朱進(jìn)

摘? ?要：目前機(jī)電控制系統(tǒng)正受到現(xiàn)代化生產(chǎn)模式的影響，不斷提高一體化設(shè)計(jì)，最終優(yōu)化生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。結(jié)合機(jī)電一體化控制系統(tǒng)概念，討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)控制任務(wù)錄入、傳感設(shè)備選擇、PLC結(jié)構(gòu)應(yīng)用、伺服系統(tǒng)連接、數(shù)據(jù)自動(dòng)檢索、電子通信線路等要點(diǎn)，為推進(jìn)控制系統(tǒng)的順利應(yīng)用提供有利參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)電控制;自動(dòng)化;一體化設(shè)計(jì)

機(jī)電系統(tǒng)的使用涉及很多學(xué)科知識(shí)，例如信息工程學(xué)、機(jī)械學(xué)、物理學(xué)、材料工程學(xué)、電子工程學(xué)等，因其體積小、集成效果好，在制造業(yè)、工藝業(yè)以及社會(huì)其他行業(yè)中都得到了良好應(yīng)用。機(jī)電一體化控制系統(tǒng)可以將信息通信與驅(qū)動(dòng)控制兩個(gè)大模塊綜合起來(lái)，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)變得更加現(xiàn)代化與智能化。

1? ? 機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的發(fā)展

為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)中各行各業(yè)日益增長(zhǎng)的產(chǎn)品需求，機(jī)電生產(chǎn)的速度也在不斷加快。同時(shí)，為了保證質(zhì)量與工作效率，技術(shù)人員開(kāi)始將機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)綜合起來(lái)，利用其優(yōu)勢(shì)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的生產(chǎn)流程進(jìn)行整體優(yōu)化。日本是世界上首次使用機(jī)電一體化技術(shù)的國(guó)家，代表傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)模式開(kāi)始向著集約化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化方向轉(zhuǎn)型。20世紀(jì)前期是機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展的第一階段，通過(guò)技術(shù)人員對(duì)設(shè)備的改良以及對(duì)性能的優(yōu)化，電子技術(shù)得到了進(jìn)一步更新。在戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，機(jī)電一體化技術(shù)就開(kāi)始逐漸從軍用轉(zhuǎn)變?yōu)槊裼谩?0世紀(jì)后期，機(jī)電技術(shù)開(kāi)始向著PC端以及集成電路中心轉(zhuǎn)變。直到20世紀(jì)末，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的成熟，機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)始變得更加智能，衍生出光電一體化、微機(jī)電一體化等新技術(shù)，并開(kāi)始與人工智能、專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、光纖技術(shù)融合[1]。

2? ? 機(jī)電一體化控制技術(shù)的特征

機(jī)電一體化控制技術(shù)在應(yīng)用時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出幾個(gè)明顯特征。首先，為確保精準(zhǔn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)時(shí)要考慮到設(shè)計(jì)理念與實(shí)際操作之間的差異性，確保二者的平衡，為后期設(shè)計(jì)的質(zhì)量與控制效果提供保障，提高系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性，為內(nèi)部操作提供可靠的空間，避免產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。例如，一旦機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不完善，閉環(huán)運(yùn)作時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，就很容易導(dǎo)致整體控制系統(tǒng)的運(yùn)作故障。另外，我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備性能與參數(shù)的要求越來(lái)越精細(xì)，一體化控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的精準(zhǔn)度會(huì)直接對(duì)生產(chǎn)效果產(chǎn)生影響。為了確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)，就需要保證設(shè)計(jì)指令與輸出指令的一致性，減少系統(tǒng)操作的誤差。1993年開(kāi)始，表面貼裝技術(shù)（Surface Mounted Technology，SMT）深刻地影響著電子設(shè)備的體積設(shè)計(jì)，全球范圍內(nèi)開(kāi)始有近50%的電子元件以片狀進(jìn)行生產(chǎn)，因此機(jī)電一體化控制系統(tǒng)也具有微型化的特點(diǎn)。

近幾年，計(jì)算機(jī)技術(shù)憑借自身的高效率與高速度得到社會(huì)各行各業(yè)的一致認(rèn)可，在機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中，同樣要具備高效率與高速度的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)操作的便捷性。例如，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，機(jī)電系統(tǒng)能夠第一時(shí)間作出判斷與處理，縮短處理時(shí)間，以免系統(tǒng)運(yùn)作差值過(guò)大。作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，機(jī)電設(shè)備想要完成一體化控制，就必須保證內(nèi)部有充足的動(dòng)力，并實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制等操作。機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換和傳遞，動(dòng)力功能是向系統(tǒng)提供動(dòng)力，能量應(yīng)與動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換相匹配[2]。

3? ? 機(jī)電控制自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1? 控制任務(wù)錄入

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)后期的順利生產(chǎn)，需要技術(shù)人員在前期做好任務(wù)內(nèi)容的錄入工作。專家學(xué)者與技術(shù)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐與測(cè)試后，總結(jié)出了一套適用性較強(qiáng)且錄入速度較快的系統(tǒng)描述方法，即自然語(yǔ)言表達(dá)法。對(duì)于機(jī)電一體化控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，自然語(yǔ)言表達(dá)控制方法適用性最強(qiáng)，能夠模仿人類的思維邏輯和操作習(xí)慣。但是，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)椴煌O(shè)計(jì)人員的工作方式有明顯差異，所以在數(shù)據(jù)計(jì)算與生成時(shí)，很容易出現(xiàn)失誤。因?yàn)槿肆顒?dòng)時(shí)產(chǎn)生的行為語(yǔ)言比較繁雜，如果未經(jīng)處理直接應(yīng)用到機(jī)電控制系統(tǒng)中，會(huì)產(chǎn)生一定的歧義，所以需要根據(jù)這種情況對(duì)系統(tǒng)做出更加科學(xué)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，以免因?yàn)檎Z(yǔ)音或語(yǔ)法的不確定問(wèn)題導(dǎo)致控制任務(wù)時(shí)的模糊效果，不利于最終控制任務(wù)的生成。另外，通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)整合，技術(shù)人員為了提高控制系統(tǒng)表述指令時(shí)的精準(zhǔn)性，把自由格式文本輸入方式作為機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的主要任務(wù)輸入手段，還提供固定格式文本輸入作為自由格式文本輸入法的補(bǔ)充和修改，提高了控制系統(tǒng)的靈活性和便捷性。

3.2? 傳感設(shè)備選擇

傳感器是機(jī)電控制系統(tǒng)中不可缺少的一部分，作為現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物之一，傳感器在我國(guó)社會(huì)各行各業(yè)中都有良好應(yīng)用。從機(jī)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用內(nèi)容來(lái)看，傳感器可以具體分析其實(shí)踐時(shí)的工作能力，并且展開(kāi)合理控制，提高最終的時(shí)間效果，確保技術(shù)質(zhì)量合理提升。傳感器也可以作為一種檢測(cè)設(shè)備安裝在機(jī)電生產(chǎn)線上，及時(shí)獲取目標(biāo)信息，并記錄數(shù)據(jù)信息的變化規(guī)律，從而確保信息在傳輸、儲(chǔ)存、記錄、顯示、應(yīng)用時(shí)可以達(dá)到預(yù)期效果。目前我國(guó)機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)中投入使用的傳感器具有數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)勢(shì)，能夠促進(jìn)一體化控制技術(shù)的成熟，通過(guò)增加光敏元件、氣敏元件、溫感元件、放射線敏感元件，擴(kuò)大其對(duì)機(jī)電設(shè)備的感知范圍。傳感器能夠替代以往的限位開(kāi)關(guān)，取代觸摸式檢測(cè)技術(shù)，不需要進(jìn)入實(shí)踐場(chǎng)地就能夠?qū)δ繕?biāo)物體的狀態(tài)進(jìn)行判斷。對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在測(cè)控范圍內(nèi)，傳感器能夠判斷設(shè)備運(yùn)行的速度、位置、狀態(tài)、溫度，為保證測(cè)量控制效果準(zhǔn)確，需要布置編碼器與接近開(kāi)關(guān)。編碼器可以測(cè)量設(shè)備運(yùn)行的速度，并將獲取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信號(hào)，輸送到可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）端口，進(jìn)行下一步控制操作[3]。

傳感器使用的編碼器可分為增量型、絕對(duì)型兩種，其中增量編碼器能夠用于位移測(cè)量，累計(jì)脈沖總位移量，然后測(cè)算出設(shè)備位移速度的快慢。該類型編碼器的工作原理是利用光電轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)變主軸內(nèi)的信號(hào)，使其成為脈沖信號(hào)，例如ISC3806系列的編碼器在增量要求下應(yīng)用頻率較高。另外，無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)也是傳感器的重要組成設(shè)備，不用觸摸即可完成對(duì)目標(biāo)的加工與控制，并為其提供限位保護(hù)。在選擇具體傳感器時(shí)，需要根據(jù)機(jī)電實(shí)際使用要求來(lái)布置傳感點(diǎn)，確保其運(yùn)行得順利、有效。

3.3? PLC結(jié)構(gòu)應(yīng)用

PLC屬于一種能夠完成編程操作的內(nèi)部?jī)?chǔ)存程序，在獲取用戶指令后，對(duì)目標(biāo)模擬器進(jìn)行控制，PLC可完成的指令有很多，例如邏輯運(yùn)算、順序調(diào)整、計(jì)數(shù)定時(shí)等。PLC在運(yùn)作時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)3個(gè)環(huán)節(jié)，分別是指令采樣、用戶執(zhí)行和刷新輸出，并一直保持與重復(fù)上述3項(xiàng)內(nèi)容。因?yàn)镻LC是一種電子型計(jì)數(shù)，所以抗惡劣環(huán)境的能力很強(qiáng)，十分適用于工業(yè)生產(chǎn)的大環(huán)境，能夠?qū)?shù)字量展開(kāi)操作，在很多工業(yè)生產(chǎn)中都有應(yīng)用。在對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行PLC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要滿足工業(yè)測(cè)量以及整體系統(tǒng)的需求，并且具備易于擴(kuò)充的特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)內(nèi)部板塊來(lái)看，PLC與計(jì)算機(jī)有很多相似之處，例如都具備CPU處理器、輸出（入）板塊、儲(chǔ)存設(shè)備、編程器等。因?yàn)镻LC的工作形式為循環(huán)掃描，所以其程序運(yùn)作順序?yàn)樽陨系较?，在設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)時(shí)，要做好PLC的出入點(diǎn)設(shè)置，確保其輸出端口能夠有效對(duì)接伺服系統(tǒng)，保證可觀的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性[4]。

3.4? 伺服系統(tǒng)連接

對(duì)于機(jī)電一體化控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)屬于一種操作性元件，具有很強(qiáng)的執(zhí)行性，目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的伺服電機(jī)主要有兩種，分別為直流與交流。直流伺服結(jié)構(gòu)的工作效率比較高，但是線性調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)矩性比較弱;交流電機(jī)雖然在效率上有所降低，但是其運(yùn)作時(shí)不需要滑環(huán)、電刷，使用比較簡(jiǎn)單，能夠滿足高轉(zhuǎn)速要求，并且無(wú)零點(diǎn)漂移。因此，在沒(méi)有特殊要求下，會(huì)優(yōu)先采用交流伺服設(shè)計(jì)。技術(shù)人員只需要在系統(tǒng)中錄入目標(biāo)電壓量、輸出量，以此計(jì)算電機(jī)角位移，并根據(jù)目標(biāo)電機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)置轉(zhuǎn)矩、位置、速度3種控制方法。例如，三菱伺服電機(jī)中的HF-KP系列數(shù)據(jù)低慣量電機(jī)可使用在負(fù)載較低的控制系統(tǒng)中。另外，為保證伺服效率，需要技術(shù)人員對(duì)目標(biāo)電機(jī)進(jìn)行預(yù)估算，并對(duì)參數(shù)、型號(hào)進(jìn)行單獨(dú)分析。

3.5? 數(shù)據(jù)自動(dòng)檢索

當(dāng)前，我國(guó)在進(jìn)行現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，基本上都是按照開(kāi)放式的體系結(jié)構(gòu)理念進(jìn)行，采用組合優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，降低目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的片面性，確保整體性和適用性。硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩大方面，在進(jìn)行硬件模塊選型之前可以先構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)硬件庫(kù)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)具體的要求在硬件庫(kù)中檢索出合適的硬件型號(hào)，提高設(shè)計(jì)效率。明確用戶常用的控制系統(tǒng)運(yùn)算模塊和任務(wù)模塊，將硬件模塊視作系統(tǒng)的特定組件，在此基礎(chǔ)上對(duì)軟件構(gòu)造模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與構(gòu)建。未來(lái)機(jī)電系統(tǒng)的一體化控制技術(shù)仍將不斷發(fā)展，需要從業(yè)人員提高認(rèn)知，并對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題不斷改善，確保一體化系統(tǒng)適應(yīng)性良好，從而推進(jìn)我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

3.6? 電子通信線路

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，需要使用電子通信技術(shù)來(lái)代替。這種方法也就是常說(shuō)的替代法，電子通信線路替代傳統(tǒng)的機(jī)械控制，在效率與精準(zhǔn)度上有明顯優(yōu)勢(shì)。雖然工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械制造是重要環(huán)節(jié)，但是存在運(yùn)行結(jié)構(gòu)單一、生產(chǎn)速度慢等劣勢(shì)。采用電子通信線路后，機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果得到明顯改善，生產(chǎn)活動(dòng)也能夠以更加多元化的方式開(kāi)展，提高生產(chǎn)效率。在使用電子通信線路時(shí)，要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)目標(biāo)電機(jī)做好計(jì)算處理，合理分析數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理，不斷提高生產(chǎn)質(zhì)量。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本研究針對(duì)機(jī)電自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)討論，分析了傳感器、PLC等現(xiàn)代化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用特點(diǎn)。一體化系統(tǒng)包含了機(jī)械、驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行、傳感等子系統(tǒng)，需要有良好的集成效果與中控能力，未來(lái)需要技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行深入了解，并從驅(qū)動(dòng)力方面展開(kāi)更進(jìn)一步的研究，確保機(jī)電系統(tǒng)順利運(yùn)作。

[參考文獻(xiàn)]

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