工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)字化創(chuàng)新應(yīng)用

王嬌+任艷

摘要：自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)深入到人類生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在工業(yè)生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量采集、傳遞以及處理等過程，都可以采用相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本文淺析了工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)字化的發(fā)展歷程及工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)字化的特點(diǎn)，以及工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的數(shù)字化創(chuàng)新應(yīng)用的新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)；數(shù)字技術(shù)；計(jì)算機(jī)技術(shù)；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：TN830 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0007-01

1 工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展

30年代到50年代初期，工業(yè)控制系統(tǒng)主要由模擬單回路控制向監(jiān)督控制的轉(zhuǎn)換；50年代中后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)中；60年代，出現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)完全替代模擬控制的控制系統(tǒng)，即直接數(shù)字控制（DDC），模擬PID控制變成了數(shù)字PID控制；60年代后期，可編程控制器（PLC）出現(xiàn)；70年代中期，隨著微處理器的問世和快速發(fā)展，通過多臺(tái)微處理器共同分散控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集中管理的集散控制系統(tǒng)（DCS），分布式控制器，集中CRT監(jiān)視；90年代，模擬信號(hào)傳輸逐步被數(shù)字通信代替，集散控制系統(tǒng)（DCS）朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）方向發(fā)展。

2 工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)字化的特點(diǎn)

數(shù)字化就是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼，引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程。傳統(tǒng)的模擬技術(shù)處理的都是連續(xù)變化的物理量，更貼近自然與生活，而數(shù)字技術(shù)處理的則是在時(shí)間和幅值上均為離散狀態(tài)的信號(hào)?，F(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)并不能處理模擬信號(hào)，要求將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。

3 工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)字化創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 光纖技術(shù)的運(yùn)用

光纖作憑借其低損耗、高速率的特點(diǎn)在重要的信息傳遞上逐漸替代了傳統(tǒng)的光纜等技術(shù)。在連接各端口時(shí)，采用光纖作為傳輸通道，采集和控制數(shù)據(jù)，大大提升了數(shù)據(jù)的利用率，也提高了數(shù)字技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用和精密操控方面的可行性與可靠性。此外，光纖技術(shù)與TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合，高效的連接了MES和ERP系統(tǒng)，從而解決了個(gè)人計(jì)算機(jī)中平臺(tái)自動(dòng)化的問題。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與快速，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化中對(duì)于精密操控的要求，同時(shí)也促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化的程序接口的應(yīng)用，保證了工業(yè)自動(dòng)化運(yùn)行的優(yōu)良品質(zhì)。

3.2 智能終端技術(shù)的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)過程中，用光纖作為連接設(shè)備，再通過智能終端設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的收集和控制，從而省略了傳統(tǒng)方式中用模擬技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，將連續(xù)性信號(hào)變?yōu)殡x散性信號(hào)的過程。同時(shí)，加入多種讀取輸入方式，對(duì)于各方的不同錄入方式自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)一。免去了統(tǒng)一各種錄入方式的麻煩。此外，設(shè)立雙重設(shè)備，一個(gè)負(fù)責(zé)正常的處理工作，另一個(gè)則對(duì)于突發(fā)狀況，如跳閘等進(jìn)行緊急處理，規(guī)避了因意外情況的發(fā)生而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。

3.3 高智能傳感器的應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的心臟是新一代高級(jí)智能傳感器，它讓產(chǎn)品生產(chǎn)線持續(xù)運(yùn)行，通過低延遲和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，連接至高性能可編程邏輯控制器（PLC）以及人機(jī)界面（HMI）系統(tǒng)。高速、可靠的傳感器必須非常迅速（數(shù)毫秒甚至更快）地監(jiān)控或者測量生產(chǎn)線的各種狀態(tài)。之后，網(wǎng)絡(luò)必須以最小時(shí)間的延遲、且不中斷生產(chǎn)的情況下，傳輸這種信息。需要大量的工業(yè)通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)所要求的關(guān)鍵通信性能，另外，如PLC等處理元件必須正確地實(shí)時(shí)響應(yīng)，否則會(huì)影響生產(chǎn)率。

3.4 虛端子技術(shù)的混合使用

GOOSE、SV信號(hào)輸入輸出信號(hào)與傳統(tǒng)屏柜的端子存在著對(duì)應(yīng)的關(guān)系，為了便于分辨和理解，我們將這些信號(hào)稱為虛端子。虛端子技術(shù)，多用于自動(dòng)化系統(tǒng)的智能、保護(hù)和測控裝置中，通過對(duì)傳統(tǒng)的二次回路進(jìn)行改良，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站的線路、開關(guān)等全方位的遠(yuǎn)程控制，明確了數(shù)字化站內(nèi)的裝置如開入、開出、模擬量等之間的連接關(guān)系，從而提升了自動(dòng)化系統(tǒng)的智能性與高效性。同時(shí)，對(duì)信號(hào)管理與傳輸?shù)刃畔⒌瓤刂齐y度降低，減少了對(duì)人工成本的要求。通過面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录夹g(shù)的使用，優(yōu)化工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)中的層次性和結(jié)構(gòu)性，在中央系統(tǒng)的集中化管理中也起到了促進(jìn)作用。

4 結(jié)語

數(shù)字技術(shù)的井噴式發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用正在逐漸改變?nèi)藗兊纳?、生產(chǎn)和思維的方式，人們對(duì)于數(shù)字產(chǎn)品的要求也在逐漸提升。同時(shí)，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，更高效和輕便的數(shù)字電子產(chǎn)品也是技術(shù)發(fā)展必然的產(chǎn)物。運(yùn)用數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)推動(dòng)工業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程，考穩(wěn)定性、高可靠性與高開放性將是今后控制系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。

參考文獻(xiàn)

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