電子信息化技術(shù)在工業(yè)電氣自動化中的應(yīng)用

沈 靜

（湖北科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院,湖北 咸寧 437100）

當(dāng)前，我國計算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，微電子技術(shù)不斷得到突破，工業(yè)電氣自動化在電子信息技術(shù)的推動下，朝著更深更廣的方向發(fā)展，為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。在電子信息技術(shù)的應(yīng)用下，工業(yè)電氣自動化生產(chǎn)效率得到提升，還極大地促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)水平的增長，對提高綜合國力意義重大。

1 電子信息技術(shù)概念與特點

電子信息技術(shù)是指利用計算機(jī)技術(shù)用0與1兩個數(shù)字對信息進(jìn)行編碼，依靠光纜或者通信衛(wèi)星傳輸和處理。本文以數(shù)字技術(shù)為例，其在電子信息技術(shù)中處于核心地位，可通過多樣化形式傳遞信息，如圖像、語音、字符等。在電子信息技術(shù)誕生前，此類信息媒體間的交流受阻，且信息量較少，通過該項技術(shù)的應(yīng)用能使彼此間的聯(lián)系更加緊密，有效擴(kuò)充信息量，在實際應(yīng)用中具有以下特點。

操作簡便。該項技術(shù)操作簡單，可準(zhǔn)確鑒別和計算模擬量與數(shù)字量，降低人力、物力等資源的投入力度。在實際應(yīng)用中，只需傳達(dá)和指示相關(guān)命令，便可實現(xiàn)自動化開展，通過微波、電纜、光纖等傳遞信息。同時，微電子技術(shù)的應(yīng)用讓越來越多的企業(yè)意識到電子信息技術(shù)的價值，使電氣自動化在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展前景更加光明。

功效卓越。電子信息技術(shù)的應(yīng)用不但可提高電氣自動化的應(yīng)用效率，還支持自用自查，使工業(yè)生產(chǎn)更加標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，節(jié)約大量成本投入，使生產(chǎn)質(zhì)量得到切實保障。開放系統(tǒng)在工業(yè)電氣生產(chǎn)中的應(yīng)用，有助于生產(chǎn)技術(shù)更新?lián)Q代、效率提升，將該項技術(shù)的性價比優(yōu)勢充分體現(xiàn)出來。例如，在工業(yè)電氣運行中，傳統(tǒng)變電站被賦予數(shù)字化特征，依靠微機(jī)采集和配置相關(guān)硬件，促進(jìn)數(shù)字化程度提升，減少設(shè)備占用的空間，為生產(chǎn)運行提供更多便利，還可減少成本投入，為自我管控提供更多便利[1]。

安全可靠。電子信息技術(shù)包含電氣系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等內(nèi)容，在應(yīng)用期間不但可減少一般設(shè)備應(yīng)用量，還可提高靈活性、便捷性與準(zhǔn)確性。現(xiàn)階段，工業(yè)電氣中光纖網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字互感器等日益普及，可使工業(yè)生產(chǎn)更加安全高效，例如，儀器儀表數(shù)字化發(fā)展，可提高平衡性與準(zhǔn)確性，獲得廣闊的應(yīng)用前景。

2 電子信息技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用措施

與國外相比，我國電子信息技術(shù)起步較晚，開發(fā)利用時間較短，人才與規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)短缺，限制了其在工業(yè)電氣領(lǐng)域的應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，需要通過完善程序化操作、提高智能安裝效率、科學(xué)應(yīng)用虛端子等方式，使電氣自動化得以優(yōu)化創(chuàng)新，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高速發(fā)展。

2.1 完善程序化操作

為提高電氣自動化效率，應(yīng)對程序化操作進(jìn)行完善，具體措施如下。一是提高調(diào)度命令準(zhǔn)確度，針對審核通過的票據(jù)，可先存儲在計算機(jī)內(nèi)，再設(shè)置直觀形象的人工界面，最后設(shè)置開關(guān)、閘刀等安全設(shè)備。通過上述程序可完善系統(tǒng)功能，促進(jìn)自動化水平提升。其次，對工作狀態(tài)進(jìn)行模擬，通過系統(tǒng)功能測試使操作更加安全穩(wěn)定。在上述操作完畢后，便可實現(xiàn)無人值班、自動運行。在實際工作中，還要保證設(shè)備與外界裝置的有效銜接，提高信息技術(shù)利用率，確保自動化操作高效運行。在上述操作完畢后，系統(tǒng)運行得以完善，能促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的順利開展[2]。

2.2 提高智能安裝效率

在電氣自動化運行中，依靠光纖技術(shù)可促進(jìn)智能安裝效率提升。在現(xiàn)實操作中，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)信息的收集與利用，對間隔層、智能終端進(jìn)行正確操作，以完成各項工作目標(biāo)[3]。在終端操作期間，還要配備相應(yīng)裝置，使安全跳閘、測控遙控與信息傳輸?shù)玫角袑嵄Ｕ?，實現(xiàn)電氣自動化；還應(yīng)對程序接口進(jìn)行改良，使PC平臺、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)間的連接更加便捷，維護(hù)連接穩(wěn)定性，可采用TCP/IP通信標(biāo)準(zhǔn)，完善電氣自動化程序。依靠上述操作可滿足用戶在軟硬件方面的需求，加快信息傳輸速度，實現(xiàn)PC平臺自動化目標(biāo)。對此，在實踐期間應(yīng)注重智能安裝，充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢，促進(jìn)工業(yè)自動化迅猛發(fā)展[4]。

2.3 合理應(yīng)用虛端子

在電氣自動化應(yīng)用中，虛端子GOOSE的作用不容小覷，主要體現(xiàn)在測控裝置與智能終端方面，二者應(yīng)做到實時數(shù)據(jù)連接。在現(xiàn)實應(yīng)用中，通過對虛端子的科學(xué)使用可促進(jìn)裝置操作效率提升，科學(xué)掌控線路、接口、開關(guān)等內(nèi)容，實現(xiàn)裝置保護(hù)、遠(yuǎn)程遙控，結(jié)合實際需求靈活調(diào)整檔位，使不同信號均得到有效處理。同時，還可利用虛端子進(jìn)行溫度測量，使操作活動能夠順利開展。受虛端子特點影響，其在電氣工作中的創(chuàng)新作用更加顯著，通過合理應(yīng)用，可充分實現(xiàn)智能化目標(biāo)[5]。

2.4 采用光纖連接

電子信息技術(shù)應(yīng)用期間，采用間隔層與智能終端完成數(shù)據(jù)采集與分析工作。在電氣自動化應(yīng)用中，可通過光纖連接的方式強(qiáng)化電子信息技術(shù)在自動化中的可靠性，由此提高精準(zhǔn)率。此外，自動化運行還應(yīng)創(chuàng)建程序接口，并對接口實施標(biāo)準(zhǔn)化處理，確保PC平臺自動化，對ERP與MES系統(tǒng)間的連接問題進(jìn)行處理，將通信標(biāo)準(zhǔn)定義為TCP/IP。通過標(biāo)準(zhǔn)化接口滿足用戶需求，由此提高軟硬件數(shù)據(jù)的交換率，促進(jìn)通信質(zhì)量提升，使智能結(jié)果得以優(yōu)化。

3 工業(yè)焊接控制平臺通信系統(tǒng)設(shè)計

在工業(yè)系統(tǒng)創(chuàng)建中，現(xiàn)場總線技術(shù)得到普及應(yīng)用。為滿足系統(tǒng)通信需求，實現(xiàn)短期內(nèi)信息快速傳輸?shù)哪繕?biāo)，實時通信顯得十分必要，可及時解決工業(yè)生產(chǎn)中遇到的突發(fā)情況。實時系統(tǒng)是在電子信息技術(shù)的支持下研發(fā)的，當(dāng)事件或數(shù)據(jù)一起產(chǎn)生時，可迅速反饋給上級，并第一時間將結(jié)果傳遞給用戶，幫助其解決問題，確保系統(tǒng)運算結(jié)果準(zhǔn)確，維護(hù)系統(tǒng)正常運行。

3.1 通信協(xié)議選擇

TCP/IP屬于面向連接的通信協(xié)議，代表數(shù)據(jù)在電子設(shè)備內(nèi)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，同時也使互聯(lián)網(wǎng)的接入標(biāo)準(zhǔn)得以確定。從協(xié)議分層模型層面來講，TCP/IP協(xié)議可分為四個層次，每層需求均由下一級支持網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。該協(xié)議為面向連接，只適用于點與點間的通信，且要通過三次動作創(chuàng)建連接，在通信完畢后會解除連接。端口連接的方式包括兩種：一種為TCP服務(wù)器被動開啟連接；另一種為TCP客戶端主動開啟連接。服務(wù)器內(nèi)的接收連接應(yīng)創(chuàng)建端口連接，使其穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。TCP需要將雙方IP地址與端口號連接起來，依靠端口連接完成數(shù)據(jù)傳輸與交換。在TCP穩(wěn)定度方面，主要包括以下幾種形式。

TCP可將數(shù)據(jù)劃分為不同數(shù)據(jù)塊，當(dāng)其運輸出一個數(shù)據(jù)包后，便可開啟定時裝置，準(zhǔn)備接收目標(biāo)端的認(rèn)定結(jié)果。如果接收到源于其他點的連接數(shù)據(jù)，就會發(fā)出一個確認(rèn)；如果未能接收到數(shù)據(jù)或者未及時傳輸確認(rèn)，TCP就會重新發(fā)送該報文段。TCP還帶有延時確認(rèn)功能，如果該功能尚未開啟，就立即確定；如果該功能開啟，定時器就會對時間點進(jìn)行確定。

TCP將始終保持首部與數(shù)據(jù)檢驗之和，檢驗和為點與點間，在傳輸圖內(nèi)主要檢驗數(shù)據(jù)中的全部改變。如若接收信息的檢驗和不正確，則TCP便會拋棄該報文段，不會對其確認(rèn)接收。

TCP還具有流量控制功能，與之連接的各個點均帶有特定緩沖區(qū)。TCP接收端只可容忍其接收的緩沖數(shù)據(jù)，這也會影響主機(jī)緩沖區(qū)流出。因TCP具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，所創(chuàng)建的連接網(wǎng)也可促進(jìn)信息高效傳輸。如若電路與計算機(jī)間想要相互通信，便要依靠協(xié)議轉(zhuǎn)換器來完成，使通信傳輸更加實時可靠。

3.2 DSP程序總體設(shè)計

結(jié)合用戶的現(xiàn)實需求，利用電子信息技術(shù)創(chuàng)建工業(yè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要具備以下功能：一是可同時操控平臺內(nèi)的各項設(shè)備，有多樣化模塊分布；二是具有數(shù)據(jù)實時處理能力；三是在焊接期間會產(chǎn)生較大的電磁干擾，該系統(tǒng)應(yīng)擁有較強(qiáng)的抗干擾能力；四是系統(tǒng)平臺內(nèi)模塊數(shù)量較多，信息交流量較大，控制較為復(fù)雜，應(yīng)具有強(qiáng)大的運算能力。為滿足上述功能要求，最大限度減少空間資源占用，可利用各部分中斷的方式，單獨對局部進(jìn)行修正和升級，以免整個平臺出現(xiàn)紊亂，甚至在特殊場合可利用獨立節(jié)點來完成。該系統(tǒng)中主控軟件如圖1所示。

圖1 DSP軟件結(jié)構(gòu)

3.3 實驗程序設(shè)計

現(xiàn)有焊接系統(tǒng)普遍以單片機(jī)為核心，利用RS232串行接口通信，針對面板操作、主流控制等設(shè)計獨立模塊，不同模塊間利用兩路RS485總線通信。因8位單片機(jī)的運算速度較慢，無法實現(xiàn)多項功能集成，且節(jié)點數(shù)量眾多。RS485總線為半雙工結(jié)構(gòu)，在相同時間僅支持接收或者傳輸信息?？偩€網(wǎng)絡(luò)采用主從結(jié)構(gòu)，禁止多條信息同時傳輸，也難以達(dá)到準(zhǔn)確判斷要求。對此，本系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理器，核心主控器芯片為TMS320F2812，使計算能力更強(qiáng)，其指令周期較短，僅為6.67 ns，且主頻率較高，處理能力與準(zhǔn)確度方面占有優(yōu)勢，主要的硬件特點如表1所示。

在本系統(tǒng)設(shè)計中，采用LabVIEW圖形連接程序圖，其作為圖形化編程語言，可利用圖標(biāo)代替文本進(jìn)行應(yīng)用程序編輯。程序運行流程對節(jié)點走向起決定作用。LabVIEW利用圖形表示函數(shù)，通過連線的方式表示數(shù)據(jù)走向，還帶有數(shù)據(jù)采集與分析等功能，可對大量函數(shù)進(jìn)行存儲。LabVIEW的應(yīng)用具有以下功能：提供不同圖形控件，此種方式可使枯燥的編程更加有趣；可與其他語言混合編程，具有快捷方便、簡單實用等特點，適用范圍較廣；硬件接口較為豐富，可與其他設(shè)備相連接；可對接口數(shù)據(jù)分析處理，內(nèi)含超過600個分析函數(shù)；該項技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，拓展功能較強(qiáng)，且內(nèi)部模塊豐富，可在諸多領(lǐng)域應(yīng)用。利用LabVIEW編程需要數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)置遠(yuǎn)程IP地址與本機(jī)IP地址后，再設(shè)置端口號6010與5000，通過設(shè)置斷點的方式進(jìn)行通信連接測試，針對程序進(jìn)行調(diào)試，并對傳輸數(shù)據(jù)長度進(jìn)行計算，讀取數(shù)據(jù)地址。在系統(tǒng)設(shè)計期間，需要傳輸和接收多組數(shù)據(jù)，通過程序調(diào)試記錄下錯誤頻率，由此確定傳輸時間，對系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗。

表1 硬件系統(tǒng)特點

在抗干擾設(shè)計方面，因工業(yè)焊接中常常出現(xiàn)電磁干擾問題，在系統(tǒng)設(shè)計中需要采取硬件抗干擾措施。本文采用隔離與接地設(shè)計方式，確保焊機(jī)內(nèi)強(qiáng)電與弱電兩部分間信號緊密關(guān)聯(lián)，預(yù)防電路干擾產(chǎn)生，便要對兩部分干擾分別處理，確保裝置系統(tǒng)正常運行，如圖2所示。

4 結(jié)論

圖2 DSP光電耦合隔離

綜上所述，在現(xiàn)代社會背景下，工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度飛快，電氣自動化在生產(chǎn)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，且地位不斷提升。在實際應(yīng)用中，應(yīng)注重多方內(nèi)容相互協(xié)調(diào)，加大控制力度，在電子信息化技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建工業(yè)焊接控制平臺通信系統(tǒng)，從通信協(xié)議選擇、DSP程序總體設(shè)計、實驗程序設(shè)計等方面著手創(chuàng)新設(shè)計方法，使電子信息技術(shù)朝著自動化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，為工業(yè)轉(zhuǎn)型與持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量。