王洪得

【摘? 要】機電系統(tǒng)的使用涉及很多學科知識，例如信息工程學、機械學、物理學、材料工程學、電子工程學等，因其體積小、集成效果好，在制造業(yè)、工藝業(yè)以及社會其他行業(yè)中都得到了良好應用。機電一體化控制系統(tǒng)可以將信息通信與驅(qū)動控制兩個大模塊綜合起來，使機械運動變得更加現(xiàn)代化與智能化。

【關鍵詞】機電控制;自動化控制;一體化

1 機電一體化控制系統(tǒng)的發(fā)展

為滿足經(jīng)濟社會中各行各業(yè)日益增長的產(chǎn)品需求，機電生產(chǎn)的速度也在不斷加快。同時，為了保證質(zhì)量與工作效率，技術人員開始將機械技術、計算機技術、電子技術綜合起來，利用其優(yōu)勢對機電系統(tǒng)的生產(chǎn)流程進行整體優(yōu)化。日本是世界上首次使用機電一體化技術的國家，代表傳統(tǒng)機械生產(chǎn)模式開始向著集約化、規(guī)?；F(xiàn)代化方向轉(zhuǎn)型。20世紀前期是機電一體化系統(tǒng)發(fā)展的第一階段，通過技術人員對設備的改良以及對性能的優(yōu)化，電子技術得到了進一步更新。在戰(zhàn)爭結束后，機電一體化技術就開始逐漸從軍用轉(zhuǎn)變?yōu)槊裼谩?0世紀后期，機電技術開始向著PC端以及集成電路中心轉(zhuǎn)變。

2 機電一體化控制技術的特征

機電一體化控制技術在應用時會呈現(xiàn)出幾個明顯特征。首先，為確保精準性，在設計機電系統(tǒng)時要考慮到設計理念與實際操作之間的差異性，確保二者的平衡，為后期設計的質(zhì)量與控制效果提供保障，提高系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性，為內(nèi)部操作提供可靠的空間，避免產(chǎn)品出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量問題。

3 機電控制自動控制技術設計要點

3.1 控制任務錄入

機電一體化控制系統(tǒng)想要實現(xiàn)后期的順利生產(chǎn)，需要技術人員在前期做好任務內(nèi)容的錄入工作。專家學者與技術人員經(jīng)過長時間的實踐與測試后，總結出了一套適用性較強且錄入速度較快的系統(tǒng)描述方法，即自然語言表達法。對于機電一體化控制系統(tǒng)來說，自然語言表達控制方法適用性最強，能夠模仿人類的思維邏輯和操作習慣。但是，在實際應用過程中不難發(fā)現(xiàn)，因為不同設計人員的工作方式有明顯差異，所以在數(shù)據(jù)計算與生成時，很容易出現(xiàn)失誤。因為人力活動時產(chǎn)生的行為語言比較繁雜，如果未經(jīng)處理直接應用到機電控制系統(tǒng)中，會產(chǎn)生一定的歧義，所以需要根據(jù)這種情況對系統(tǒng)做出更加科學的設計和規(guī)劃，以免因為語音或語法的不確定問題導致控制任務時的模糊效果，不利于最終控制任務的生成。另外，通過實踐經(jīng)驗整合，技術人員為了提高控制系統(tǒng)表述指令時的精準性，把自由格式文本輸入方式作為機電一體化控制系統(tǒng)的主要任務輸入手段，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 傳感設備選擇

傳感器是機電控制系統(tǒng)中不可缺少的一部分，作為現(xiàn)代化科學技術的產(chǎn)物之一，傳感器在我國社會各行各業(yè)中都有良好應用。從機電系統(tǒng)的實際應用內(nèi)容來看，傳感器可以具體分析其實踐時的工作能力，并且展開合理控制，提高最終的時間效果，確保技術質(zhì)量合理提升。傳感器也可以作為一種檢測設備安裝在機電生產(chǎn)線上，及時獲取目標信息，并記錄數(shù)據(jù)信息的變化規(guī)律，從而確保信息在傳輸、儲存、記錄、顯示、應用時可以達到預期效果。目前我國機電自動化系統(tǒng)中投入使用的傳感器具有數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化等優(yōu)勢，能夠促進一體化控制技術的成熟，通過增加光敏元件、氣敏元件、溫感元件、放射線敏感元件，擴大其對機電設備的感知范圍。傳感器能夠替代以往的限位開關，取代觸摸式檢測技術，不需要進入實踐場地就能夠?qū)δ繕宋矬w的狀態(tài)進行判斷。對于機電系統(tǒng)來說，在測控范圍內(nèi)，傳感器能夠判斷設備運行的速度、位置、狀態(tài)、溫度，為保證測量控制效果準確，需要布置編碼器與接近開關。編碼器可以測量設備運行的速度，并將獲取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信號，輸送到可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）端口，進行下一步控制操作。

傳感器使用的編碼器可分為增量型、絕對型兩種，其中增量編碼器能夠用于位移測量，累計脈沖總位移量，然后測算出設備位移速度的快慢。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，使其成為脈沖信號，例如ISC3806系列的編碼器在增量要求下應用頻率較高。另外，無觸點行程開關也是傳感器的重要組成設備，不用觸摸即可完成對目標的加工與控制，并為其提供限位保護。在選擇具體傳感器時，需要根據(jù)機電實際使用要求來布置傳感點，確保其運行得順利、有效。

3.3 PLC結構應用

PLC屬于一種能夠完成編程操作的內(nèi)部儲存程序，在獲取用戶指令后，對目標模擬器進行控制，PLC可完成的指令有很多，例如邏輯運算、順序調(diào)整、計數(shù)定時等。PLC在運作時會經(jīng)過3個環(huán)節(jié)，分別是指令采樣、用戶執(zhí)行和刷新輸出，并一直保持與重復上述3項內(nèi)容。因為PLC是一種電子型計數(shù)，所以抗惡劣環(huán)境的能力很強，十分適用于工業(yè)生產(chǎn)的大環(huán)境，能夠?qū)?shù)字量展開操作，在很多工業(yè)生產(chǎn)中都有應用。在對機電一體化系統(tǒng)進行PLC結構設計時，首先要滿足工業(yè)測量以及整體系統(tǒng)的需求，并且具備易于擴充的特點。從結構內(nèi)部板塊來看，PLC與計算機有很多相似之處，例如都具備CPU處理器、輸出（入）板塊、儲存設備、編程器等。因為PLC的工作形式為循環(huán)掃描，所以其程序運作順序為自上到下，在設計一體化系統(tǒng)時，要做好PLC的出入點設置，確保其輸出端口能夠有效對接伺服系統(tǒng)，保證可觀的經(jīng)濟性與穩(wěn)定性。

3.4 伺服系統(tǒng)連接

對于機電一體化控制系統(tǒng)來說，伺服系統(tǒng)屬于一種操作性元件，具有很強的執(zhí)行性，目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的伺服電機主要有兩種，分別為直流與交流。直流伺服結構的工作效率比較高，但是線性調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)矩性比較弱;交流電機雖然在效率上有所降低，但是其運作時不需要滑環(huán)、電刷，使用比較簡單，能夠滿足高轉(zhuǎn)速要求，并且無零點漂移。因此，在沒有特殊要求下，會優(yōu)先采用交流伺服設計。技術人員只需要在系統(tǒng)中錄入目標電壓量、輸出量，以此計算電機角位移，并根據(jù)目標電機的特點，設置轉(zhuǎn)矩、位置、速度3種控制方法。例如，三菱伺服電機中的HF-KP系列數(shù)據(jù)低慣量電機可使用在負載較低的控制系統(tǒng)中。另外，為保證伺服效率，需要技術人員對目標電機進行預估算，并對參數(shù)、型號進行單獨分析。

3.5 數(shù)據(jù)自動檢索

當前，我國在進行現(xiàn)代工業(yè)設計活動時，基本上都是按照開放式的體系結構理念進行，采用組合優(yōu)化的設計方法，降低目標系統(tǒng)設計時的片面性，確保整體性和適用性。硬件設計和軟件設計是控制系統(tǒng)設計的兩大方面，在進行硬件模塊選型之前可以先構建相應的系統(tǒng)硬件庫，在實際設計過程中，可以根據(jù)具體的要求在硬件庫中檢索出合適的硬件型號，提高設計效率。明確用戶常用的控制系統(tǒng)運算模塊和任務模塊，將硬件模塊視作系統(tǒng)的特定組件，在此基礎上對軟件構造模塊進行設計與構建。未來機電系統(tǒng)的一體化控制技術仍將不斷發(fā)展，需要從業(yè)人員提高認知，并對現(xiàn)有問題不斷改善，確保一體化系統(tǒng)適應性良好，從而推進我國自動化技術的可持續(xù)發(fā)展。

4 結語

綜上所述，本研究針對機電自控系統(tǒng)設計展開討論，分析了傳感器、PLC等現(xiàn)代化技術的優(yōu)勢及應用特點。一體化系統(tǒng)包含了機械、驅(qū)動、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，未來需要技術人員對系統(tǒng)進行深入了解，并從驅(qū)動力方面展開更進一步的研究，確保機電系統(tǒng)順利運作。

參考文獻：

[1]劉川.工業(yè)自動化控制中計算機控制技術應用路徑研究[J].湖北農(nóng)機化，2019（18）：129.

[2]余金永，李玉琴.基于多傳感器融合結合單片機在溫棚環(huán)境控制系統(tǒng)中的應用探究[J].科技與創(chuàng)新，2019（17）：56-57.

[3]童保軍.綜合運用PLC技術和計算機自動控制設計差壓鑄造過程自動化控制系統(tǒng)[J].中國設備工程，2019（6）：193-194.

（作者單位：天津華寧電子有限公司）