曹偉偉

（中天智能裝備有限公司，江蘇南通，226009）

1 機(jī)械自動(dòng)化簡介

1.1 基本內(nèi)容

從主觀角度來說，機(jī)械自動(dòng)化就是機(jī)械會(huì)自己行動(dòng)，在行動(dòng)期間會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)活動(dòng)，使所加工出來的產(chǎn)品以及質(zhì)量均得到了大幅度提升。從客觀的角度來說，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)中包含了許多種復(fù)雜的程序，需要高精準(zhǔn)的操作技術(shù)來維持運(yùn)行，同時(shí)也是未來發(fā)展的主要趨勢。

1.2 機(jī)械自動(dòng)化的特點(diǎn)和重要性

現(xiàn)代化的機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)方式已經(jīng)將普通的機(jī)械生產(chǎn)徹底替代，現(xiàn)代化的機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)方式只憑靠高效率、高質(zhì)量以及高安全性等明顯的特點(diǎn)，就已經(jīng)吸引了許多人們的關(guān)注，目前機(jī)械自動(dòng)化已經(jīng)成為了機(jī)械制造領(lǐng)域的核心技術(shù)。現(xiàn)代化企業(yè)要想在市場中有自己的一畝三分地，就必須早日降低企業(yè)的節(jié)能減排。而機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用完全符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以使成本得到有效降低，還將資源的利用率得到了提升，因此，企業(yè)應(yīng)主動(dòng)引進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)。另外，企業(yè)在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)幫助下，使自身的經(jīng)濟(jì)得到了文認(rèn)定，提高自身的市場競爭力，使企業(yè)得到可持續(xù)發(fā)展。

2 機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)勢

2.1 安全性較高

應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)械設(shè)備與傳統(tǒng)的設(shè)備并不相同，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備中含有監(jiān)控系統(tǒng)，可以對整個(gè)生產(chǎn)流水線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收錄，收錄完成后會(huì)自動(dòng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，所分析出的結(jié)果會(huì)自動(dòng)上傳至管理中心，便于管理人員在需要之時(shí)能夠快速調(diào)控。除此，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備還具有報(bào)警系統(tǒng)，如果機(jī)械在生產(chǎn)流水線種出現(xiàn)任何問題，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析問題的原因并第一時(shí)間將信號上報(bào)至管理中心，管理中心第一時(shí)間聯(lián)系技術(shù)人員進(jìn)行維修，避免造成二次損失。例如，傳統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械在生產(chǎn)的過程當(dāng)中經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)闇囟冗^高停機(jī)的現(xiàn)象，傳統(tǒng)生產(chǎn)機(jī)械沒有警報(bào)系統(tǒng)，技術(shù)人員將無法第一時(shí)間得知，也無法對現(xiàn)有的故障第一時(shí)間排除。由此看出，自動(dòng)化技術(shù)機(jī)械在生產(chǎn)過程中的問題是可以得到有效保障的。

2.2 高效的生產(chǎn)效率

伴隨著自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的大面積應(yīng)用，工作人員的工作量也得到了降低。自動(dòng)化機(jī)械會(huì)按照事先設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率得到直線上升。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備在產(chǎn)品流水線的生產(chǎn)過程當(dāng)中會(huì)受到不同程度的影響而導(dǎo)致工作無法完成，例如，環(huán)境、人為等不可抗力的因素。融入自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備卻將環(huán)境、人為等因素打破，不受任何因素的影響，生產(chǎn)過程也變得便捷高效，所生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也可以得到有效保障。除此之外，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過程當(dāng)中必須有人時(shí)刻監(jiān)管，而人力資源通常情況下都較為有限，導(dǎo)致生產(chǎn)效率無法得到有效保障。自動(dòng)化技術(shù)融入機(jī)械設(shè)備可以將生產(chǎn)過程變得更為快捷，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，工作人員只需要在操控室進(jìn)行操控即可，也不需要工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)管，部分自動(dòng)化技術(shù)機(jī)械還可以與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合，相關(guān)技術(shù)人員可以利用互聯(lián)網(wǎng)來對機(jī)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，使生產(chǎn)效率得到進(jìn)一步提升。

2.3 精準(zhǔn)度的提高

隨著科學(xué)技術(shù)逐漸完善，如今的機(jī)械生產(chǎn)過程中也有眾多不同的科技元素融入。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用不但使機(jī)械生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)化，而且所加工出的零件精準(zhǔn)度也變得更高。在實(shí)際生產(chǎn)流水線中，只需要將需要加工產(chǎn)品的各方面參數(shù)輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)所輸入的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)加工，這種方式所加工出的產(chǎn)品精準(zhǔn)度幾乎保持零偏差，產(chǎn)品的破損率也降到了最低，有效推動(dòng)我國機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展。

3 機(jī)械自動(dòng)化的技術(shù)要點(diǎn)與數(shù)控技術(shù)分析

3.1 技術(shù)要點(diǎn)

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

機(jī)械自動(dòng)化中最為關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為機(jī)械自動(dòng)化工作過程中最主要的核心部分，應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越完善，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)就越精準(zhǔn)，也就是說，產(chǎn)品精準(zhǔn)度與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著密切的關(guān)系。雖說如此，但網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所包含的內(nèi)容都較為復(fù)雜，常見的有數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。只有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備融合完善后，才能使我國機(jī)械行業(yè)更上一層樓。

3.1.2 智能技術(shù)

GPS技術(shù)的精準(zhǔn)定位，給機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)未來發(fā)展提供了條件。通常，技術(shù)研發(fā)人員會(huì)將智能技術(shù)逐漸完善并使在機(jī)械設(shè)備應(yīng)用過程中的難易程度有效降低，為一線工作者們提供安全舒適的生活環(huán)境。 除此之外，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備在生產(chǎn)的過程中會(huì)嚴(yán)格按照所輸入的參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，不會(huì)出現(xiàn)人為的偏差，因此產(chǎn)品質(zhì)量顯著提升。智能化技術(shù)的應(yīng)用還可以處理簡單的生產(chǎn)問題。

3.2 機(jī)械自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)

3.2.1 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)作為一種數(shù)字化控制系統(tǒng)，主要通過數(shù)字信號對系統(tǒng)中的不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)施控制。由于早期的數(shù)控系統(tǒng)不夠完善、操作成本高、部分操作不靈敏等問題限制了它的使用范圍，傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)如今社會(huì)發(fā)展的多元化需求。開放式數(shù)控系統(tǒng)由于計(jì)算機(jī)的融入，以PC端作為控制部分的關(guān)鍵，系統(tǒng)中所使用的硬件成本也得到了明顯下降，數(shù)控系統(tǒng)的整體控制功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，再使數(shù)控系統(tǒng)整體性能都得到明顯提升的過程中還可以將成本降到最低。早期的數(shù)控系統(tǒng)大多數(shù)采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，在運(yùn)算的過程中會(huì)出現(xiàn)不可拓展等問題。除此，數(shù)控系統(tǒng)在對于電機(jī)運(yùn)動(dòng)的過程當(dāng)中所使用的方式大多數(shù)為脈沖加方向，這種控制方式需利用控制器輸出方向信號在控制電機(jī)運(yùn)行過程中同脈沖信號相互對應(yīng)，此方法非常容易導(dǎo)致脈沖與方向無法同步，最后導(dǎo)致所加工的產(chǎn)品出現(xiàn)精度不準(zhǔn)的問題。在此過程中，能夠同時(shí)進(jìn)行連接設(shè)備有限，導(dǎo)致控制器無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)對多個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制?；诖?，以機(jī)械自動(dòng)化為主，在RAM與FPGA對嵌入式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化與升級，嵌入式數(shù)控整體框架，如圖1所示。

圖1 嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的總體硬件架構(gòu)示意圖

3.2.2 ARM模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)ARM7TDMI核的S3C44B0X包含高速緩存器、豐富的I/O口(多達(dá)71個(gè))以及4個(gè)DMA，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)功能的要求為主要依據(jù)來對主要部分進(jìn)行詳細(xì)的拓展與設(shè)計(jì)，主要包括以下四個(gè)方面：

(1)儲存器的有效拓展，數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)際的操作過程中相關(guān)到PTOS的過頻調(diào)度以及眾多復(fù)雜的運(yùn)算，導(dǎo)致不同的堆棧和全局變量的誕生，為了讓上述問題得到有效解決，需利用RAV通過HY57V620芯片來對其儲存器進(jìn)行有效拓展，芯片與處理器進(jìn)行連接，SDRAM的儲存空間會(huì)根據(jù)nSCSO完成到Bank6區(qū)域內(nèi)的映射，核心處理器會(huì)在系統(tǒng)每次啟動(dòng)前將復(fù)位地址的執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行初始化造作再進(jìn)行運(yùn)行，最后使系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率得到大幅度上升。

(2)通信接口，在數(shù)控系統(tǒng)中大多數(shù)采用較為常用的USB通訊接口，接口控制器均采用最為常見的PDIUSBD12，此接口與S3C44B0X相連。

(3)FPGA的構(gòu)造電路研究，出于各種原因?qū)е碌臄嚯姇?huì)非常容易使DSRAM儲存中的內(nèi)容流失。基于此，采用FAGA進(jìn)行改善電路設(shè)計(jì)，為了防止專用的EPROM，根據(jù)系統(tǒng)編程ISP對FPGA進(jìn)行合理配置，來使數(shù)控系統(tǒng)中的各硬件部分得到優(yōu)化。FPGA在配置的郭恒中會(huì)利用G根線號線來與S3C4BB0X相互連接，F(xiàn)PGA的配置電路主要由DCLK、Nconfig、DATA0、配置狀態(tài)型號以及Nstatus所構(gòu)成。第一次進(jìn)行系統(tǒng)使用時(shí)應(yīng)針對FPGA的輸入端當(dāng)為引導(dǎo)GPF1/GPF2，輸出端腳則為GPE3、GPF4、GPE5，針對開端口的GPF0、GPF1需添加上拉電阻的方式來對高電平進(jìn)行識別過程的實(shí)現(xiàn)。

(4)ARM與FPGA通信接口中可以采用并行與串行兩種方式，并行的方式通常情況下會(huì)滿足系統(tǒng)通信需求S3C44BOX同外設(shè)FPGA連接，核心處理器的儲存空間會(huì)與Bank4區(qū)域相對應(yīng)。FPGA會(huì)根據(jù)EXint3引腳連接，如在實(shí)際連接的過程中插補(bǔ)并沒有結(jié)束，那么系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)將終端報(bào)告?zhèn)鬟f至ARM模塊，處于考慮到USB接口的便捷性，數(shù)控系統(tǒng)同自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備均采用USB接口模式。

3.2.3 FPGA模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中FPGA模塊會(huì)完成核心處理器所下發(fā)的所有數(shù)據(jù)過程，F(xiàn)PGA的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)示意圖如圖2所示，在針對此基礎(chǔ)上會(huì)進(jìn)行精確的運(yùn)算、脈沖輸出等不同功能才可以實(shí)現(xiàn)。

圖2 FPGA模塊設(shè)計(jì)原理圖

(1)FPGA部分中還比較擅長精插補(bǔ)運(yùn)算，數(shù)字在插補(bǔ)的結(jié)構(gòu)過程如圖3所示，根據(jù)三軸數(shù)控系統(tǒng)針對三組獨(dú)立的寄存器的使用實(shí)現(xiàn)了對各軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的獨(dú)立控制，數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度在得到提升的同時(shí)也可以確保插補(bǔ)效果滿足實(shí)際需要。

圖3 數(shù)字積分插補(bǔ)原理圖

(2)FPGA也會(huì)通過脈沖把所對象的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行合理劃分，以此來滿足電機(jī)的整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程。

3.3 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用的意義

機(jī)械自動(dòng)化數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用過程中，所實(shí)現(xiàn)的意義都比較重大。首先可以使生產(chǎn)過程中的人力資源進(jìn)行降低，在傳統(tǒng)的產(chǎn)品加工中，工作人員是生產(chǎn)中最為重要的核心部分，如果此崗位工作人員的綜合素質(zhì)水平偏低，那么所生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也無法得到保障。但機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對各部分自動(dòng)進(jìn)行控制，相關(guān)工作人員的依賴性降低，對于大部分生產(chǎn)企業(yè)來說，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備中數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以最大程度的降低人力成本。除此之外，產(chǎn)品的質(zhì)量也得到提升。在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的過程中，系統(tǒng)會(huì)通過程序?qū)υO(shè)備實(shí)現(xiàn)最高精準(zhǔn)的控制，最主要的為不同產(chǎn)品的加工機(jī)床，讓所加工出來的產(chǎn)品精準(zhǔn)度得到大幅度提升，生產(chǎn)效率也得到了大幅度提升，在如今的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用后，大量的工作會(huì)有自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行完成，工序操作流程也變得簡單，這種方式使原有的生產(chǎn)成本降低、質(zhì)量有所保障、生產(chǎn)效率加快。

4 結(jié)語

機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展如今已成為我國當(dāng)下的必然趨勢。在未來的發(fā)展過程中，技術(shù)管理人員需要充分了解機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)勢，使機(jī)械自動(dòng)化的技術(shù)要點(diǎn)以及數(shù)控技術(shù)更全面的發(fā)展，為我國未來發(fā)展做鋪墊。