机器视觉成工控新热点
来源:用户上传
作者: 田亚平
工控市场的一大特点，就是每隔一段时间，会出现一个升级换代的需求高潮，这一高潮的来临曾给工控厂商带来丰厚的回报，面对又一个扑面而来的需求高潮，业内资深人士怎么看呢?本刊记者对此作了简短的采访以飨读者。
今日电子：目前工业自动化领域的主流技术是什么?其发展趋势如何?
NI中国技术市场工程师俞涛；工业自动化是一个广泛的概念，随着计算机、网络通信、先进控制技术的发展，工业自动化范畴不断得到扩展，层次结构也变得多样化。在现场级和过程级，控制平台从最初的继电器逻辑序列控制，到PLC的发展与成熟、DCS系统在过程控制领域的大规模应用，以及IPC在欧美市场兴起，呈现出三足鼎立之势。他们各自的优缺点都较为明显，PLC结构可靠但功能相对单一；DCS功能和稳定性强，但成本高且开放性差，IPC功能灵活但不够可靠。正由于这些特性，往往很难有技术能完全满足工业自动化系统在可靠性、灵活性以及功能性上的整体需求。因此，在激烈竞争的同时，技术又相互融合。伴随着这种用户与市场的需求推动，新的系统与平台逐渐开始浮出水面，应对这种发展，2001年国际著名的自动化研究机构ARC提出了PAC(可编程自动化控制器)的概念，“以帮助用户定义应用需要，帮助制造商在谈到其产品时能更清晰。”
随后，包括Advantech，GEFanuc，ICPDAS，NI，Rockwell，OPTO 22等在内的多家自动化厂商纷纷推出或定义了其相应的PAC产品，性能和产品成熟度都发展很快。通过PAC平台，用户得以基于统一开放的软件平台以及模块化的架构实现逻辑、运动、PID控制到驱动与过程处理等多领域功能。随着近年来的推广与工业应用，这种优势正逐渐体现出来，PAC也正成为自动化领域的热点与主流技术之一。以NI PAC系统为例，其在国内外石油天然气、电力、环保、机械制造等众多行业都得到了广泛的应用。通过将NI PAC高性能的采集、分析与控制能力以及软件的灵活性与用户已有设备无缝集成，很好的扩展了这些领域的传统自动化设备性能。
凌华科技中国有限公司量测与自动化产品事业处资深产品经理丁辰龙：目前主流工业自动化领域发展最迅速的消费型电子产品的生产，包括手机，游戏机，液晶电视，笔记本电脑，数码摄录设备等产品的需求持续增长，是为这些产品提供自动化设备的厂商，加大了研发力度，也使一些针对这些行业的新产品，新技术得到了应用的机会和舞台，这些技术涵盖了从测量测试，运动控制，机器视觉以及运算平台的各个领域。从测量测试领域来看，对于高频和高精度的小信号的测量和分析成为可能，而I/O也在走向模块化和高密度化，而对于运动控制，高精度且高速的运动控制，变成一种需要，而且多轴复杂的协同工作，也成为了一种需要，而且由于工序越来越复杂，机器越来越长，因此分布式的控制架构也越来越多地得到了应用，机器视觉成为了自动化产业的新宠，高精度高速的需求也在其领域里得到了广泛的实践，数字相机从高端走下神坛，USB接口，Fireware接口以及GigaE接口相机的出现，降低了进入门坎，使数字相机进入了普通应用，并且获得很多成功应用。而硬件化的图像预处理在DSP的帮助下，在很大程度上促进了TFT-LCD产业的自动化进程。运算平台也在双核，高缓存的，低功耗的助力下走向高性能，小型化和低电磁干扰。因此整个技术趋势在走向高速，高精度，分布式，低功耗，数字化和小型化。
今日电子：在自动控制与机器视觉领域，目前的技术应用现状如何?
俞涛：在自动控制领域，随着全球对能源与环境问题的重视，越来越多的制造型企业开始关注系统的效率和能耗问题。控制系统需要引入高级的任务或者提升性能，例如，电能效率的实时监测与评估，机器健康状态的在线监控，生产过程控制的优化等。这对控制器以及软件平台的分析处理、控制算法的灵活性提出了新的挑战。从技术发展来看，目前，FPGA(可编程逻辑门阵列)技术被原来越多的应用到了工业测控系统中，这种自定义硬件电路架构的方式既满足了功能灵活性的需要，又提供了更高的控制实时性与可靠性。在NI PAC系统中就独创性的集成了FPGA芯片，以满足了用户在灵活性与可靠性的需要。使用LabVIEW图形化的编程方式，也降低了将FPGA应用于工业测控的系统的开发难度。当今世界上最大的机电系统：欧洲粒子物理研究所(CERN)的超能粒子加速器就在使用基于NI LabVIEW FPGA可重配置I/O平台来满足其严苛的控制要求。
机器视觉是工业自动化领域中的新兴亮点之一，而且发展迅速，市场潜力很大。目前，比较突出的是智能相机系统。因为集成了从光源、镜头、相机到处理器的各种组件，提高了易用性与可靠性、降低了成本，使其更能适应自动化生产线上的较大规模应用。对于NI新款智能相机系列，除了业内突出的高性比因素，其附带交互配置式的视觉开发软件进一步降低了视觉应用开发难度，使得机器视觉应用的门槛更低。另外，系统可以通过LabVIEW平台或以工业通信方式与其他自动化设备集成，最大程度的发挥机器视觉功能所带来的效率优势。
丁辰龙：在整个自动控制领域，由于产业需求的引导，已经在走向新的技术革命，由于DSP，FPGA带来的硬件革命，将产品的硬件特性与软件实力紧密地联系在一起，而且很多复杂的功能目前能够得到一些验证和实践，硬件主导的部分软件功能大大提高了系统的响应时间，使开发者可以在一些较简单的非实时操作系统上，开发高速、高效的系统应用。而通用的数字化的接口被广泛的利用在各个工控组件，USB、IEEE1394、EtherCAT、CAN这些总线的使用，大大简化了PC和控制单元的连接，也利于整个系统实现分布式，在系统布线和抗干扰方面也得到了极大的好处。而由于晶圆工艺的提高，低功耗产品越来越占据市场的主流，在相机的领域，产品也由于CMOS传感器的加入而越发多姿多彩，节能的主题，一样也是一个自动化的热点，当然，从节省成本的角度来看，节能也是一个主要措施，由于单位时间内产品产量的提高，使得系统的稳定性的价值也越来越高，因此对于工控组件的稳定性的提高也成为迫切要求，因此在工控平台方面采用了无风扇加导热流管的设计，在相机方面也加入了主动制冷和采像与数字化分离的设计，以提高精度和影像还原能力，在图像处理软件研发方面针对亚像元和重复性的提高，放在了一个新的高度。另外，由于工业设计的现代潮流，使磨具与机构的设计越来越复杂，这样使得在这些领域中3D加工与检测变成必不可少的一道工序，因此在运动控制和机器视觉领域3D成为一股流行风潮。
今日电子：您如何看待国内行业应用市场?贵公司在中国的发展策略如何?贵公司在这个领域中所扮演的角色如何?
俞涛：中国制造业的发展；给工业自动化行业带来了巨大的机会。目前，国内的劳动力成本逐年上升，那些偏向于技术密集型的生产企业将获得更大的发展空间。他们也需要来自外部的自动化技术，来不断提高生产效率和产品品质，从而应对不断加剧的全球化市场竞争。
30多年来，NI一直致力于为测试测量、自动化领域的工程师和科学家们带来革命性的理念，并提供创新的平台解决从设计到实现中遇到的种种难题。现在，在中国已经有越来越多的工程师人员开始了解、应用NI的产品。而NI也正以其一贯的技术革新方式与中国的自动化工程师们一起探讨解决方案，创造新的机遇，让“中国制造”在国际市场中更具竞争力。
丁辰龙：而以在全球的立场来看，国内的自动化是刚刚起步的一个新兴行业，整体的水平目前处在比较初级的水平，这里主要指针对特定行业的设备研发能力与系统整合能力。但这里也确实是一片自动化发展最迅猛的区域，自动化的进步速度令全世界惊讶。因此越来越多的自动化厂商进入中国寻求发展机会，而凌华科技的产品遍布PC-based的自动控制的组件的各个部分，因此一直是自动化产业的设备制造商和系统集成商的最佳伙伴。凌华在日本，韩国，新加坡积累了很多自动化设备的工控组件应用经验，凌华非常愿意将这些经验与国内的设备制造商与系统集成商分享，在即将完成的凌华上海张江厂，设计了专门的对外培训空间，而且在全年设置各种专门课程，辅导客户使用最先进、最优秀的工业组件，去帮助客户完成他们的应用。但是作为为系统集成商和设备制造商提供工业组件和服务的厂商，凌华深知自己在整个产业链中的定位，因此凌华从未计划将自己的角色拓展成系统集成商或者设备制造商。凌华愿意和中国的厂商一起努力，为中国自动化的最新革命奉献自己的力量，实现从“中国制造”到“中国设计”的转变。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-1086995.htm
