主持人:數(shù)字經(jīng)濟也稱智能經(jīng)濟，是工業(yè)4.0或后工業(yè)經(jīng)濟的本質(zhì)特征。
數(shù)字經(jīng)濟，作為經(jīng)濟學(xué)概念的數(shù)字經(jīng)濟是人通過大數(shù)據(jù)（數(shù)字化的認(rèn)知與信息）的識別—選擇—過濾—存儲—使用，引導(dǎo)，實現(xiàn)資源的快速優(yōu)化配置與再生；實現(xiàn)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的經(jīng)濟形態(tài)。
數(shù)字經(jīng)濟通過不斷升級的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與智能機等信息工具，互聯(lián)網(wǎng)—云計算—區(qū)塊鏈—物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)、人類處理大數(shù)據(jù)的數(shù)量、質(zhì)量和速度的能力，不斷增強推動人類經(jīng)濟形態(tài)由工業(yè)經(jīng)濟向信息經(jīng)濟—知識經(jīng)濟—智慧經(jīng)濟形態(tài)轉(zhuǎn)化，極大地降低社會交易成本，提高資源，優(yōu)化配置效率，提高產(chǎn)品、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)附加值，推動社會生產(chǎn)力快速發(fā)展。
數(shù)字經(jīng)濟的本質(zhì)在于信息化。信息化是由計算機與互聯(lián)網(wǎng)等生產(chǎn)工具的革命所引起的工業(yè)轉(zhuǎn)向信息經(jīng)濟的一種社會過程。信息的生產(chǎn)和應(yīng)用兩大方面是其中的關(guān)鍵。
同仁甲:何謂“數(shù)控一代”?
主持人:“數(shù)控一代”的提法是把數(shù)字控制從技術(shù)層面引向了經(jīng)濟與社會發(fā)展的層面，將之與“蒸汽時代”和“電氣時代”來相提并論，就是要將對數(shù)字控制技術(shù)發(fā)展影響的認(rèn)識從“技術(shù)革命”上升為“工業(yè)革命”。蒸汽機的發(fā)明與改良引發(fā)了第一次工業(yè)革命;電力的廣泛應(yīng)用帶來了第二次工業(yè)革命;而電子計算機的發(fā)明正在推動第三次工業(yè)革命;在可預(yù)見的未來，信息化技術(shù)與先進制造技術(shù)的結(jié)合將成為下次工業(yè)革命的標(biāo)志。前兩次稱之為“蒸汽時代”和“電氣時代” ，接下來的就應(yīng)該是“數(shù)控一代”和“智能一代”了。
數(shù)控一代機械產(chǎn)品就是指將數(shù)控技術(shù)及產(chǎn)品（包括數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動裝置等）與機械設(shè)備有機融合，實現(xiàn)這些機械設(shè)備的數(shù)字化軌跡控制、運動控制、邏輯控制及過程監(jiān)控等。智能制造裝備是指具有感知、分析、推理、決策和控制功能的制造裝備，它是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)在裝備產(chǎn)品上的集成和融合，體現(xiàn)了制造業(yè)的智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展要求。
由于數(shù)控紡織機械結(jié)構(gòu)簡化，可省去復(fù)雜的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且具備適應(yīng)性強、柔性高、加工精密度高、質(zhì)量穩(wěn)定、自動化程度、生產(chǎn)效率高、節(jié)約資源和改善環(huán)境等特點，因此非常符合當(dāng)前紡織行業(yè)對高速、高效、低耗的要求;而智能裝備則直接替代了人的部分工作功能，甚至在某些方面的表現(xiàn)超過了人的熊力，如反應(yīng)更靈敏、精確度更高，關(guān)鍵是不受情緒影響、不知疲倦等特點。比如說印花調(diào)漿及助劑配送系統(tǒng)的應(yīng)用就具備了一定的智能成分，以前染色大部分是憑感覺，使用該系統(tǒng)以后，染色精確度大大提高。近兩年來，隨著人工成本的上升以及紡織企業(yè)對高品質(zhì)、高附加值產(chǎn)品的追求，對數(shù)控設(shè)備的需求一直呈上升的趨勢。
同仁乙:我們?nèi)菊麡I(yè)如何智能化?
主持人:要實施生產(chǎn)智能化，必須先進行自動化的技改，自動化儀表按其功能不同，大致分成四個大類，即.檢測儀表(包括各種變量的檢測元件和變送器等) 、顯示儀表(包括用模擬量顯示和數(shù)字量顯示) 、調(diào)節(jié)儀表(包括氣動、電動調(diào)節(jié)儀表)和執(zhí)行器(包括氣動、電動、液動等執(zhí)行器) ，這些儀表之間的關(guān)系如圖1所示。
在染整生產(chǎn)中，不僅需要采用各種檢測方法將工藝變量的大小測量出來，而且還要求把這些測量值及時、準(zhǔn)以便提供生產(chǎn)所必需的數(shù)據(jù)，讓操作者了解生產(chǎn)過程的全部情況，更好地操縱、管理生產(chǎn)。
染整智能化生產(chǎn)需要智能式傳感器，采集工藝參數(shù)。
所謂智能式傳感器，就是一種帶有微處理器的，兼有信息檢測、信號處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。
圖1 各類自動化儀表之間的關(guān)系
傳感器與微處理器結(jié)合可以通過以下兩個途徑來實現(xiàn)，一是采用微處理器或微機系統(tǒng)以強化和提市傳統(tǒng)傳感器的功能，即傳感器與微處理器可分為兩個獨立部分，傳感器的輸出信號經(jīng)處理和轉(zhuǎn)化后由接口送到微處理器部分進行運算處理。這就是一般意義上的智能傳感器，又稱傳感器的智能化。二是借助于半導(dǎo)體技術(shù)把傳感器部分與信號預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器，簡稱集成智能傳感器。集成智能傳感器具有多功能、一體化、精度高、適宜于大批量生產(chǎn)、體積小和便于使用等優(yōu)點，它是傳感器發(fā)展的必然趨勢，它的實現(xiàn)將取決于半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。
就目前來看，已有少數(shù)以組合形式出現(xiàn)的智能傳感器作為產(chǎn)品投入市場，如美國Honeywell公司推出的DSTJ-3000型硅壓阻式智能傳感器， Par Scientific公司的1000系列數(shù)字式石英智能傳感器。我國也著手智能傳感器的開發(fā)與研究，主要是在現(xiàn)有使用的傳感器中，采用先進的微處理器和微機系統(tǒng)，使之完成第一類途徑的智能化。
智能傳感器因其在功能、精度、可靠性上較普通傳感器有很大提高，所以已經(jīng)成為傳感器研究開發(fā)的熱點。近年來，隨著傳感器技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器技術(shù)也發(fā)展很快。發(fā)展高性能的、以硅材料為主的各種智能傳感器已成為必然。
隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)已滲透到各行各業(yè)，從傳統(tǒng)的現(xiàn)場模擬信號通信方式轉(zhuǎn)為現(xiàn)場級的全數(shù)字信號通信方式，即傳感器現(xiàn)場級的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)方式。因此，基于現(xiàn)場總線，基于以太網(wǎng)等的傳感器網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及應(yīng)用迅速成長起來，成為前景廣闊的研究方向，它是傳感器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合與交叉的結(jié)果。
同仁乙:智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器的差別?
主持人:傳統(tǒng)的傳感器只能作為敏感元件，檢測物理量的變化，而智能傳感器則包括測量信號調(diào)理(如濾波、放大、 A/D轉(zhuǎn)換等) 、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示以及自校、自檢、自補償?shù)裙δ埽瑘D2為智能傳感器的原理框圖。
圖2 智能傳感器原理框圖
微處理器是智能傳感器的核心，它不但可以對傳感器的測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲、數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié)。由于微處理器可以充分發(fā)揮各種軟件的功能，完成硬件難以完成的任務(wù)，從而大大降低了傳感器制造的難度，提高了傳感器的性能，降低了成本。需要指出的是，除微處理器以外，智能傳感器相對于傳統(tǒng)傳感器的另一顯著特征是其信號調(diào)理電路。被測的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號后，送到信號調(diào)理電路中，進行濾波、放大、轉(zhuǎn)換，再送入計算機(微處理器)中進行處理。
無論是傳感器的智能化，還是集成智能化傳感器，都是帶有微機的兼具檢測信息和處理信息功能的傳感器，可統(tǒng)稱為智能式傳感器。和傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下功能?！?
(l)具有邏輯判斷、統(tǒng)計處理功能，可對檢測數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計和修正，還可進行線性、非線性、溫度、噪聲、響應(yīng)時間、交叉感應(yīng)以及緩慢漂移等的誤差補償，提高了測量準(zhǔn)確度。
(2)且有自診斷、自校準(zhǔn)功能，可在接通電源時進行開機自檢，可在工作中進行運行自檢，并可實時自行診斷測試，以確定哪一組件有故障，提高了工作可靠性。
(3)具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能:可根據(jù)待測物理量的數(shù)值大小及變化情況自動選擇檢測量程和測量方式，提高了檢測適用性。
(4)具有組態(tài)功能，可實現(xiàn)多傳感器、多參數(shù)的復(fù)合測量，擴大了檢測與使用范圍。
(5)具有記憶、存儲功能:可進行檢測數(shù)據(jù)的隨時存取，加快了信息的處理速度。
(6)具有數(shù)據(jù)通信功能:智能化傳感器具有數(shù)據(jù)通信接口，能與計算機直接聯(lián)機，相互交換信息，提高了信息處理的質(zhì)量。
同仁乙:智能傳感器如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化？信息化？
主持人: (1)一般的智能傳感器都具有雙向通信功能，即微處理器和基本傳感器之間能夠相互通信，微處理器不但接收、處理傳感器的數(shù)據(jù)，還可將信息反饋至傳感器，對測量過程進行調(diào)節(jié)和控制。但這種雙向通信功能離真正意義上的網(wǎng)絡(luò)通信還有距離。因此，各國科學(xué)家和技術(shù)人員在智能傳感器的基礎(chǔ)上研究了網(wǎng)絡(luò)化傳感器，使傳感器在實現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)上同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，使現(xiàn)場測控參量就近上網(wǎng)，并具備必要的信息處理功能。
①早期的傳感器信號傳輸沒有統(tǒng)一標(biāo)誰，這在很大程度上制約了傳感器的發(fā)展。到20世紀(jì)70年代，工業(yè)控制領(lǐng)域才采用統(tǒng)一的兩線制4-20 mA的電流和1-5V電壓標(biāo)準(zhǔn)進行信號傳輸。這種點到點的信號傳輸方式構(gòu)成的測控系統(tǒng)，其最大缺點是布線復(fù)雜、抗干擾性差，將被逐步淘汰。
②到20世紀(jì)80年代，現(xiàn)場采集的信息量不斷增加，傳統(tǒng)的通信方式已成為智能傳感器發(fā)展的”瓶頸” ，在DCS(DistributedControl System)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)RS-232、 RS-422、 RS-485等被廣泛采用，但是，智能傳感器與控制設(shè)備之間仍然是采用傳統(tǒng)的模擬電壓或電流信號進行通信，沒有從根本上解決布線復(fù)雜和抗干擾性差的問題。
③ 1983年，美國INTEL公司推出的位總線技術(shù)是促進智能傳感器通信技術(shù)飛躍的一個關(guān)鍵技術(shù)。位總線技術(shù)將低速面向過程的輸入輸出通道和高速計算機總線分離，將I/0板從計算機內(nèi)轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場，計算機和現(xiàn)場設(shè)備之間以雙絞線為物理傳輸媒體，采用RS-485為數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)程存取命令實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和信息傳輸。INTEL公司的Bitbus技術(shù)奠定了現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)。
④到20世紀(jì)80年代末和90年代初，現(xiàn)場總線(fieldbus)技術(shù)的推出，將智能傳感器的通信技術(shù)提升到一個新的階段。根據(jù)現(xiàn)場總線基金會的定義，現(xiàn)場總線是連接智能化現(xiàn)場設(shè)備和控制室之間全數(shù)字式、開放的、雙向的局部通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線的不斷發(fā)展和基于現(xiàn)場總線通信協(xié)議的智能傳感器的廣泛應(yīng)用，使智能傳感器的通信技術(shù)進入局部網(wǎng)絡(luò)階段。圖3是基于HART協(xié)議的智能溫度傳感器的結(jié)構(gòu)圖，它能夠?qū)崿F(xiàn)一定意義上的網(wǎng)絡(luò)通信功能。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)可以認(rèn)為是一個局部測控網(wǎng)絡(luò)。但基于現(xiàn)場總線的智能傳感器只是實現(xiàn)了各種現(xiàn)場總線通信協(xié)議，還沒有實現(xiàn)真正意義上的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。目前，研究具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的智能傳感器(即實現(xiàn)智能傳感器的網(wǎng)絡(luò)化) ，不僅要使智能傳感器滿足于支持現(xiàn)場總線通信協(xié)議進入局部測控網(wǎng)絡(luò)，而且要使智能傳感器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議(IEEE 802. 3、TCP/IP等) ，使智能傳感器能直接與計算機網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，這些網(wǎng)絡(luò)包括Ethernet、Intranet、 Internet等，進一步還可以實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問，信息適時發(fā)布與共享，以及對智能傳感器的在線編程和組態(tài)，這才是網(wǎng)絡(luò)傳感器的目標(biāo)和價值所在。
圖3 基于HART協(xié)議的智能溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖
圖4 基于以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議的傳感器結(jié)構(gòu)圖
圖4基于以太網(wǎng)啡IEEE 802.3協(xié)議的智能傳感器結(jié)構(gòu)圖，這種網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器實現(xiàn)了OSI七層模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能及部分用戶層功能，數(shù)據(jù)通信方式滿足CSMA/CD(Carrier SenseMultiple Access with Collision Detection)即載波偵聽多路存取沖突檢測，并可通過同軸電纜或雙絞線直接與10 Mbit/s帶寬的以太網(wǎng)連接，從而實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接進入以太網(wǎng)，使現(xiàn)場數(shù)據(jù)能實時在以太網(wǎng)上動態(tài)發(fā)布和共享。介質(zhì)存取控制層(MAC)負(fù)責(zé)執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議。
傳感器實現(xiàn)信息化的目標(biāo)是使傳感器在現(xiàn)場級實現(xiàn)工Internet/Intranet功能，使測控網(wǎng)和信息網(wǎng)在現(xiàn)場級實現(xiàn)統(tǒng)一。其技術(shù)核心是實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議(這里TCP/IP協(xié)議是一個相對廣泛的概念，還包括UDP、 HTTP、 SMTP、 POP3等協(xié)議) 。
把TCP/IP作為一種嵌入式應(yīng)用，即把 TCP/IP協(xié)議嵌入到智能傳感器的ROM中，使得信號的收發(fā)都以TCP/IP方式進行，這樣測控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、信息發(fā)布及系統(tǒng)集成等方面都以企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(Intranet)為依托，如果Intranet連通Internet，還可在Internet范圍內(nèi)組建系統(tǒng)，這使得測控網(wǎng)和信息網(wǎng)很自然地統(tǒng)一在一起，具體表現(xiàn)在以下幾方面。
Intranet功能:各種現(xiàn)場信號均可在企業(yè)的Intranet網(wǎng)絡(luò)上實時發(fā)布和共享，任何網(wǎng)絡(luò)授權(quán)用戶均可通過工IE和Netscape實時瀏覽這些現(xiàn)場信息，為決策提供實時數(shù)據(jù)參考。
Internet功能:如果企業(yè)Intranet與Internet連通，各種現(xiàn)場信息均可在整個Internet上實時測覽，如果需要，這些信息在全球任何開通了Internet的地方均可實時瀏覽共享。
③Intranet/Internet控制功能:如果需要，可實現(xiàn)在整個Intranet/Internet上任何位置對現(xiàn)場傳感器的在線控制、編程和組態(tài)等，這為遠(yuǎn)程操作開辟了又一嶄新道路。
圖5，是基于TCP/IP的信息傳感器構(gòu)成的測控系統(tǒng)。通過將現(xiàn)場傳感器直接與網(wǎng)絡(luò)通信線纜連接，使得現(xiàn)場傳感器與普通計算機一樣成為網(wǎng)絡(luò)中的獨立節(jié)點。信息可以跨越網(wǎng)絡(luò)傳輸所能及的任何領(lǐng)域，迸行實時動態(tài)的在線測控功能(包括遠(yuǎn)程) 。不像以前那樣需要點到點的硬線聯(lián)接將傳感器接到特定的測控設(shè)計上，而只需將這種實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議功能的傳感器就近接到網(wǎng)絡(luò)即可，只要有諸如電話線類的通信線纜存在的地方就可方便地納入測控系統(tǒng)，不僅節(jié)約了大量的現(xiàn)場布線，還可以"即插即用" ，對系統(tǒng)的擴充和維護都提供了極大的方便。
TCP/IP是兩個最著名的Internet協(xié)議。TCP是傳輸控制協(xié)議，是對應(yīng)傳輸層的協(xié)議，它保證數(shù)據(jù)可靠地被傳遞。IP是網(wǎng)際協(xié)議，是對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)層的協(xié)議，它用于提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o連接服務(wù)。由于TCP/IP更注重數(shù)據(jù)發(fā)送的互聯(lián)，因此已成為當(dāng)前網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議的最佳選擇。
圖5 一基于TCP/IP信息傳感器測控系統(tǒng)
