Các hệ thống điều khiển trong thế kỷ 21 sẽ tích hợp mạng và điều khiển. Nghiên cứu về Hệ thống điều khiển nối mạng (NCS) đã trở thành một trong những chủ đề-nổi bật trong lĩnh vực tự động hóa. Việc nhúng mạng truyền thông như một thành phần trong hệ thống điều khiển đã làm phong phú đáng kể các công nghệ và phương pháp điều khiển công nghiệp, dẫn đến những thay đổi đáng kể về kiến trúc hệ thống, phương pháp điều khiển và phương pháp cộng tác giữa con người với máy- giữa hệ thống tự động hóa và hệ thống điều khiển công nghiệp. Sự tích hợp này cũng đưa ra những thách thức mới, chẳng hạn như sự kết hợp giữa điều khiển và truyền thông, độ trễ và lập kế hoạch thông tin. phương pháp, chế độ điều khiển phân tán và lỗi.
Với sự xuất hiện của những thách thức mới này, các phương pháp điều khiển và thuật toán trong lý thuyết điều khiển tự động trong môi trường nối mạng đòi hỏi phải có sự đổi mới liên tục. Được thúc đẩy bởi những tiến bộ trong công nghệ máy tính, công nghệ truyền thông và công nghệ mạng, các lĩnh vực điều khiển truyền thống đang phát triển theo hướng tiếp cận mạng. Hệ thống điều khiển nối mạng (NCS) đề cập đến một hệ thống điều khiển trong đó các thành phần trong vòng điều khiển trao đổi dữ liệu qua mạng truyền thông. Đặc điểm xác định của nó là các lệnh điều khiển và phản hồi được truyền qua mạng dưới dạng gói. Tính năng quan trọng nhất của hệ thống điều khiển nối mạng là sự tích hợp không gian mạng và không gian vật lý, cho phép thực hiện nhiều nhiệm vụ trên khoảng cách xa.
Hơn nữa, tín hiệu trong hệ thống điều khiển nối mạng được truyền qua mạng dùng chung (và cáp), loại bỏ hệ thống dây điện không cần thiết, giảm độ phức tạp của hệ thống và giảm chi phí liên quan đến thiết kế và lắp đặt hệ thống. Việc thêm cảm biến, bộ điều khiển hoặc bộ truyền động để điều chỉnh hoặc cập nhật hệ thống có thể đạt được với chi phí thấp hơn mà không làm thay đổi kiến trúc chính của hệ thống. Tính năng lớn nhất của hệ thống điều khiển nối mạng là bộ điều khiển có thể chia sẻ dữ liệu một cách hiệu quả, cho phép tích hợp thông tin tổng thể trên các không gian vật lý rộng lớn để đưa ra quyết định thông minh.
Hệ thống điều khiển nối mạng tìm thấy các ứng dụng trên nhiều lĩnh vực, bao gồm thăm dò không gian và đất liền, tiếp cận và vận hành khu vực nguy hiểm, tự động hóa nhà máy, chẩn đoán và khắc phục sự cố từ xa, thiết bị thí nghiệm, robot gia dụng, máy bay, phương tiện, giám sát nhà máy, cơ sở chăm sóc và vận hành từ xa. Mặc dù về mặt lý thuyết, các hệ thống điều khiển nối mạng có khả năng ứng dụng rộng rãi nhưng việc triển khai thực tế vẫn còn hạn chế cho đến khi khái niệm Công nghiệp 4.0 trở nên nổi bật, dần nâng cao tầm quan trọng của công nghệ này.
Đầu tiên, các miền điều khiển truyền thống đang trải qua quá trình chuyển đổi chưa từng có, chuyển sang các kiến trúc nối mạng. Cấu trúc hệ thống điều khiển đã phát triển từ hệ thống điều khiển máy tính tập trung (CCS) sang hệ thống điều khiển phân tán (DCS) thế hệ thứ hai và xa hơn nữa là hệ thống điều khiển fieldbus (FCS). Nhu cầu truyền-tốc độ cao cho khối lượng dữ liệu lớn, chẳng hạn như tín hiệu hình ảnh và giọng nói, cũng đã thúc đẩy việc tích hợp Ethernet công nghiệp và mạng điều khiển.
Thứ hai, xu hướng hướng tới các hệ thống điều khiển công nghiệp nối mạng này tích hợp các công nghệ phổ biến như hệ thống nhúng, khả năng kết nối mạng công nghiệp đa tiêu chuẩn- và truyền thông không dây. Sự hội tụ này mở rộng không gian phát triển cho ngành điều khiển công nghiệp và tạo ra những cơ hội mới. Tuy nhiên, thách thức quan trọng nhất đối với hệ thống điều khiển nối mạng phân tán là đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy và sự phụ thuộc của hệ thống trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất cao trên toàn bộ phạm vi hoạt động-một mức độ phức tạp đang tiếp tục gia tăng. Do đó, các công nghệ chẩn đoán và phát hiện lỗi nối mạng đang ngày càng được chú ý, tạo thành cốt lõi của việc giám sát hiệu suất hệ thống trong các tình huống công nghiệp và tương tự.
Thúc đẩy công nghiệp hóa thông qua công nghệ thông tin mang lại sự đảm bảo chắc chắn cho sự phát triển kinh tế nhanh chóng bền vững và đóng vai trò là phương tiện quan trọng để chuyển đổi các cơ cấu công nghiệp truyền thống. Với tư cách là đại diện của công nghệ thông tin, việc tích hợp công nghệ mạng với hệ thống điều khiển công nghiệp sẽ nâng cao đáng kể khả năng của hệ thống điều khiển. Nó sẽ chuyển đổi cấu trúc quản lý thông tin doanh nghiệp tương đối khép kín của các hệ thống điều khiển công nghiệp hiện có, thích ứng với nhu cầu quản lý tự động hóa tích hợp trên toàn doanh nghiệp hiện đại-. Công nghệ mạng đã thúc đẩy sự chuyển đổi cấu trúc trong các hệ thống điều khiển công nghiệp truyền thống.
Tầm quan trọng của nó nằm ở việc tích hợp các bus trường, Ethernet, các kết nối mạng điều khiển công nghiệp khác nhau, công nghệ nhúng và công nghệ truyền thông không dây. Trong các mạng điều khiển công nghiệp, điều này không chỉ đảm bảo các yêu cầu về độ ổn định ban đầu và{1}}kiểm soát thời gian thực mà còn nâng cao tính mở và khả năng tương tác của hệ thống, đồng thời cải thiện khả năng thích ứng với các môi trường đa dạng. Trong thời đại toàn cầu hóa kinh tế ngày nay, mạng lưới hệ thống điều khiển công nghiệp và mô hình cấu hình của nó cho phép các doanh nghiệp thích ứng với sự cạnh tranh thị trường khốc liệt chưa từng có. Nó tạo điều kiện cho việc phát triển sản phẩm mới được tăng tốc, giảm chi phí sản xuất và cải thiện dịch vụ thông tin, mang lại triển vọng phát triển rộng lớn.