工业自动化中数字技术创新应用

宋铁和

摘 要：本文首先简要阐述了数字技术，进而对工业自动化的特点进行分析，并在此基础上对数字技术在工业自动化中的应用创新进行论述。期望通过本文的研究能够对工业生产自动化水平的提高有所帮助。

关键词：数字技术；工业自动化；创新应用

中图分类号：TM76 文献标识码：A

1 数字技术概述

数字技术是第三次工业革命下的产物，它是一门新的科学技术，与电子计算机伴生，具体是指利用相关设备将各类信息，如图、文、声、像等转化为计算机能够识别的二进制数字后进行运算、加工处理、储存、传输、还原的技术。因该技术在运算、存储的过程中，需要通过计算机完成编解码和压缩，所以也被称之为数码技术或是数字控制技术。数字技术刚刚出现时，主要应用领域为工业设计和制造，参数化设计是该技术的具体体现，是数字技术辅助设计发展到一定程度后出现的，这种设计方法在工业产品设计中的应用最为普遍。虽然数字技术现已人尽皆知，但为了使人们对该技术有一个更深层次的了解，下面简要对数字技术的特点进行介绍。

计算机技术的普及为数字技术的应用提供了平台，它在各个领域当中的应用，使社会的运作模式发生了巨大转变。早期，数字技术主要被应用于以下几个领域：航空航天、可再生能源开发与利用、原子能等等。大体上可将数字技术的特点归纳为以下几个方面：

1.1 二进制

二进制是数字技术最为显著的特点之一，当某种元件具有两个稳定的状态时，均可以用来表示二进制，如高电平和低电平，基于这一前提，使得基本单元电路的结构变得更加简单，对电路中元器件的精度要求不高，允许元件参数具有较大的分散性，只要能够区分两种截然不同的状态即可。数字技术的这一特点使数字电路集成化的实现变为可能。

1.2 精度高、抗干扰能力强

由于数字技术加工处理及传输的都是二值信息，所以一般不会受到外界的干扰，这使该技术具备了较强的抗干扰能力。同时，数字技术还能以增加二进制数的数位来提高运算精度。此外，与常规的信号相比，数字信号更容易实现长期存储，从而使得一些比较宝贵的信息资源能够留存下来。

1.3 保密性好、通用性强

在数字技术中，可以通过相应的软件对一些重要的数据信息进行加密处理，极大程度地提高信息的安全性。同时，数字技术还具备较强的通用性，能够采用标准化的逻辑部件组成各式各样的数字系统，为其在各个领域的应用提供了可能。

2 工业自动化的特点

在我国，工业是国民经济的主导产业之一，其重要性不言而喻。为了进一步提高工业生产效率，工业自动化的概念被提出。所谓的工业自动化实质上就是在工业生产过程中，以各种参数的控制为主要目的，实现各种过程控制，减少人工手动操作，对相关资源和能源进行合理利用来进行生产。简而言之，工业自动化就是工业能够进行自动生产的过程，其现已成为提高劳动生产效率的重要手段之一。通过工业自动化能够实现以下目标：提高工业生产过程的安全性、提高生产能效和产品质量、减少原材料和能源的浪费。通常情况下，将工业自动化系统分为以下几种，即生产管理级、工艺过程和设备控制级、检测驱动级。其中涉及的关键技术包括计算机技术、通信技术、网络与信息技术、智能控制技术以及机电一体化技术等等。由此可见，想要实现工业生产自动化就必须将各种现代技术进行综合运用，这也是工业自动化技术的主要特点之一。从现场控制的层面上讲，工业自动化系统可分为检测、控制以及驱动三类系统，这三类系统既独立存在，又相互关联，想要实现工业自动化，三类系统缺一不可，而数字技术是这三类系统构建的基础。

3 数字技术在工业自动化中的应用创新

3.1 数字技术在工业自动化生产中的应用优势

3.1.1 可靠性高

以数字技术为基础构建起来的控制系统，极大程度地减少了冗杂的设备与技术，不但使系统的操作过程更加简化，而且准确性也大幅度提高，同时还使工业自动化应用中的安全性与有效性问题得以解决。

3.1.2 性价比高

数字技术在工业自动化生产中的应用，确保了生产过程的稳定运行，以数字技术构建起来的监控平台能够对生产中的主要电气设备的运行状况进行实时监测与控制，并在终端计算机上显示监控数据，为现场操作人员调整生产过程提供了详实、准确、可靠的依据。同时数字监测控制系统的构建成本较低，但它的应用却能够有效提高生产效率，减轻人员的劳动强度。

3.1.3 可操作性强

计算机技术是数字技术的核心和基础，绝大部分数字控制系统都是以计算机为操作平台，操作人员一般都具备一些计算机方面的专业知识，这使得对数字控制系统的操作变得非常简单。

3.2 数字技术在工业自动化中的常规应用

3.2.1 DCS系统的应用

DCS又被称之为集散控制系统，该系统在70年代末期引入我国，并在电力、建材、冶金、石化等行业中得到了应用。80年代初期，我国进一步加大了对DCS技术的研究力度，取得了长足进步，国内自主研发的DCS系统已经赶超国际先进水平。从DCS在工业生产中的应用情况上看，该系统受计算机的影响最大，并且也是反应最为快速的一种自动化控制系统，虽然FCS系统的发展速度也比较快，但传统控制系统的维护、升级改造还需要DCS系统来实现，可以说DCS系统在工业生产中的应用，为工业自动化的实现提供了强有力的技术支撑。目前，国内工业控制计算机的生产过程呈现出大系统、控制对象分散的发展趋势，为了满足生产需要，DCS系统也逐步向大型化、分散控制的方向发展。不仅如此，在数据通信技术和网络技术不断发展的推动下，DCS系统将各种调节器、PLC、PC和NC组合在一起，构成了一个综合的大系统，满足了工业生产自动化和开放化的要求。在未来一段时期，DCS系统向智能化的方向发展将成为主流趋势。

3.2.2 PLC的应用

PLC又被称之为可编程控制器，其在工业生产中的应用非常广泛。PLC采用了微处理芯片，其能够对程序进行编辑，从而实现运算、控制等操作指令，并通过数字或是模拟量等方式对工业生产过程进行控制。由于工业生产环境相对比较复杂，对控制系统的适应性要求较高，而PLC最为显著的特点是抗干扰能力强，正是基于这一特点使其能够满足工业生产中各种复杂环境的要求。随着工业生产逐步向自动化方向转变，对PLC的需求量不断增大，这在一定程度上促进了PLC的发展。此外，PLC本身支持多种编程语言，可以满足不同场合的使用需要，同时其还能与工控机相连，并且PLC逐步融入到了DCS系统当中，为工业生产自动化控制提供了可靠支撑。

3.2.3 传感器的应用

传感技术是现代信息的重要组成部分之一，也是实现设备数字化、生产流程最优化的前提和基础。就传感器而言，其最为主要的作用是获取信息，它的特点是功能强大、信息采集速度快、容量大。现阶段，传感器在传统行业中的应用越来越广泛，而在工业生产现场中，传感器性能的优劣直接决定着自动化控制水平的高低。随着工业生产对传感器性能要求的不断提高，使得传感器技术逐步朝着微型化、智能化、高精度、低能耗、高可靠性的方向发展，给工业自动化控制提供了一大助力。

3.3 数字技术在工业自动化中的创新应用

3.3.1 GOOSE的创新应用

相关研究结果表明，传统的二次回路存在一定的缺陷，具体体现在CT回路和PT回路上，前者主要是输出电流值的偏差较大；后者主要是回路断线问题。而通过GOOSE（虚拟终端）对二次回路进行优化改进后，可以使上述缺陷获得有效解决。GOOSE是数字技术在设备设计应用上的一次重要革命，为设备最优化设计目标的实现提供了可能。现阶段，GOOSE技术已在机电设备、测控装置的保护欲智能终端间的信息交互中得到了应用，它的基本原理是利用全站仪对电路和开关进行控制。在实际应用中发现，GOOSE技术已经逐步取代了传统的二次回路，这使得信号管理和设备调整变得更加方便。GOOSE在工业电气自动化中的创新应用主要体现在如下几个方面：①应用GOOSE虚端子对传统的二次回路进行改进，可以使工程调试更加容易理解。②GOOSE网为双网配置，相关接口全部集中到一起，简化了系统结构。

3.3.2 智能终端的创新应用

所谓的智能终端是一种利用GSM网络实现远程报警、遥控、遥测等功能的设备。为了使智能终端在工业自动化中获得普及应用，现场操作人员可用光纤对设备进行连接，在通过智能终端对收集到的数据进行分析处理，根据相关结果制定合理可行的控制措施。想要进一步提高数字技术在工业自动化中的应用安全性，必须对智能终端进行双重配置，具体做法是第一重配置传输或是控制信号，并对电闸进行保护；第二重配置保护电路，这样便可以显著增强自动化控制系统的运行可靠性。

结语

总而言之，随着科学技术水平的不断提高，使得数字技术获得了长足发展和进步，其在工业自动化中的应用也日益普及。大量的实践证明，数字技术在工业生产中的应用，不仅实现了生产过程的自动化控制，提高了生产效率，减轻了人员的劳动强度，而且还进一步缩短了产品的生产周期，为企业带来了巨大的经济效益。从目前的总体情况上看，智能化、网络化已成为数字技术的主流发展方向，因此，在未来一段时期，应当重点加大数字技术智能化和网络化的开发与研究力度，并在实际应用中进行推广，使其能够更好地为工业自动化生产服务，这对于我国工业的稳定、持续发展意义重大。

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