工業(yè)自動化熱門技術(shù)——控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

21世紀(jì)的控制系統(tǒng)將是網(wǎng)絡(luò)與控制的結(jié)合。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)的研究已成為自動化領(lǐng)域的前沿課題之一。通信網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)嵌入到控制系統(tǒng)中，極大地豐富了工業(yè)控制技術(shù)和手段，使自動化系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)之間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制方法和人機協(xié)作方法發(fā)生了很大的變化。同時也帶來了一些新的問題，如控制與通信的耦合、時延、信息調(diào)度等。方法，分布式控制模式和故障。

隨著這些新問題的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下自動控制理論的控制方法和算法需要不斷創(chuàng)新，隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域開始向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Networked Control System)是指控制回路的元件透過通訊網(wǎng)絡(luò)交換資料的控制系統(tǒng)。其特征是控制系統(tǒng)的命令及回授是在網(wǎng)絡(luò)中以封包的方式傳送。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)最重要的特征是連結(jié)了網(wǎng)絡(luò)空間及實體空間，因此可以在長距離下執(zhí)行許多任務(wù)。

而且，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的訊號都透過共用的網(wǎng)絡(luò)(及線材)傳輸，省去了不必要的配線，減少系統(tǒng)復(fù)雜度，也降低了設(shè)計及架設(shè)系統(tǒng)需要的成本。若要增加傳感器、控制器或是執(zhí)行器來調(diào)整或是更新系統(tǒng)，也可以用較低的成本達到，而且不會更動系統(tǒng)的主架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的最大特點是各控制器可以有效率的分享資料，因此可以在大實體空間內(nèi)整合整體資訊，做出明智的決策。

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)可以用在許多的領(lǐng)域中，例如太空及陸地的勘探、進入危險區(qū)域及相關(guān)作業(yè)、工廠自動化、遠(yuǎn)端診斷及故障排除、實驗性設(shè)備、家用機器人、飛機、車輛、工廠監(jiān)控、看護中心以及遠(yuǎn)端作業(yè)等。不過網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)理論上可以應(yīng)用的場合很多，但真正實際應(yīng)用的案例不多，直到工業(yè)4.0的概念愈發(fā)火熱，這個技術(shù)正在逐漸被重視。

首先，傳統(tǒng)控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)由計算機集中控制系統(tǒng)(CCS)發(fā)展到第二代分布式控制系統(tǒng)(DCS)，再到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)。大數(shù)據(jù)量和高速傳輸?shù)囊?，如圖像和語音信號，也催生了工業(yè)以太網(wǎng)和控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。

其次，這種工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的趨勢，融合了嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無線技術(shù)等諸多流行技術(shù)，拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來了新的發(fā)展機遇。不過分散式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)最關(guān)鍵且重要的議題是要滿足系統(tǒng)可靠度及相依性的要求，也要保證系統(tǒng)在其工作范圍內(nèi)都要有高性能，這部分的復(fù)雜性已越來越高。因此網(wǎng)絡(luò)化的錯誤偵測及診斷技術(shù)越來越受關(guān)注，而這些也是工業(yè)等場景下監(jiān)控系統(tǒng)性能的核心。

以信息技術(shù)推進工業(yè)化是國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的有力保障，也是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要手段。作為信息技術(shù)的代表，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)合將大大提高控制系統(tǒng)的水平，改變現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)相對封閉的企業(yè)信息管理結(jié)構(gòu)，適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)綜合自動化管理的需要。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促進了傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。

其意義在于集成的現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、各種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不僅保證了原始穩(wěn)定和實時控制系統(tǒng)的要求,而且提高了系統(tǒng)的開放性和互操作性,并改善了系統(tǒng)對不同環(huán)境的適應(yīng)性。在經(jīng)濟全球化的今天，這種工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)成模式使企業(yè)能夠適應(yīng)前所未有的激烈市場競爭，有助于加快新產(chǎn)品的開發(fā)，降低生產(chǎn)成本，改善信息服務(wù)，具有廣闊的發(fā)展前景。