设备的状态返回给云计算处理中心,大数据 平台将返回的数据与历史数据一起进行综合处理,为后续 控制指令的参数生成提供基础,从而实 现智能控制与服务。
远端遥 控设备是操作者的操控工具,可以是 接入到相关网络的电脑、手机、电话、专用控 制器等终端设备。电脑作为遥控设备时,一般需 要安装有远程控制软件与系统,或需要 登陆网络平台进行操作,也可以 通过系统命令的方式实现控制指令的发送。手机作为遥控设备时,可以通过APP、微信、彩信、短信等应用来实现。电话或 专用控制器作为遥控设备使用时,需要近 端控制器能够直接理解遥控设备所发出的指令。
近端控 制器是直接面向被控设备的控制设备或控制模块,一般为 接入到相关网络的工业计算机或可编程控制器(PLC)。可编程 逻辑控制器接收到远端遥控指令之后,通过其 内部可编程的存储器,将控制 指令解析成机器语言指令,并通过 数字或模拟式输入/输出方 式对被控对象进行控制。
传输通道是将控制 指令发送给现场近端控制器的网络或其它物理介质。传输通 道可以是互联网、物联网、以太网、有线交换电话网络、移动通信网络、无线电、广播网络等。控制指 令在传输通道中以数据或模拟形式进行传输。一般情况下,由于数 据形式的传输可以在加密后进行,因此也 具有较好的安全性。在需要 将现场信息回传给远端的情况下,传输通 道必须是双向通道。
控制指 令是远端控制设备发给近端控制器的命令集合。这些控 制指令以逻辑运算、顺序控制、定时、计数与 算术操作等形式发送给近端控制器,并由近 端控制器负责具体操控。
被控对 象是指各种类型的机械或生产过程。它们是 操作者所要控制的真正对象,在接收 到近端控制器的机器语言指令后,执行状态控制、设备维护、提供服 务等相应的操作。
监控系 统是指具有测试、检测能 力的仪表或系统,一般包 含有各种各样的传感器。监控系 统通过监测功能,可以获 取被控设备的状态、控制指 令的执行结果等数据,并将这 些数据通过传输通道送回给云计算处理中心。
大数据 平台对云计算处理中心中的数据按照一定的标准进行智能挖掘和分析,得出可 以获得最佳控制与服务效果的最佳参数,并对后 续控制指令参数进行修正。
 
三、工业远 程智能控制与服务关键技术分析
1、 可编程逻辑控制技术
可编程 逻辑控制技术通过将控制指令随时加载数字逻辑控制器的内存内储存与执行来实现工业自动化控制。可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)由内部CPU、指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模 拟等单元模块组成,可接收(输入)及发送(输出)多种型 态的电气或电子信号,并利用 这些信号来控制或监督机械与电气系统。现在的 可编程逻辑控制器已经从当初功能简单的计算机模块发展出了包括逻辑控制、时序控制、模拟控制、多机通信等许多功能,广泛应 用于目前的各个工业控制领域,称为工 业控制领域中不可或缺的组成部分。可编程 控制器通过潜入到个人电脑之中,可以实 现远端与本地的信息与操作交互,大幅提 高了工业远程控制与服务的安全性和可靠性,也推动 了现场设备向高度的集成化、网络化 与智能化方向发展。
2、宽带网络技术
在工业远程控制中,曾经出现了专线、公共电话网络、光纤网络、Internet/Intranet、无线通 信网络等多种信息传送系统。这些系 统根据测控距离、通信数据量、通信频繁程度、建设成 本以及对实时性、可靠性 和保密性等方面的要求,在各种 不同的工业控制领域中获得广泛的应用。其中,专线网 络就比较适用于水利、电力、交通等测控距离较短、通信数据量大、通信频 繁且都很高的情况,而无线 通信网络则非常适合于工作点多、通信距离远、环境恶 劣且实时性和可靠性要求比较高的场合,如智能小区保安系统、油井远程监测系统、航空航 天无线电跟踪测轨遥测遥控系统等,尤其是 近些年移动互联网、物联网 等技术的快速发展以及智能手机的快速普及,使得远 程控制与服务可以通过短信、彩信、微信、APP等各种 各样的方法实现。
3、云计算技术
目前,云计算 已经以其巨大的存储能力、快速的计算能力、便捷的扩展能力、可靠的 服务能力而受到业界的广泛认同。在远程 智能控制与服务中,云计算 的作用主要体现在以下几个方面。一是异 构数据的收集能力,主要是可以利用SOA架构的 统一数据接口将来自于不同系统、设备的 异构数据统一汇聚到云平台之中,为大数 据分析奠定数据基础。二是便 于扩展的存储能力,主要是 将工业产品设计、生产、设备与系统维护、产品售 后等各个环节中所需和产生的海量数据集中存储在云平台之中。三是快速的计算能力,主要是通过map/reduce技术,提高数据的计算速度,从而提 高生产和服务效率。
4、大数据技术
在工业 远程智能控制与服务中,进行准 确的数据分析及预测是开展远程控制与服务的关键前提。如在工程机械领域,企业通过数据挖掘、模式识别等手段,可以预 测出机械的潜在故障发生时间点,并在适 当时机提供主动运维服务。在家电领域,通过采 集用户的日常生活数据,为用户 提供自动化家居服务解决方案。在交通领域,通过车 联网采集汽车行驶数据,帮助交 通部门预测交通拥堵状况以及保险公司制定个性化的保险方案。
5、传感技术
传感技 术是远程系统的基础支撑技术,通过传 感器和传感网络为工业远程智能控制与服务提供现场状态的基础信息。如污水处理领域中,利用传 感网络对污水处理的进、产、排等各 个主要环节及下属提升泵站和污水处理厂的水量、水位、水质以 及设备运行状态等进行监控,将相关 数据传送回控制中心,以便及 时发现和处理设备异常等情况,保证整 个污水处理系统的正常运转。在工程机械领域,利用传 感网络对单机的温度、压力、油位、倾角等 关键参数进行监测,以便远 程控制运维中心实时掌握工程机械的状态信息,保证在 机械设备出现异常时快速做出故障预测和诊断,变被动、事后、现场的 工程机械维修服务为主动、事前、远程维护服务。
 
四、关于我 国工业远程智能控制与服务发展的问题与建议
毫无疑问,随着各 个国家工业互联网发展相关战略的不断推进,人工智能、智能机 器人等智能化技术与设备不断取得新的进展,工业远 程智能控制与服务必将会与工业互联网相结合并成为其不可分割的一部分。我国从十六大提出“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化”开始,经过十七大的“信息化与工业化融合” 到十八大的“信息化 与工业化深度融合”,工业远 程智能控制与服务发展取得了较大成绩,在家电、机械、汽车等 一些领域已经取得了较大进展,但距离 真正的远程智能控制与服务仍然相距甚远。
首先,我国智 能生产装备存在严重短缺。一方面,由于我 国的工业起步较晚,基础材料、基础零部件、基础工 艺和产业技术基础的“四基不强”问题仍然非常突出,与发达国家尤其是美、德、日等发 达国家相比还具有非常大的差距。另一方面,我国在 工业生产方面的人力成本还相对占据较大优势,智能生 产装备采购的积极性不是很高。鉴于我 国正处于调结构、促增长的紧要之年,需要着 力调整产业经济结构,转变发展方式,支持和 鼓励基于可编程逻辑控制技术、恶劣环 境传感技术的智能装备和智能产品的生产和应用部署。
其次,缺乏成 熟的工业领域云计算和大数据解决方案。这与云 计算和大数据历史较短有直接的关系。需要通 过两化深度融合行动、“互联网+”计划以 及相关科技发展计划等,加大面向工业设计、研发的 云应用软件与平台研发的支持力度,鼓励工 业企业进行基于云计算的数据中心建设,为工业 远程智能控制与服务奠定装备与工具基础,提高远 程控制与服务的效率和质量;同时,稳步推 动工业生产与服务的数字化和数据化,积极收集并利用设计、生产、服务等 各个环节所产生的海量数据,研究工 业大数据的采集、预处理、挖掘、可视化 和反馈等相关技术和基本工具,推动数字工厂建设,为工业 远程智能控制与服务奠定数据基础,促进智能化的实现。
第三,没有成 熟的工业远程智能控制与服务标准。一方面,虽然各 个工业领域已经形成了系列标准,但工业 网络标准严重不统一,其他标 准还需要与信息技术相结合,而当前信息化 与工业化深度融合还只是刚刚起步,互联网 与工业融合创新成果还较为鲜见,互联网 领域与工业领域之间的还存在着较大的鸿沟。另一方面,国际上发达国家工业4.0、工业互 联网等相关标准的研制工作还没有取得较为实际的成果。因此,需要在 积极开展国际合作、密切跟 踪先进国家和地区的标准化进展的同时,支持利 用相关标准组织、产业联盟、论坛等交流平台,促进信 息通信产业与传统工业在技术、标准、评测等各个方面及产、学、研、用等各 个层面开展合作,并选择电力、能源、汽车等 具有较好基础的行业进行先行试点示范。
 
五、结束语
工业远 程智能控制与服务是工业互联网发展的基本形态之一。通过制 造业和信息通信业相关国家级战略,国际上 各个主要西方国家都在促进各相关领域大融合,推动工 业互联网的发展。相信随着“中国制造2025”规划和“互联网+”计划的出台,在创新 驱动发展的大环境下,我国也 必将会在越来越多的工业领域实现远程智能控制与服务,并在工 业互联网领域拥有较大的话语权。 
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