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隨著工業(yè)自動(dòng)化在各行各業(yè)的不斷應(yīng)用及普及，自動(dòng)化概念已不再是陌生和遙不可及。工廠的出現(xiàn)，意味著自動(dòng)化會(huì)隨之而來(lái)；工廠產(chǎn)品的誕生，意味著質(zhì)量會(huì)不斷進(jìn)步，那自動(dòng)化控制技術(shù)會(huì)產(chǎn)生什么效應(yīng)呢？提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，改善勞動(dòng)條件，加強(qiáng)企業(yè)管理，這五項(xiàng)作用在當(dāng)前自動(dòng)化控制技術(shù)過程當(dāng)中實(shí)際實(shí)踐了幾項(xiàng)？程度如何？在國(guó)際國(guó)內(nèi)同行業(yè)中，我們的工廠產(chǎn)品質(zhì)量還處在什么水平？需不需要改進(jìn)和提高？我們的工廠生存能力具備了與同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的未來(lái)之“資本”嗎？潛質(zhì)在哪里？問題的著力點(diǎn)都在于產(chǎn)品的“質(zhì)量”和“潛質(zhì)量”。
現(xiàn)在的自動(dòng)化控制技術(shù)雖然發(fā)展了一段時(shí)期，但在一般工業(yè)控制行業(yè)中還普遍停留在傳統(tǒng)的控制方式和思維模式下。由此，我公司針對(duì)目前自動(dòng)化控制領(lǐng)域的控制現(xiàn)狀，結(jié)合工廠產(chǎn)品“質(zhì)量”、“潛質(zhì)量”的必然要求，提出了兩種解決方案：其一是與工藝、干擾相融合的解決方案（工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)），其二是從控制理論本身解決產(chǎn)品質(zhì)量的解決方案。兩方案“相輔相成”，“你中有我，我中有你”，“工藝”離不開“控制”，“控制”離不開“工藝”，只有相互改進(jìn)和完善，才能真正做到“控制”為 “工藝”服務(wù)，“工藝”為“產(chǎn)品”服務(wù)，最終提升工廠產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
1、工業(yè)級(jí)智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)解決方案
隨著工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，以及檢測(cè)儀表、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)的向前推進(jìn)，工業(yè)智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也隨之誕生并慢慢成熟起來(lái)。它可以幫我們解決以下問題：
優(yōu)化工藝裝置效率
很多工藝設(shè)備還缺乏一些有效的監(jiān)測(cè)，它們還處在帶故障運(yùn)行中，這會(huì)降低生產(chǎn)效率。智能無(wú)線方案以非常經(jīng)濟(jì)的方式提供額外的測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行有效地在線監(jiān)測(cè)，以提高生產(chǎn)效率。這些數(shù)據(jù)包括來(lái)自于以前無(wú)法到達(dá)的測(cè)量點(diǎn)，比如在移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的測(cè)量點(diǎn)，或者是在危險(xiǎn)場(chǎng)合的測(cè)量點(diǎn)。
減少維護(hù)工作量
工廠設(shè)備的維護(hù)十分昂貴，大多數(shù)工廠仍然依賴被動(dòng)式維護(hù)方式，就是不管設(shè)備有沒有問題都進(jìn)行頻繁的巡檢。當(dāng)設(shè)備真正有問題的時(shí)候卻不能預(yù)先發(fā)現(xiàn)，只有等到設(shè)備故障惡化并影響到生產(chǎn)時(shí)才采取措施。智能無(wú)線方案可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，用戶只需對(duì)有故障預(yù)警的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，真正實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性和前瞻性維護(hù)。
節(jié)省安裝成本90%以上
與有線技術(shù)相比，無(wú)線方案可以不用橋架、布線、接線端子，大大節(jié)省了安裝材料、人工，最主要的是可以節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)儀表安裝時(shí)間，間接地使整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃可以提前。
另外，無(wú)線技術(shù)還能解決很多工廠中的測(cè)控“盲點(diǎn)”，比如距離偏遠(yuǎn)、偏高，物理障礙，安全危險(xiǎn)等級(jí)較高等方面，有線技術(shù)實(shí)施起來(lái)比較困難或者不可能做到的，無(wú)線技術(shù)或許較輕而易舉可以實(shí)現(xiàn)。
【附注：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的典型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有藍(lán)牙（Bluetooth）、ZigBee、無(wú)線USB（WirelessUSB）、無(wú)線局域網(wǎng)Wi-Fi（IEEE 802.11b/g）等。在工業(yè)領(lǐng)域，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)較適合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸及抗干擾特性，其抗干擾特性主要是指抗同頻干擾，即來(lái)自共用相同頻段的其他技術(shù)的干擾。對(duì)于同頻干擾的抵御能力是極為重要的， 因?yàn)樗苯佑绊懙皆O(shè)備的性能。ZigBee在2.4GHz頻段內(nèi)具備強(qiáng)抗干擾能力就意味著能夠可靠地與Wi-Fi、藍(lán)牙、WirelessUSB以及家用的無(wú)繩電話和微波爐共存。IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)中提供了很多機(jī)制來(lái)保證ZigBee在2.4GHz頻段和其他無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的共存能力。】
智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
鍋爐控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)儀表基本上都安裝在鍋爐本體上面，或者給水管道，蒸汽管道等高空懸空管道上面，有時(shí)候?yàn)榱藵M足能源計(jì)量?jī)x表安裝條件，還需要改管道走向或者高低位置修改，這一系列的安裝工作，有高溫、高壓位置，有爬梯上高位置，還有測(cè)量配線 “死角”位置等等，如果使用傳統(tǒng)的有線技術(shù)施工安裝，那么配套走線的儀表橋架，檢測(cè)儀表變送器的安裝位置等都是施工過程當(dāng)中必須考慮的因素，以及后期維護(hù)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性“概率事件”也是有線技術(shù)方案的“短板”。采用了智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案，那么前面的問題可以迎刃而解，不再需要橋架和繁瑣的布線工作，也免去了因?yàn)樽呔€而產(chǎn)生電磁干擾的煩惱，高空、高溫高壓等危險(xiǎn)儀表檢測(cè)位置也可以通過地面無(wú)線通訊終端就地“隔空”維護(hù)，無(wú)需“涉險(xiǎn)”，維護(hù)可以“先知而后動(dòng)”，整個(gè)鍋爐本體基本上再也沒有繁瑣的“蜘蛛網(wǎng)”，如果條件允許，水位和壓力等視頻監(jiān)控也可以完全實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。
另外，輸煤系統(tǒng)，除塵、脫硫系統(tǒng)，水處理工藝等使用的檢測(cè)儀表也可以納入到智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)范疇，這樣的話，鍋爐控制系統(tǒng)基本上可以實(shí)現(xiàn)“無(wú)線儀表” 全覆蓋，那么除了“走線”和“集成”可以省時(shí)外，安裝成本也是直線下降，后期維護(hù)也方便了許多。
【附注：鍋爐控制系統(tǒng)無(wú)線儀表傳輸網(wǎng)絡(luò)可靠性和穩(wěn)定性問題，我公司已經(jīng)在大理復(fù)烤廠鍋爐房得到驗(yàn)證：只要空間足夠大，即便是在 “相對(duì)死角”，儀表信號(hào)一樣傳輸和穩(wěn)定。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸距離如果是在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互相成為中繼的情況下，那么傳輸距離可以延伸到公里級(jí)別以上范圍。】
2、智能控制理論
在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，工廠自動(dòng)化技術(shù)也日新月異，產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升和工藝的不斷創(chuàng)新，讓自動(dòng)化控制遭遇“挑戰(zhàn)”和“尷尬”。傳統(tǒng)的控制方式（包括經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論）已逐漸凸顯“瓶頸”，工廠工藝的新要求，需要有新的控制方式和思維來(lái)解決，這就是“智能控制”。智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，是人工智能控制論、信息論、系統(tǒng)論、仿生學(xué)、進(jìn)化計(jì)算和計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門新興的邊緣交叉學(xué)科。它與傳統(tǒng)的控制理論相比，不再需要準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)，而是借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、生物仿生技術(shù)、自動(dòng)控制理論等手段來(lái)解決實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中遇到的非線性、時(shí)變、多耦合、變結(jié)構(gòu)、無(wú)精確數(shù)學(xué)模型對(duì)象的控制問題。智能控制與傳統(tǒng)控制在理論基礎(chǔ)、實(shí)現(xiàn)方法和系統(tǒng)規(guī)模上有著本質(zhì)的區(qū)別，但它們也不是互相排斥的。通常情況下，傳統(tǒng)控制往往包含在智能控制之中，用來(lái)解決系統(tǒng)底層(執(zhí)行層)的控制問題, 而在系統(tǒng)的中層(協(xié)調(diào)層)和高層(決策層)則采用智能控制，這樣既能提高系統(tǒng)的智能化程度，又能保證系統(tǒng)的控制精度,同時(shí)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理，達(dá)到互補(bǔ)的效果。以下表格可以具體區(qū)分：
方式 內(nèi)容 項(xiàng)目 |
傳統(tǒng)控制 |
智能控制 |
知識(shí) 獲取 | 精確知識(shí)（深層知識(shí)） 反應(yīng)自然規(guī)律的各種定律、定理 | 非精確知識(shí)（淺層知識(shí)） 直覺、經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí) |
描述 | 數(shù)學(xué)模型 運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)方程、傳遞函數(shù)等 | 符號(hào)描述 經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則 |
加工 | 定量方法 時(shí)域、頻域、根軌跡、狀態(tài)空間方法 | 符號(hào)加工 學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、邏輯推理、判斷、決策 |
運(yùn)用 | 有嚴(yán)格的性能指標(biāo) 穩(wěn)定性、精度、動(dòng)態(tài)性能 | 無(wú)統(tǒng)一的性能指標(biāo) 注重目的和行為 |
智能控制的研究方向主要分為：
1）分層遞階控制（LGC-Layered Grading Control）：
2）模糊控制 （FC-Fuzzy Control）；3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（NNC-Neural Networks Control）；
4）專家控制（EC-Expert Control）；5）集成智能控制（IIC-Integration Intelligent
Control）。盡管智能控制理論和技術(shù)發(fā)展的歷史不長(zhǎng)，但是其卓越的性能誘導(dǎo)人們?cè)诟鞣矫孢M(jìn)行了許多應(yīng)用嘗試，并且取得了卓有實(shí)效的成果。智能控制在火電廠的熱工自動(dòng)化中已早有應(yīng)用，并且收到了良好的效果。如：在200MW機(jī)組熱工自動(dòng)化改造中，在直吹式鍋爐主汽壓力控制中采用模糊控制，較好地解決了主汽壓力被控對(duì)象的純遲延和大慣性等難題。在300MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，由于對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型很難確定，因此，采用經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論是很難奏效的。引入智能控制后，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入了自動(dòng)運(yùn)行，并且收到了較好的控制效果。
目前工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)中，模糊控制技術(shù)的應(yīng)用比較普遍。模糊控制是基于在模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上的一種控制方式，它是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語(yǔ)言型控制規(guī)則，其依據(jù)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，通過建立隸屬度函數(shù)表格來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制行為和控制目標(biāo)?？偟膩?lái)說，控制方式或者控制模式的選擇，需要根據(jù)工廠產(chǎn)品質(zhì)量的需求和工藝控制的需求來(lái)確定，我公司所做的解決方案是建立在客戶“潛需求”，以及我公司項(xiàng)目管理和項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的產(chǎn)物，相信工廠競(jìng)爭(zhēng)力的提升會(huì)在將來(lái)的不久把工廠智能自動(dòng)化控制技術(shù)擺在競(jìng)爭(zhēng)的最前沿。