數(shù)字技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用與創(chuàng)新

張 玉，喬征瑞

(鄭州工商學(xué)院，河南 鄭州 451400)

0 引 言

在21世紀(jì)初，數(shù)字技術(shù)得到了前所未有的快速發(fā)展，這使得工業(yè)、醫(yī)療、科研乃至人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活都發(fā)生了極大轉(zhuǎn)變。現(xiàn)階段，隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，涉足工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，見(jiàn)圖1。作為工業(yè)信息化發(fā)展下的高新科技產(chǎn)品，工業(yè)電氣自動(dòng)化的重要性不言而喻，但不論是在電力電子技術(shù)開(kāi)發(fā)，還是電力系統(tǒng)應(yīng)用等方面的研發(fā)工作，均離不開(kāi)數(shù)字化技術(shù)的支持。而數(shù)字化技術(shù)也是具有運(yùn)算簡(jiǎn)便、程序清晰等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)電氣自動(dòng)化方面的廣泛應(yīng)用已成大勢(shì)所趨，筆者就其具體應(yīng)用展開(kāi)深入的探討分析。

圖1 數(shù)字技術(shù)在部分行業(yè)的應(yīng)用圖示

1 工業(yè)電氣自動(dòng)化中數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)概述

縱觀工業(yè)電氣自動(dòng)化的發(fā)展本質(zhì)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)融合滲透的產(chǎn)物，在數(shù)字化技術(shù)等一系列先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的支撐下，表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1.1 數(shù)字技術(shù)可靠性高

數(shù)字技術(shù)的可靠性則表現(xiàn)為精確性及廣泛性2方面，具體而言，工業(yè)電氣領(lǐng)域由符合既定邏輯的相關(guān)數(shù)據(jù)組成指令，且這一指令在發(fā)揮指導(dǎo)作用時(shí)也具有智能化的特征，這也極大的提升了整個(gè)系統(tǒng)的可靠度。由此可見(jiàn)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，數(shù)字技術(shù)各種精確的信息數(shù)據(jù)均是保障工業(yè)電氣生產(chǎn)工作高效安全的重要內(nèi)容。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前數(shù)字技術(shù)于該領(lǐng)域的普及率也是高達(dá)70%以上，眾多的工業(yè)儀器儀表等也均實(shí)現(xiàn)了由模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變。

1.2 數(shù)字技術(shù)可操作性強(qiáng)

具體分析可知，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用流程頗為簡(jiǎn)潔，相關(guān)工作人員只需做好命令傳達(dá)工作。目前數(shù)字技術(shù)于工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也是愈發(fā)廣泛，其不僅具有較強(qiáng)的邏輯性，同時(shí)也能為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極大的便利。例如，數(shù)字化技術(shù)可以幫助工業(yè)電氣領(lǐng)域較好的識(shí)別數(shù)據(jù)量及模擬信號(hào)正常與否，這一功能也幫助企業(yè)有效減少了操作失誤，進(jìn)而避免造成資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。此外，數(shù)字技術(shù)也是涉及微電子技術(shù)的相關(guān)操作及應(yīng)用，這也為電氣自動(dòng)化中電子技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件，因而在一定程度上推動(dòng)了工業(yè)產(chǎn)業(yè)信息化及自動(dòng)化建設(shè)之發(fā)展。

1.3 數(shù)字技術(shù)性價(jià)比高

從性價(jià)比來(lái)看，數(shù)字技術(shù)于工業(yè)電氣領(lǐng)域的應(yīng)用也是極富優(yōu)勢(shì)，其幫助工業(yè)電氣自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了自查、自診斷等系列功能，且具有智能化及標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)勢(shì)，均使得工業(yè)生產(chǎn)成本及質(zhì)量得到了有效控制，因而性價(jià)比方面也呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。具體而言，數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用也在一定程度上為工業(yè)電氣領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，諸如化學(xué)儀器分析中，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用既可以通過(guò)控制環(huán)境及條件以為樣品測(cè)試提供既定環(huán)境，同時(shí)也具備定位、在線分析等功能，即可以有效把控相關(guān)信息數(shù)據(jù)的輸入輸出，進(jìn)而快速的完成相應(yīng)的操作服務(wù)。對(duì)于一些難以測(cè)試的化學(xué)儀器而言，也可以通過(guò)儀器、技術(shù)的聯(lián)用更好的分析復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，這一處理方式也極大的提升了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性?？傊?，自動(dòng)化技術(shù)于工業(yè)電氣自動(dòng)化方面的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)顯著，不論是性價(jià)比還是可操作性，都是數(shù)字技術(shù)能夠在工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)一步推廣應(yīng)用的重要因素。

2 數(shù)字技術(shù)在工業(yè)電氣中的具體應(yīng)用分析

在了解了數(shù)字技術(shù)于工業(yè)電氣領(lǐng)域運(yùn)用優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解其具體的應(yīng)用情況。據(jù)悉，現(xiàn)階段工業(yè)電氣中數(shù)字技術(shù)應(yīng)用十分普遍，主要表現(xiàn)為在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的應(yīng)用等，相應(yīng)的自動(dòng)化控制操作儀器見(jiàn)圖2。

圖2 自動(dòng)化控制操作儀圖示

2.1 數(shù)字技術(shù)在智能化電氣系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用

具體分析可知，數(shù)字技術(shù)在工業(yè)電氣中的作用如下，即數(shù)據(jù)傳遞是通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)和智能系統(tǒng)之間的連接所實(shí)現(xiàn)的。與此同時(shí)，其也將借助于總線將智能化儀表、斷路器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，這一操作方式變簡(jiǎn)化了工業(yè)電氣生產(chǎn)的設(shè)備構(gòu)成?；诖?，相關(guān)工作人員可以在工業(yè)生產(chǎn)控制室下達(dá)生產(chǎn)指令，即無(wú)需親自到現(xiàn)場(chǎng)便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工業(yè)電器系統(tǒng)的控制，保證其能夠自動(dòng)完成正常運(yùn)行。目前已有公司研發(fā)了有關(guān)工業(yè)電氣自動(dòng)化控制的相關(guān)軟件，諸如ITA博途軟件便具備通信、診斷等各方面功能，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，為了達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常需要將工業(yè)電氣生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行連接，以此最大化的提升生產(chǎn)運(yùn)行效率。

2.2 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)

數(shù)字技術(shù)具有較強(qiáng)的邏輯判斷能力，利用這一能力便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中相關(guān)信息資源的分類分享，由此便可以大幅度提高程序的使用率。具體而言，數(shù)字技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展下的產(chǎn)物，其可以有效利用計(jì)算機(jī)靈活的操作系統(tǒng)以提高整體的工作效率，于工業(yè)電氣領(lǐng)域而言，亦可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的改善?；诖耍覈?guó)目前也是十分重視數(shù)字技術(shù)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的應(yīng)用，這對(duì)于工業(yè)電氣自動(dòng)化而言，無(wú)疑也是極大的發(fā)展機(jī)遇。此外，數(shù)字技術(shù)也可以借助工業(yè)生產(chǎn)中央控制器來(lái)顯示數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，這對(duì)于工業(yè)電氣自動(dòng)化的發(fā)展有著很大的幫助。例如，當(dāng)使用儀器檢測(cè)某一樣品時(shí)，若是運(yùn)用了數(shù)字技術(shù)，則可以于較短的時(shí)間內(nèi)便完成對(duì)樣品數(shù)據(jù)的分析及結(jié)果評(píng)估操作，這就有效提高了工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)整體的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 數(shù)字技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化企業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例

當(dāng)前數(shù)字技術(shù)于工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用已是頗為廣泛，此處以企業(yè)實(shí)例應(yīng)用進(jìn)行分析，從而對(duì)數(shù)字技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用有更為清晰的認(rèn)識(shí)。具體如下：所選單位下屬企業(yè)有如下生產(chǎn)線運(yùn)用了數(shù)字技術(shù)，即機(jī)械廠的同心牌塔機(jī)、大隊(duì)的供配電及高層電梯等，這些產(chǎn)品均于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中融入了數(shù)字技術(shù)。其中塔機(jī)主要是在起重量限位、起升限位等方面實(shí)現(xiàn)了數(shù)字監(jiān)控，即運(yùn)用傳感器采集塔機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)信息，并借助放大器、數(shù)字轉(zhuǎn)換、單片機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，最后則是通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入、輸出轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制?；谏鲜隹刂圃硭O(shè)計(jì)的塔機(jī)控制系統(tǒng)成本也是偏低的，通?？梢钥刂圃? 000以內(nèi)，因而該單位也是大幅度推廣該控制系統(tǒng)的應(yīng)用，由此也極大的提升了塔機(jī)的整體性能。在高層電梯中，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用主要是在編程控制器方面，即可以通過(guò)編程控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)高層電梯運(yùn)行的自動(dòng)化控制，這一系統(tǒng)可靠性高，且程序的設(shè)計(jì)也是十分方便?，F(xiàn)如今，公司內(nèi)在進(jìn)行PLC的設(shè)計(jì)時(shí)，通常也是借助圖形語(yǔ)言等編程方式，運(yùn)用這一方式的初衷即公司內(nèi)電氣技術(shù)人員多具有較強(qiáng)的讀圖能力，因而基于此進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，勢(shì)必更易于技術(shù)人員接受，在編程方面也是靈活易于修改。

3 數(shù)字技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的創(chuàng)新探究

3.1 使用光纖連接方案

光纖連接方式的應(yīng)用，可有效幫助工業(yè)電氣領(lǐng)域完成數(shù)據(jù)采集處理工作，由于在此過(guò)程中借助智能終端及間隔層進(jìn)行操作，顯著增強(qiáng)了數(shù)字技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的可靠性。具體從工業(yè)電氣自動(dòng)化的角度出發(fā)，可知其運(yùn)作情況與程序接口標(biāo)準(zhǔn)化程度密切相關(guān)，因而如何解決該領(lǐng)域PC平臺(tái)所存在的相關(guān)問(wèn)題便成為重點(diǎn)所在。與此同時(shí)，在數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域電氣自動(dòng)化中時(shí)，相關(guān)工作人員確定通訊功能建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，通?？蛇x用IP或是TCP，一旦確定建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必能有效解決其實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中可能遇到的諸多問(wèn)題。

3.2 巧妙運(yùn)用GOOSE虛端子

GOOSE虛端子的有效應(yīng)用，很大程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)二次回路的改良，同時(shí)也為用戶在工業(yè)相關(guān)工程調(diào)試運(yùn)行時(shí)提供了便利。GOOSE技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化方面的創(chuàng)新表現(xiàn)在：①GOOSE技術(shù)于自動(dòng)化系統(tǒng)線路保護(hù)裝置、控制裝置等方面的運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、全線路的有效控制，這也使之具備了跳閘合閘的基本功能，進(jìn)而可以保障整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的安全；②GOOSE虛端子技術(shù)大致上已成為二次回路的替代品，由此也使得溫度測(cè)試、信號(hào)管理等相關(guān)操作更為便捷，且整個(gè)過(guò)程都是借助智能終端完成的，因而節(jié)省了大量的人力物力，數(shù)據(jù)的處理分析效率大幅度提升；③GOOSE網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際使用的過(guò)程中也具備簡(jiǎn)潔方便等優(yōu)勢(shì)，因而其測(cè)控遙控、跳閘保護(hù)等功能的執(zhí)行也是快速精準(zhǔn)，這也為工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)用提供了數(shù)據(jù)支撐。

3.3 數(shù)字技術(shù)在工業(yè)企業(yè)中的創(chuàng)新應(yīng)用

以上述企業(yè)塔機(jī)為例進(jìn)行分析，塔機(jī)所裝配的智能監(jiān)控系統(tǒng)即是對(duì)其自身運(yùn)行及周邊環(huán)境進(jìn)行有效保護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，PC104可以有效獲取塔吊的運(yùn)行信息，后續(xù)則通過(guò)無(wú)線電發(fā)送至PC機(jī)端，PC機(jī)則主要負(fù)責(zé)處理所獲取的塔吊相關(guān)信息，處理完畢后則會(huì)將所得到的結(jié)果發(fā)送至塔吊安全運(yùn)行控制系統(tǒng)，即PC104系統(tǒng)，進(jìn)而通過(guò)自動(dòng)化控制保證塔吊的安全運(yùn)行?；诂F(xiàn)有條件，擬結(jié)合無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)及三維立體計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用，其中在舊技術(shù)條件下，數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)功率為2 W，其抗干擾能力偏弱，且運(yùn)行速度較慢，僅為100 MS。而借助無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)，則完成了星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的融合，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)塔式起重機(jī)的自主進(jìn)出，且網(wǎng)絡(luò)通訊也具有斷電保護(hù)、高抗干擾等諸多性能。綜合分析可知，新型的無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)傳輸功耗低于100 MW，最高速率為15 MS，且聯(lián)網(wǎng)總數(shù)高達(dá)100臺(tái)，在一定程度上利于對(duì)塔群的安全管控。

4 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字技術(shù)作為文章研究的重點(diǎn)，全文結(jié)合其在工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新展開(kāi)研究，據(jù)此可知，現(xiàn)階段數(shù)字技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)愈發(fā)廣泛，且在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，數(shù)字技術(shù)都將保持其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)電氣及其他諸多領(lǐng)域充分發(fā)揮作用，保障生產(chǎn)安全，提升生產(chǎn)效率?；诖耍惨笙嚓P(guān)企業(yè)及研究人員進(jìn)一步加強(qiáng)該技術(shù)的改革創(chuàng)新，以此促進(jìn)我國(guó)數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展。