当今时代,新一代信息技术与工业经济深度融合,正以前所未有的速度催生着一批新兴业态与应用模式。从智能化生产线上的精准操控,到远程运维系统的实时监测,再到工业物联网中设备的自主协同,工业控制系统作为工业生产的 “神经中枢”,其重要性愈发凸显。然而,传统工业控制系统在架构设计、功能实现以及与外部环境的交互等方面,已逐渐显露出疲态,难以满足日益复杂多元的工业发展需求。
一方面,封闭性架构使得不同厂家设备间兼容性差,信息流通受阻,形成一个个“信息孤岛”,严重制约生产效率提升;另一方面,功能单一专用的特性,使其面对柔性制造、大规模定制等新型生产模式时力不从心。在此背景下,工业控制系统正处于从封闭走向开放、从功能单一专用走向算网控融合的关键变革期。新型工业控制架构以软硬解耦、开放互联、融合智能为核心特征,打破原有束缚,为工业领域注入新活力,成为推动新型工业化目标实现的关键力量。
工业演进历程一共分为四次工业革命,分别是第一次工业革命-机械化时代,第二次工业革命-电气化时代,第三次工业革命-自动化时代和第四次工业革命-信息化时代。伴随着四次工业革命,工业控制技术也在不断演进。
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在第一次工业革命的机械化时代,工业生产主要依赖机械设备,如蒸汽机、水轮机等。蒸汽、水轮、气压等动力通过齿轮、皮带等传动机械装置传递给工作机械,实现机械运动的控制,推动工业生产步入机械化时代。
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第二次工业革命开启了电气化时代,电气控制系统成为主流。电动机的发明与应用是这一时期的标志性事件,它将电能转化为机械能,为机械设备提供动力。同时,继电器、接触器等电气元件的出现,让电气控制系统功能更强大、可靠性更高。
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步入第三次工业革命的自动化时代,计算机控制系统逐渐取代传统电气控制系统,工业控制愈发精确化、数字化。PLC、SCADA、DCS与管理计算机、实时数据库、关系数据库相结合,实现复杂算法与数据处理,大幅提升生产效率与产品质量。
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当下的第四次工业革命,将工业控制带入信息化时代。21世纪初,工业领域迎来全新技术变革,工业控制技术与物联网、大数据、人工智能、云计算、边缘计算、增强现实和虚拟现实等新兴技术融合,演变为新型工业控制,推动工业变革与经济发展。这一时期的显著特征是全面融合与智能化提升,产业链各环节紧密连通,生产效率与产品服务质量均获得极大飞跃。
综上所述,工业控制经历了从装置控制、模拟控制、继电器控制到反馈回路控制,再到计算机网络控制和智能控制的不断演进,这一演变过程推动了工业从机械化、电气化、自动化到信息化的逐步升级,成为工业代际发展的核心驱动力。当前,工业现场不断涌现的新需求对工业控制系统的效率、部署灵活性和运维便捷性提出了更高的要求,与此同时,5G通信技术与边缘计算等前沿科技正加速与工业控制系统的融合,使得工业控制正处于一个关键的变革时期。
现如今,工业控制正稳步迈向新型工业控制阶段。新型工业控制以网络化、开放化、协同化、智能化为显著特征,代表着工业控制未来的发展方向。
传统工业控制系统因软硬件紧耦合而受限,现正向软硬解耦、开放生态转变,旨在降低投资与维护成本。硬件标准化基于通用硬件提升控制器可扩展性,软件服务化利用虚拟化技术集中部署控制软件,降低成本并促进互操作性。开发生态开放则通过面向对象开发、统一建模及工业控制应用商店等手段,实现模块与能力复用,加速技术创新与应用部署。
工业生产正向全流程、多工序协同控制转型,通过高度集成的系统和数据高效流转,实现各工序间的无缝协同与信息共享,模块化设计与信息模型的应用进一步提升了生产系统的灵活性与效率,满足个性化高效定制生产的需求。
工业控制智能化将人工经验决策转变为基于数据分析的自主决策,深度融合人工智能与工业控制,应用深度学习、知识图谱等技术构建工业大模型,实现实时数据分析与精准决策,同时,虚实融合控制仿真技术加速了控制系统的优化与新产品研发进程。
从四次工业革命的推动,再到如今新型工业控制的崛起,我们正站在一个新的历史起点上。网络化、开放化、协同化、智能化的新型工业控制,将为工业的未来发展注入源源不断的动力。展望未来,随着5G、工业互联网、人工智能等技术深度融合与持续演进,新型工业控制有望解锁更多潜能,推动工业迈向更高质量、更具韧性、更可持续发展新征程,为全球工业进步书写崭新篇章。
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