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工業(yè)自動化中數(shù)字技術創(chuàng)新應用論文
1 數(shù)字技術概述
數(shù)字技術是第三次工業(yè)革命下的產(chǎn)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(zhuǎn)化為計算機能夠識別的二進制數(shù)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(shù)碼技術或是數(shù)字控制技術。數(shù)字技術剛剛出現(xiàn)時，主要應用領域為工業(yè)設計和制造，參數(shù)化設計是該技術的具體體現(xiàn)，是數(shù)字技術輔助設計發(fā)展到一定程度后出現(xiàn)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(shù)字技術現(xiàn)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(shù)字技術的特點進行介紹。
計算機技術的普及為數(shù)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(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。早期，數(shù)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(fā)與利用、原子能等等。大體上可將數(shù)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(shù)字技術最為顯著的特點之一，當某種元件具有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)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(jié)構(gòu)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(shù)具有較大的分散性，只要能夠區(qū)分兩種截然不同的狀態(tài)即可。數(shù)字技術的這一特點使數(shù)字電路集成化的實現(xiàn)變?yōu)榭赡堋?/p>
1.2 精度高、抗干擾能力強
由于數(shù)字技術加工處理及傳輸?shù)亩际嵌敌畔�，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(shù)字技術還能以增加二進制數(shù)的數(shù)位來提高運算精度。此外，與常規(guī)的信號相比，數(shù)字信號更容易實現(xiàn)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(shù)字技術中，可以通過相應的軟件對一些重要的數(shù)據(jù)信息進行加密處理，極大程度地提高信息的安全性。同時，數(shù)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(shù)字系統(tǒng)，為其在各個領域的應用提供了可能。
2 工業(yè)自動化的特點
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。為了進一步提高工業(yè)生產(chǎn)效率，工業(yè)自動化的概念被提出。所謂的工業(yè)自動化實質(zhì)上就是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，以各種參數(shù)的控制為主要目的，實現(xiàn)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(chǎn)。簡而言之，工業(yè)自動化就是工業(yè)能夠進行自動生產(chǎn)的過程，其現(xiàn)已成為提高勞動生產(chǎn)效率的重要手段之一。通過工業(yè)自動化能夠?qū)崿F(xiàn)以下目標：提高工業(yè)生產(chǎn)過程的安全性、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)自動化系統(tǒng)分為以下幾種，即生產(chǎn)管理級、工藝過程和設備控制級、檢測驅(qū)動級。其中涉及的關鍵技術包括計算機技術、通信技術、網(wǎng)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(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化就必須將各種現(xiàn)代技術進行綜合運用，這也是工業(yè)自動化技術的主要特點之一。從現(xiàn)場控制的層面上講，工業(yè)自動化系統(tǒng)可分為檢測、控制以及驅(qū)動三類系統(tǒng)，這三類系統(tǒng)既獨立存在，又相互關聯(lián)，想要實現(xiàn)工業(yè)自動化，三類系統(tǒng)缺一不可，而數(shù)字技術是這三類系統(tǒng)構(gòu)建的基礎。
3 數(shù)字技術在工業(yè)自動化中的應用創(chuàng)新
3.1 數(shù)字技術在工業(yè)自動化生產(chǎn)中的應用優(yōu)勢
3.1.1 可靠性高
以數(shù)字技術為基礎構(gòu)建起來的控制系統(tǒng)，極大程度地減少了冗雜的設備與技術，不但使系統(tǒng)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(yè)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(shù)字技術在工業(yè)自動化生產(chǎn)中的應用，確保了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運行，以數(shù)字技術構(gòu)建起來的監(jiān)控平臺能夠?qū)ιa(chǎn)中的主要電氣設備的運行狀況進行實時監(jiān)測與控制，并在終端計算機上顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場操作人員調(diào)整生產(chǎn)過程提供了詳實、準確、可靠的依據(jù)。同時數(shù)字監(jiān)測控制系統(tǒng)的構(gòu)建成本較低，但它的應用卻能夠有效提高生產(chǎn)效率，減輕人員的勞動強度。
3.1.3 可操作性強
計算機技術是數(shù)字技術的核心和基礎，絕大部分數(shù)字控制系統(tǒng)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(yè)知識，這使得對數(shù)字控制系統(tǒng)的操作變得非常簡單。
3.2 數(shù)字技術在工業(yè)自動化中的常規(guī)應用
3.2.1 DCS系統(tǒng)的應用
DCS又被稱之為集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)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，我國進一步加大了對DCS技術的研究力度，取得了長足進步，國內(nèi)自主研發(fā)的DCS系統(tǒng)已經(jīng)趕超國際先進水平。從DCS在工業(yè)生產(chǎn)中的應用情況上看，該系統(tǒng)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(tǒng)，雖然FCS系統(tǒng)的發(fā)展速度也比較快，但傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護、升級改造還需要DCS系統(tǒng)來實現(xiàn)，可以說DCS系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，為工業(yè)自動化的實現(xiàn)提供了強有力的技術支撐。目前，國內(nèi)工業(yè)控制計算機的生產(chǎn)過程呈現(xiàn)出大系統(tǒng)、控制對象分散的發(fā)展趨勢，為了滿足生產(chǎn)需要，DCS系統(tǒng)也逐步向大型化、分散控制的方向發(fā)展。不僅如此，在數(shù)據(jù)通信技術和網(wǎng)絡技術不斷發(fā)展的推動下，DCS系統(tǒng)將各種調(diào)節(jié)器、PLC、PC和NC組合在一起，構(gòu)成了一個綜合的大系統(tǒng)，滿足了工業(yè)生產(chǎn)自動化和開放化的要求。在未來一段時期，DCS系統(tǒng)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?qū)Τ绦蜻M行編輯，從而實現(xiàn)運算、控制等操作指令，并通過數(shù)字或是模擬量等方式對工業(yè)生產(chǎn)過程進行控制。由于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相對比較復雜，對控制系統(tǒng)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(yè)生產(chǎn)中各種復雜環(huán)境的要求。隨著工業(yè)生產(chǎn)逐步向自動化方向轉(zhuǎn)變，對PLC的需求量不斷增大，這在一定程度上促進了PLC的發(fā)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(tǒng)當中，為工業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)代信息的重要組成部分之一，也是實現(xiàn)設備數(shù)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，它的特點是功能強大、信息采集速度快、容量大�，F(xiàn)階段，傳感器在傳統(tǒng)行業(yè)中的應用越來越廣泛，而在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中，傳感器性能的優(yōu)劣直接決定著自動化控制水平的高低。隨著工業(yè)生產(chǎn)對傳感器性能要求的不斷提高，使得傳感器技術逐步朝著微型化、智能化、高精度、低能耗、高可靠性的方向發(fā)展，給工業(yè)自動化控制提供了一大助力。
3.3 數(shù)字技術在工業(yè)自動化中的創(chuàng)新應用
3.3.1 GOOSE的創(chuàng)新應用
相關研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)的二次回路存在一定的缺陷，具體體現(xiàn)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(yōu)化改進后，可以使上述缺陷獲得有效解決。GOOSE是數(shù)字技術在設備設計應用上的一次重要革命，為設備最優(yōu)化設計目標的實現(xiàn)提供了可能�，F(xiàn)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(fā)現(xiàn)，GOOSE技術已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的二次回路，這使得信號管理和設備調(diào)整變得更加方便。GOOSE在工業(yè)電氣自動化中的創(chuàng)新應用主要體現(xiàn)在如下幾個方面：①應用GOOSE虛端子對傳統(tǒng)的二次回路進行改進，可以使工程調(diào)試更加容易理解。②GOOSE網(wǎng)為雙網(wǎng)配置，相關接口全部集中到一起，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
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)絡實現(xiàn)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)自動化中獲得普及應用，現(xiàn)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(shù)據(jù)進行分析處理，根據(jù)相關結(jié)果制定合理可行的控制措施。想要進一步提高數(shù)字技術在工業(yè)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(tǒng)的運行可靠性。
結(jié)語
總而言之，隨著科學技術水平的不斷提高，使得數(shù)字技術獲得了長足發(fā)展和進步，其在工業(yè)自動化中的應用也日益普及。大量的實踐證明，數(shù)字技術在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動化控制，提高了生產(chǎn)效率，減輕了人員的勞動強度，而且還進一步縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。從目前的總體情況上看，智能化、網(wǎng)絡化已成為數(shù)字技術的主流發(fā)展方向，因此，在未來一段時期，應當重點加大數(shù)字技術智能化和網(wǎng)絡化的開發(fā)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(yè)自動化生產(chǎn)服務，這對于我國工業(yè)的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展意義重大。
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