工业自动化热门技术之控制系统网络化

（文章来源：中国机器人网）

21世纪的控制系统将是网络与控制的结合。网络化控制系统(NCS)的研究已成为自动化领域的前沿课题之一。通信网络作为系统的一个环节嵌入到控制系统中，极大地丰富了工业控制技术和手段，使自动化系统与工业控制系统之间的系统结构、控制方法和人机协作方法发生了很大的变化。同时也带来了一些新的问题，如控制与通信的耦合、时延、信息调度等。方法，分布式控制模式和故障。

随着这些新问题的出现，网络环境下自动控制理论的控制方法和算法需要不断创新，随着计算机技术、通信技术和网络技术的发展，传统的控制领域开始向着网络化方向发展。网络化控制系统（Networked Control System）是指控制回路的元件透过通讯网络交换资料的控制系统。其特征是控制系统的命令及回授是在网络中以封包的方式传送。网络化控制系统最重要的特征是连结了网络空间及实体空间，因此可以在长距离下执行许多任务。

而且，网络化控制系统的讯号都透过共用的网络（及线材）传输，省去了不必要的配线，减少系统复杂度，也降低了设计及架设系统需要的成本。若要增加传感器、控制器或是执行器来调整或是更新系统，也可以用较低的成本达到，而且不会更动系统的主架构。网络化控制系统的最大特点是各控制器可以有效率的分享资料，因此可以在大实体空间内整合整体资讯，做出明智的决策。

网络化控制系统可以用在许多的领域中，例如太空及陆地的勘探、进入危险区域及相关作业、工厂自动化、远端诊断及故障排除、实验性设备、家用机器人、飞机、车辆、工厂监控、看护中心以及远端作业等。不过网络化控制系统理论上可以应用的场合很多，但真正实际应用的案例不多，直到工业4.0的概念愈发火热，这个技术正在逐渐被重视。

首先，传统控制领域正经历着前所未有的变革，开始向网络化方向发展。控制系统结构由计算机集中控制系统(CCS)发展到第二代分布式控制系统(DCS)，再到现场总线控制系统(FCS)。大数据量和高速传输的要求，如图像和语音信号，也催生了工业以太网和控制网络的结合。

其次，这种工业控制系统网络化的趋势，融合了嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等诸多流行技术，拓展了工业控制领域的发展空间，带来了新的发展机遇。不过分散式网络化控制系统最关键且重要的议题是要满足系统可靠度及相依性的要求，也要保证系统在其工作范围内都要有高性能，这部分的复杂性已越来越高。因此网络化的错误侦测及诊断技术越来越受关注，而这些也是工业等场景下监控系统性能的核心。

以信息技术推进工业化是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。作为信息技术的代表，网络技术与工业控制系统的结合将大大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，适应现代企业综合自动化管理的需要。网络技术促进了传统工业控制系统结构的变革。

其意义在于集成的现场总线、以太网、各种工业控制网络互联、嵌入式技术和无线通信技术在工业控制网络不仅保证了原始稳定和实时控制系统的要求,而且提高了系统的开放性和互操作性,并改善了系统对不同环境的适应性。在经济全球化的今天，这种工业控制系统网络及其构成模式使企业能够适应前所未有的激烈市场竞争，有助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。
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