工業自動化中數字技術創新應用

宋鐵和（浙江棟梁新材股份有限公司，浙江 湖州 313008）

工業自動化中數字技術創新應用

宋鐵和
（浙江棟梁新材股份有限公司，浙江 湖州 313008）

本文首先簡要闡述了數字技術，進而對工業自動化的特點進行分析，并在此基礎上對數字技術在工業自動化中的應用創新進行論述。期望通過本文的研究能夠對工業生產自動化水平的提高有所幫助。

數字技術；工業自動化；創新應用

1 數字技術概述

數字技術是第三次工業革命下的產物，它是一門新的科學技術，與電子計算機伴生，具體是指利用相關設備將各類信息，如圖、文、聲、像等轉化為計算機能夠識別的二進制數字后進行運算、加工處理、儲存、傳輸、還原的技術。因該技術在運算、存儲的過程中，需要通過計算機完成編解碼和壓縮，所以也被稱之為數碼技術或是數字控制技術。數字技術剛剛出現時，主要應用領域為工業設計和制造，參數化設計是該技術的具體體現，是數字技術輔助設計發展到一定程度后出現的，這種設計方法在工業產品設計中的應用最為普遍。雖然數字技術現已人盡皆知，但為了使人們對該技術有一個更深層次的了解，下面簡要對數字技術的特點進行介紹。

計算機技術的普及為數字技術的應用提供了平臺，它在各個領域當中的應用，使社會的運作模式發生了巨大轉變。早期，數字技術主要被應用于以下幾個領域：航空航天、可再生能源開發與利用、原子能等等。大體上可將數字技術的特點歸納為以下幾個方面：

1.1 二進制

二進制是數字技術最為顯著的特點之一，當某種元件具有兩個穩定的狀態時，均可以用來表示二進制，如高電平和低電平，基于這一前提，使得基本單元電路的結構變得更加簡單，對電路中元器件的精度要求不高，允許元件參數具有較大的分散性，只要能夠區分兩種截然不同的狀態即可。數字技術的這一特點使數字電路集成化的實現變為可能。

1.2 精度高、抗干擾能力強

由于數字技術加工處理及傳輸的都是二值信息，所以一般不會受到外界的干擾，這使該技術具備了較強的抗干擾能力。同時，數字技術還能以增加二進制數的數位來提高運算精度。此外，與常規的信號相比，數字信號更容易實現長期存儲，從而使得一些比較寶貴的信息資源能夠留存下來。

1.3 保密性好、通用性強

在數字技術中，可以通過相應的軟件對一些重要的數據信息進行加密處理，極大程度地提高信息的安全性。同時，數字技術還具備較強的通用性，能夠采用標準化的邏輯部件組成各式各樣的數字系統，為其在各個領域的應用提供了可能。

2 工業自動化的特點

在我國，工業是國民經濟的主導產業之一，其重要性不言而喻。為了進一步提高工業生產效率，工業自動化的概念被提出。所謂的工業自動化實質上就是在工業生產過程中，以各種參數的控制為主要目的，實現各種過程控制，減少人工手動操作，對相關資源和能源進行合理利用來進行生產。簡而言之，工業自動化就是工業能夠進行自動生產的過程，其現已成為提高勞動生產效率的重要手段之一。通過工業自動化能夠實現以下目標：提高工業生產過程的安全性、提高生產能效和產品質量、減少原材料和能源的浪費。通常情況下，將工業自動化系統分為以下幾種，即生產管理級、工藝過程和設備控制級、檢測驅動級。其中涉及的關鍵技術包括計算機技術、通信技術、網絡與信息技術、智能控制技術以及機電一體化技術等等。由此可見，想要實現工業生產自動化就必須將各種現代技術進行綜合運用，這也是工業自動化技術的主要特點之一。從現場控制的層面上講，工業自動化系統可分為檢測、控制以及驅動三類系統，這三類系統既獨立存在，又相互關聯，想要實現工業自動化，三類系統缺一不可，而數字技術是這三類系統構建的基礎。

3 數字技術在工業自動化中的應用創新

3.1 數字技術在工業自動化生產中的應用優勢

3.1.1 可靠性高

以數字技術為基礎構建起來的控制系統，極大程度地減少了冗雜的設備與技術，不但使系統的操作過程更加簡化，而且準確性也大幅度提高，同時還使工業自動化應用中的安全性與有效性問題得以解決。

3.1.2 性價比高

數字技術在工業自動化生產中的應用，確保了生產過程的穩定運行，以數字技術構建起來的監控平臺能夠對生產中的主要電氣設備的運行狀況進行實時監測與控制，并在終端計算機上顯示監控數據，為現場操作人員調整生產過程提供了詳實、準確、可靠的依據。同時數字監測控制系統的構建成本較低，但它的應用卻能夠有效提高生產效率，減輕人員的勞動強度。

3.1.3 可操作性強

計算機技術是數字技術的核心和基礎，絕大部分數字控制系統都是以計算機為操作平臺，操作人員一般都具備一些計算機方面的專業知識，這使得對數字控制系統的操作變得非常簡單。

3.2 數字技術在工業自動化中的常規應用

3.2.1 DCS系統的應用

DCS又被稱之為集散控制系統，該系統在70年代末期引入我國，并在電力、建材、冶金、石化等行業中得到了應用。80年代初期，我國進一步加大了對DCS技術的研究力度，取得了長足進步，國內自主研發的DCS系統已經趕超國際先進水平。從DCS在工業生產中的應用情況上看，該系統受計算機的影響最大，并且也是反應最為快速的一種自動化控制系統，雖然FCS系統的發展速度也比較快，但傳統控制系統的維護、升級改造還需要DCS系統來實現，可以說DCS系統在工業生產中的應用，為工業自動化的實現提供了強有力的技術支撐。目前，國內工業控制計算機的生產過程呈現出大系統、控制對象分散的發展趨勢，為了滿足生產需要，DCS系統也逐步向大型化、分散控制的方向發展。不僅如此，在數據通信技術和網絡技術不斷發展的推動下，DCS系統將各種調節器、PLC、PC和NC組合在一起，構成了一個綜合的大系統，滿足了工業生產自動化和開放化的要求。在未來一段時期，DCS系統向智能化的方向發展將成為主流趨勢。

3.2.2 PLC的應用

PLC又被稱之為可編程控制器，其在工業生產中的應用非常廣泛。PLC采用了微處理芯片，其能夠對程序進行編輯，從而實現運算、控制等操作指令，并通過數字或是模擬量等方式對工業生產過程進行控制。由于工業生產環境相對比較復雜，對控制系統的適應性要求較高，而PLC最為顯著的特點是抗干擾能力強，正是基于這一特點使其能夠滿足工業生產中各種復雜環境的要求。隨著工業生產逐步向自動化方向轉變，對PLC的需求量不斷增大，這在一定程度上促進了PLC的發展。此外，PLC本身支持多種編程語言，可以滿足不同場合的使用需要，同時其還能與工控機相連，并且PLC逐步融入到了DCS系統當中，為工業生產自動化控制提供了可靠支撐。

3.2.3 傳感器的應用

傳感技術是現代信息的重要組成部分之一，也是實現設備數字化、生產流程最優化的前提和基礎。就傳感器而言，其最為主要的作用是獲取信息，它的特點是功能強大、信息采集速度快、容量大。現階段，傳感器在傳統行業中的應用越來越廣泛，而在工業生產現場中，傳感器性能的優劣直接決定著自動化控制水平的高低。隨著工業生產對傳感器性能要求的不斷提高，使得傳感器技術逐步朝著微型化、智能化、高精度、低能耗、高可靠性的方向發展，給工業自動化控制提供了一大助力。

3.3 數字技術在工業自動化中的創新應用

3.3.1 GOOSE的創新應用

相關研究結果表明，傳統的二次回路存在一定的缺陷，具體體現在CT回路和PT回路上，前者主要是輸出電流值的偏差較大；后者主要是回路斷線問題。而通過GOOSE（虛擬終端）對二次回路進行優化改進后，可以使上述缺陷獲得有效解決。GOOSE是數字技術在設備設計應用上的一次重要革命，為設備最優化設計目標的實現提供了可能。現階段，GOOSE技術已在機電設備、測控裝置的保護欲智能終端間的信息交互中得到了應用，它的基本原理是利用全站儀對電路和開關進行控制。在實際應用中發現，GOOSE技術已經逐步取代了傳統的二次回路，這使得信號管理和設備調整變得更加方便。GOOSE在工業電氣自動化中的創新應用主要體現在如下幾個方面：①應用GOOSE虛端子對傳統的二次回路進行改進，可以使工程調試更加容易理解。②GOOSE網為雙網配置，相關接口全部集中到一起，簡化了系統結構。

3.3.2 智能終端的創新應用

所謂的智能終端是一種利用GSM網絡實現遠程報警、遙控、遙測等功能的設備。為了使智能終端在工業自動化中獲得普及應用，現場操作人員可用光纖對設備進行連接，在通過智能終端對收集到的數據進行分析處理，根據相關結果制定合理可行的控制措施。想要進一步提高數字技術在工業自動化中的應用安全性，必須對智能終端進行雙重配置，具體做法是第一重配置傳輸或是控制信號，并對電閘進行保護；第二重配置保護電路，這樣便可以顯著增強自動化控制系統的運行可靠性。

結語

總而言之，隨著科學技術水平的不斷提高，使得數字技術獲得了長足發展和進步，其在工業自動化中的應用也日益普及。大量的實踐證明，數字技術在工業生產中的應用，不僅實現了生產過程的自動化控制，提高了生產效率，減輕了人員的勞動強度，而且還進一步縮短了產品的生產周期，為企業帶來了巨大的經濟效益。從目前的總體情況上看，智能化、網絡化已成為數字技術的主流發展方向，因此，在未來一段時期，應當重點加大數字技術智能化和網絡化的開發與研究力度，并在實際應用中進行推廣，使其能夠更好地為工業自動化生產服務，這對于我國工業的穩定、持續發展意義重大。

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