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工業(yè)自動(dòng)化中數字技術(shù)創(chuàng )新應用論文
1 數字技術(shù)概述
數字技術(shù)是第三次工業(yè)革命下的產(chǎn)物，它是一門(mén)新的科學(xué)技術(shù)，與電子計算機伴生，具體是指利用相關(guān)設備將各類(lèi)信息，如圖、文、聲、像等轉化為計算機能夠識別的二進(jìn)制數字后進(jìn)行運算、加工處理、儲存、傳輸、還原的技術(shù)。因該技術(shù)在運算、存儲的過(guò)程中，需要通過(guò)計算機完成編解碼和壓縮，所以也被稱(chēng)之為數碼技術(shù)或是數字控制技術(shù)。數字技術(shù)剛剛出現時(shí)，主要應用領(lǐng)域為工業(yè)設計和制造，參數化設計是該技術(shù)的具體體現，是數字技術(shù)輔助設計發(fā)展到一定程度后出現的，這種設計方法在工業(yè)產(chǎn)品設計中的應用最為普遍。雖然數字技術(shù)現已人盡皆知，但為了使人們對該技術(shù)有一個(gè)更深層次的了解，下面簡(jiǎn)要對數字技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行介紹。
計算機技術(shù)的普及為數字技術(shù)的應用提供了平臺，它在各個(gè)領(lǐng)域當中的應用，使社會(huì )的運作模式發(fā)生了巨大轉變。早期，數字技術(shù)主要被應用于以下幾個(gè)領(lǐng)域：航空航天、可再生能源開(kāi)發(fā)與利用、原子能等等。大體上可將數字技術(shù)的特點(diǎn)歸納為以下幾個(gè)方面：
1.1 二進(jìn)制
二進(jìn)制是數字技術(shù)最為顯著(zhù)的特點(diǎn)之一，當某種元件具有兩個(gè)穩定的狀態(tài)時(shí)，均可以用來(lái)表示二進(jìn)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(jiǎn)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(tài)即可。數字技術(shù)的這一特點(diǎn)使數字電路集成化的實(shí)現變?yōu)榭赡堋?/p>
1.2 精度高、抗干擾能力強
由于數字技術(shù)加工處理及傳輸的都是二值信息，所以一般不會(huì )受到外界的干擾，這使該技術(shù)具備了較強的抗干擾能力。同時(shí)，數字技術(shù)還能以增加二進(jìn)制數的數位來(lái)提高運算精度。此外，與常規的信號相比，數字信號更容易實(shí)現長(cháng)期存儲，從而使得一些比較寶貴的信息資源能夠留存下來(lái)。
1.3 保密性好、通用性強
在數字技術(shù)中，可以通過(guò)相應的軟件對一些重要的數據信息進(jìn)行加密處理，極大程度地提高信息的安全性。同時(shí)，數字技術(shù)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(gè)領(lǐng)域的應用提供了可能。
2 工業(yè)自動(dòng)化的特點(diǎn)
在我國，工業(yè)是國民經(jīng)濟的主導產(chǎn)業(yè)之一，其重要性不言而喻。為了進(jìn)一步提高工業(yè)生產(chǎn)效率，工業(yè)自動(dòng)化的概念被提出。所謂的工業(yè)自動(dòng)化實(shí)質(zhì)上就是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，以各種參數的控制為主要目的，實(shí)現各種過(guò)程控制，減少人工手動(dòng)操作，對相關(guān)資源和能源進(jìn)行合理利用來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。簡(jiǎn)而言之，工業(yè)自動(dòng)化就是工業(yè)能夠進(jìn)行自動(dòng)生產(chǎn)的過(guò)程，其現已成為提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率的重要手段之一。通過(guò)工業(yè)自動(dòng)化能夠實(shí)現以下目標：提高工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性、提高生產(chǎn)能效和產(chǎn)品質(zhì)量、減少原材料和能源的浪費。通常情況下，將工業(yè)自動(dòng)化系統分為以下幾種，即生產(chǎn)管理級、工藝過(guò)程和設備控制級、檢測驅動(dòng)級。其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )與信息技術(shù)、智能控制技術(shù)以及機電一體化技術(shù)等等。由此可見(jiàn)，想要實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化就必須將各種現代技術(shù)進(jìn)行綜合運用，這也是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的主要特點(diǎn)之一。從現場(chǎng)控制的層面上講，工業(yè)自動(dòng)化系統可分為檢測、控制以及驅動(dòng)三類(lèi)系統，這三類(lèi)系統既獨立存在，又相互關(guān)聯(lián)，想要實(shí)現工業(yè)自動(dòng)化，三類(lèi)系統缺一不可，而數字技術(shù)是這三類(lèi)系統構建的基礎。
3 數字技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應用創(chuàng )新
3.1 數字技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的應用優(yōu)勢
3.1.1 可靠性高
以數字技術(shù)為基礎構建起來(lái)的控制系統，極大程度地減少了冗雜的設備與技術(shù)，不但使系統的操作過(guò)程更加簡(jiǎn)化，而且準確性也大幅度提高，同時(shí)還使工業(yè)自動(dòng)化應用中的安全性與有效性問(wèn)題得以解決。
3.1.2 性?xún)r(jià)比高
數字技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的應用，確保了生產(chǎn)過(guò)程的穩定運行，以數字技術(shù)構建起來(lái)的監控平臺能夠對生產(chǎn)中的主要電氣設備的運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測與控制，并在終端計算機上顯示監控數據，為現場(chǎng)操作人員調整生產(chǎn)過(guò)程提供了詳實(shí)、準確、可靠的依據。同時(shí)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(chǎn)效率，減輕人員的勞動(dòng)強度。
3.1.3 可操作性強
計算機技術(shù)是數字技術(shù)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(zhuān)業(yè)知識，這使得對數字控制系統的操作變得非常簡(jiǎn)單。
3.2 數字技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的常規應用
3.2.1 DCS系統的應用
DCS又被稱(chēng)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(yè)中得到了應用。80年代初期，我國進(jìn)一步加大了對DCS技術(shù)的研究力度，取得了長(cháng)足進(jìn)步，國內自主研發(fā)的DCS系統已經(jīng)趕超國際先進(jìn)水平。從DCS在工業(yè)生產(chǎn)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(dòng)化控制系統，雖然FCS系統的發(fā)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(lái)實(shí)現，可以說(shuō)DCS系統在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，為工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現提供了強有力的技術(shù)支撐。目前，國內工業(yè)控制計算機的生產(chǎn)過(guò)程呈現出大系統、控制對象分散的發(fā)展趨勢，為了滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，DCS系統也逐步向大型化、分散控制的方向發(fā)展。不僅如此，在數據通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，DCS系統將各種調節器、PLC、PC和NC組合在一起，構成了一個(gè)綜合的大系統，滿(mǎn)足了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和開(kāi)放化的要求。在未來(lái)一段時(shí)期，DCS系統向智能化的方向發(fā)展將成為主流趨勢。
3.2.2 PLC的應用
PLC又被稱(chēng)之為可編程控制器，其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用非常廣泛。PLC采用了微處理芯片，其能夠對程序進(jìn)行編輯，從而實(shí)現運算、控制等操作指令，并通過(guò)數字或是模擬量等方式對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。由于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)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(zhù)的特點(diǎn)是抗干擾能力強，正是基于這一特點(diǎn)使其能夠滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)中各種復雜環(huán)境的要求。隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)逐步向自動(dòng)化方向轉變，對PLC的需求量不斷增大，這在一定程度上促進(jìn)了PLC的發(fā)展。此外，PLC本身支持多種編程語(yǔ)言，可以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的使用需要，同時(shí)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(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制提供了可靠支撐。
3.2.3 傳感器的應用
傳感技術(shù)是現代信息的重要組成部分之一，也是實(shí)現設備數字化、生產(chǎn)流程最優(yōu)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(diǎn)是功能強大、信息采集速度快、容量大�，F階段，傳感器在傳統行業(yè)中的應用越來(lái)越廣泛，而在工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)中，傳感器性能的優(yōu)劣直接決定著(zhù)自動(dòng)化控制水平的高低。隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)對傳感器性能要求的不斷提高，使得傳感器技術(shù)逐步朝著(zhù)微型化、智能化、高精度、低能耗、高可靠性的方向發(fā)展，給工業(yè)自動(dòng)化控制提供了一大助力。
3.3 數字技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的創(chuàng )新應用
3.3.1 GOOSE的創(chuàng )新應用
相關(guān)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(xiàn)問(wèn)題。而通過(guò)GOOSE(虛擬終端)對二次回路進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，可以使上述缺陷獲得有效解決。GOOSE是數字技術(shù)在設備設計應用上的一次重要革命，為設備最優(yōu)化設計目標的實(shí)現提供了可能�，F階段，GOOSE技術(shù)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(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。在實(shí)際應用中發(fā)現，GOOSE技術(shù)已經(jīng)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(yè)電氣自動(dòng)化中的創(chuàng )新應用主要體現在如下幾個(gè)方面：①應用GOOSE虛端子對傳統的二次回路進(jìn)行改進(jìn)，可以使工程調試更加容易理解。②GOOSE網(wǎng)為雙網(wǎng)配置，相關(guān)接口全部集中到一起，簡(jiǎn)化了系統結構。
3.3.2 智能終端的創(chuàng )新應用
所謂的智能終端是一種利用GSM網(wǎng)絡(luò )實(shí)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(yè)自動(dòng)化中獲得普及應用，現場(chǎng)操作人員可用光纖對設備進(jìn)行連接，在通過(guò)智能終端對收集到的數據進(jìn)行分析處理，根據相關(guān)結果制定合理可行的控制措施。想要進(jìn)一步提高數字技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應用安全性，必須對智能終端進(jìn)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(jìn)行保護;第二重配置保護電路，這樣便可以顯著(zhù)增強自動(dòng)化控制系統的運行可靠性。
結語(yǔ)
總而言之，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，使得數字技術(shù)獲得了長(cháng)足發(fā)展和進(jìn)步，其在工業(yè)自動(dòng)化中的應用也日益普及。大量的實(shí)踐證明，數字技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，不僅實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制，提高了生產(chǎn)效率，減輕了人員的勞動(dòng)強度，而且還進(jìn)一步縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，為企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟效益。從目前的總體情況上看，智能化、網(wǎng)絡(luò )化已成為數字技術(shù)的主流發(fā)展方向，因此，在未來(lái)一段時(shí)期，應當重點(diǎn)加大數字技術(shù)智能化和網(wǎng)絡(luò )化的開(kāi)發(fā)與研究力度，并在實(shí)際應用中進(jìn)行推廣，使其能夠更好地為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)服務(wù)，這對于我國工業(yè)的穩定、持續發(fā)展意義重大。
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