摘要：工業(yè)機械大多采用電力驅(qū)動和控制，將電氣自動化技術(shù)引入到工業(yè)機械設(shè)備的控制和管理中可顯著提高其控制精度和工作效率?，F(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)活動始終以提高勞動生產(chǎn)率、降低管理和運營成本、提升機械設(shè)備性能為重要的發(fā)展方向。本文先是分析了電氣自動化技術(shù)實現(xiàn)機械設(shè)備控制的原理，然后在其基礎(chǔ)上研究了電氣自動化技術(shù)的具體應(yīng)用場景。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;工業(yè)機械控制;應(yīng)用策略

引言：

將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機械控制中可提高設(shè)備運行效率和精度、促進工業(yè)生產(chǎn)過程的安全管理，企業(yè)的綜合運營成本也會因此而降低。電氣自動化技術(shù)中大量運用微型處理器、PAC、PLC等電子化的元器件提高機械設(shè)備的控制性能。根據(jù)實際使用結(jié)果來看，機械設(shè)備在這種技術(shù)的支撐下實現(xiàn)了集成管理、智能化控制、虛擬控制以及無人化管理。

一、電氣自動化地實現(xiàn)原理

現(xiàn)代化的機械設(shè)備在工作過程中呈現(xiàn)出控制精度高、自動化運行以及人工依賴性低等一系列特點，典型的如數(shù)控機床，工程技術(shù)人員只需在配套的軟件中規(guī)劃設(shè)計加工工藝，再在操作臺上設(shè)置加工參數(shù)，機床上的鉆頭、夾具、機械臂等就會自動化地完成一系列操作精準的操作任務(wù)，電氣自動化技術(shù)在這一過程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。工程機械控制實際是利用特定的動力形式驅(qū)動機械設(shè)備，使其按照人們預(yù)想的方時來運轉(zhuǎn)，進而完成一定的功能?？捎糜隍?qū)動機械設(shè)備的動力形式包括了氣動、液壓以及電力三種，現(xiàn)階段使用最頻繁、最廣泛的方式是電力驅(qū)動。其優(yōu)勢在于通過單片機（微型處理器）、可編程控制器以及電力電子信號向機械設(shè)備發(fā)出精確的操作指令，使其在空間方位、力度、動作幅度等方面完全按照人的構(gòu)想來運行，進而達到自動化控制的目標，由于其中運用了大量的和計算機相關(guān)的技術(shù)，因而自動化水平非常高[1]。

二、電氣自動化在機械控制中的應(yīng)用價值

（一）運行效率高、精度高

現(xiàn)代化的工業(yè)大生產(chǎn)基本上都是依靠電力驅(qū)動的機械設(shè)備自動化地完成制造任務(wù)，并且隨著人工智能技術(shù)在生產(chǎn)線中應(yīng)用，這些自動化的設(shè)備還將進一步降低對人的依賴性。其顯著的優(yōu)勢在于大幅度提高了機械控制的精度、靈活性以及提高機械設(shè)備的工作效率。電氣自動化以電信號模擬機械設(shè)備的運行參數(shù)，而控制信號則是經(jīng)過微型處理器或者可編程控制器等設(shè)備精確計算而來，縱觀生產(chǎn)生活中的各種機械設(shè)備，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，汽車、高鐵、飛機等設(shè)備上都在大量運用電氣自動化控制技術(shù)，設(shè)備工作效率也都全面提升[2]。

（二）綜合使用成本低

在電氣自動化技術(shù)中可編程控制器（PLC）為技術(shù)人員編制工業(yè)控制程序提供了有效的路徑，上一代技術(shù)中主要利用繼電器來完成類似的功能，但是根據(jù)實際的使用效果來看，繼電器這種電器元件的故障率比較高，并且在出現(xiàn)故障之后還難以快速排查。而可編程控制器能夠在顯示界面上展示出相應(yīng)的錯誤代碼，幫助技術(shù)人員快速查找故障原因、排除機械故障。與此同時，電氣自動化技術(shù)的全面應(yīng)用使機械設(shè)備實現(xiàn)了全天候的控制和運行，這種技術(shù)上的進步將大幅提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、降低勞動力成本，雖然前期采購的此類機械設(shè)備的成本較大，但綜合性的經(jīng)濟效益卻非常突出[3]。

（三）有利于提高安全管理

在自動化、智能化水平較低的時代，機械和設(shè)備的控制主要依靠人工方式來實現(xiàn)，有些工作環(huán)境中存在一定的安全隱患，如高壓變電站中要實現(xiàn)合閘操作時，操作人員就存在觸電的風險。將電氣自動化技術(shù)引入到機械設(shè)備控制中將全面降低人員在危險環(huán)境中的暴露時間和暴露次數(shù)，機械設(shè)備操控人員在遠程的控制室中即可實現(xiàn)遠程管理，和傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理過程相比較，引入了電氣自動化技術(shù)的機械設(shè)備在安全管理方面具有突出的表現(xiàn)，這一點在煤礦自動化采集作業(yè)中體現(xiàn)得最為明顯，開采作業(yè)面可實現(xiàn)無人化。

三、電氣自動化在機械控制中的具體應(yīng)用策略

（一）提高機械設(shè)備控制的智能化水平

自動化的高層次應(yīng)用就體現(xiàn)為智能化，所謂“智能”指的是機械設(shè)備在自動化運行的過程中能夠根據(jù)實際場景的變化自主學習、自主建模、自主適應(yīng)，經(jīng)過一定時間、足夠次數(shù)的訓(xùn)練之后，這些機械設(shè)備就能熟練地處理之前從未涉及的場景[4]。智能化水平的提高和現(xiàn)代化的信息技術(shù)密切相關(guān)，主要依靠于大數(shù)據(jù)和機器學習。其原理是機械設(shè)備利用當前的數(shù)據(jù)不斷處理某些新的應(yīng)用場景，然后在機器學習技術(shù)的支撐下利用算法和數(shù)據(jù)建立新的模型、形成控制邊界和條件，隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加，模型會越發(fā)合理與成熟，機械設(shè)備應(yīng)對新場景的能力也隨之提高。這方面的典型應(yīng)用是無人駕駛汽車，其工作示意圖如圖1。車輛在投入使用之前依靠大量的道路聯(lián)系自動建立駕駛模型，車載電腦數(shù)據(jù)庫會記錄下車載雷達和激光測距儀等獲取的數(shù)據(jù)，然后再由車載電腦將其集成的算法分析這些數(shù)據(jù)，逐步建立自動駕駛的模型。自動駕駛汽車上使用了大量的電氣自動化技術(shù)，具有典型的示范作用。（詳見圖1）

（二）實現(xiàn)機械設(shè)備的集成化管理

生產(chǎn)制造過程或者具體的生活服務(wù)項目通常具備多個環(huán)節(jié)，其中涉及的機械設(shè)備也具有多樣性的特點，有時候生產(chǎn)一件產(chǎn)品要經(jīng)過一條較長的流水線。顯然，在這種情況下就要求機械設(shè)備的控制實現(xiàn)集成化的管理，也就是將原本相對分散的生產(chǎn)過程通過電氣自動化技術(shù)結(jié)合在一起，形成一條高效率運行的機械生產(chǎn)線[5]。以國內(nèi)某大型企業(yè)的工程機械組裝生產(chǎn)線的進步為例，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下，要制造挖掘機、裝載機、吊裝車輛等設(shè)備，就要完成機械組件吊運、機械組件組裝、焊接、接線、調(diào)試等一系列工序，采用人工和機械相配合的方式，但是生產(chǎn)效率卻不高，主要原因是人工方式導(dǎo)致生產(chǎn)過程的集成化水平低下、作業(yè)面連接不緊密，并且工人的效率也難以和機械相比較。后來在生產(chǎn)線中引入了自動化水平和集成度更高的新型工作模式，新的生產(chǎn)線以5G高清傳感器、重載機器人為核心，將原本必須依靠人工模式完成的“吊龍門”工作轉(zhuǎn)化為機器人作業(yè)，生產(chǎn)線的緊促性更高，集成度更高，因而生產(chǎn)效率也顯著提升上，產(chǎn)能在原有基礎(chǔ)上提高了4倍。

（三）實現(xiàn)機械設(shè)備的虛擬化操控

機械控制自動化水平的全面提高將管理人員從終端的生產(chǎn)環(huán)境中解放出來，現(xiàn)代大量的機械控制工作可在遠程控制室中完成，操作人員利用計算機平臺以及各種類型的虛擬軟件，將機械設(shè)備的運行過程模擬出來，并展示在電腦屏幕上。虛擬化操作的實現(xiàn)原理是仿真，這種技術(shù)進步在實際工作中的價值非常突出。邊緣計算技術(shù)在機械設(shè)備的虛擬化控制中具有非常重要的應(yīng)用，其中要使用到PAC（可編程自動化控制器）和PLC（可編程邏輯控制器），這兩種電子元器件也屬于電氣自動化控制的核心設(shè)備。以PLC的應(yīng)用為例，這種設(shè)備具有獨立的處理器和實時操作系統(tǒng)（RTOS），該設(shè)備為定期自動化控制提供了專門的輸入/輸出和特定的功能。虛擬化軟件是為了提高人機交互的便捷性而設(shè)計的，虛擬軟件行業(yè)具備遠程操作的功能，將機械設(shè)備當前的運行狀態(tài)以圖形、數(shù)據(jù)、圖像等形式展現(xiàn)出來，電氣工程技術(shù)在這一過程中發(fā)揮的主要作用是采集各種設(shè)備的運行數(shù)據(jù)和參數(shù)，將其反饋到管理后臺，然后由計算和軟件系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化成便于讀取的圖形和數(shù)字[6]。

（四）實現(xiàn)無人化管理模式

無論是從降低生產(chǎn)過程的安全風險看，還是降低企業(yè)的用工成本看，無人化都是未來的一大趨勢，機械設(shè)備控制要實現(xiàn)高水平的自動化控制，基本上都離不開電氣自動化技術(shù)，我國已經(jīng)成為全世界最大的工業(yè)機器人采購國。無人化對自動化水平提出了非常高的要求，無人也并不是百分之百的無人，只是人的作用被極大地弱化，僅僅用于監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)、處理緊急突發(fā)情況，大部分時間下由機器設(shè)備自行完成生產(chǎn)或者工作任務(wù)。以傳統(tǒng)的煤礦開采作業(yè)為例，在自動化水平較低的時代，煤礦工人要深入到井下，面對著粉塵、瓦斯、透水等一系列嚴重的安全威脅，在過去煤礦開采造成的事故居高不下?，F(xiàn)階段煤礦開采已經(jīng)逐步使用智能化、無人化的生產(chǎn)設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備，井下基本可實現(xiàn)無人化管理，管理人員無需在進入礦井下操作設(shè)備按鈕，而是在遠程控制室中利用遙控裝置來操作。井下開采設(shè)備大部分時間自動化運行，由智能巡檢機器人對其工作狀態(tài)實現(xiàn)全天候監(jiān)控，僅僅在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下由管理人員實時處理，使煤礦企業(yè)職工脫離井下的危險工作環(huán)境。電氣自動化技術(shù)在實現(xiàn)煤礦無人化開采方面發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用，表1匯總了礦井下智能巡檢機器人實時工作參數(shù)。（詳見表1）

（五）有利于構(gòu)建柔性生產(chǎn)線

機械設(shè)備主要用于生產(chǎn)制造，產(chǎn)品的規(guī)格、結(jié)構(gòu)等有可能存在一定的差異，如果每一種產(chǎn)品都單獨建立一套生產(chǎn)線，企業(yè)的生產(chǎn)成本會非常高，解決這一問題的方法是構(gòu)建柔性生產(chǎn)線，采用模塊化思路，生產(chǎn)線主體結(jié)構(gòu)不變，只是在生產(chǎn)不同的產(chǎn)品時更換生產(chǎn)線上的某些模塊，對原有的生產(chǎn)線做出小幅度的更改即可。電氣自動化控制技術(shù)在更換模塊、連接新的線路時具有重要的應(yīng)用，模塊更改之后，通常還要更換相應(yīng)的軟件程序?，F(xiàn)代化的柔性生產(chǎn)中還大規(guī)模使用計算機數(shù)控車床，由于車床的自動化程度非常高，可靈活地制造各種復(fù)雜的產(chǎn)品，一套設(shè)備能滿足各種類型的生產(chǎn)任務(wù)，甚至可以說機械加工設(shè)備的自動化水平越高、適應(yīng)場景越廣泛，越能滿足柔性生產(chǎn)的需求。顯然，電氣自動化技術(shù)在柔性生產(chǎn)中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。

四、結(jié)束語

工業(yè)生產(chǎn)對機械設(shè)備具有很高的依賴性，現(xiàn)代化的工業(yè)機械廣泛使用電氣自動控制技術(shù)來減少人工管理模式，生產(chǎn)線可實現(xiàn)全天候工作，作業(yè)人員也更少的暴露于危險的工作環(huán)境。這種技術(shù)中大量使用現(xiàn)地化的計算機技術(shù)、微處理器技術(shù)以及可編程控制器技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)在這種技術(shù)的支撐下呈現(xiàn)出智能化、無人化、集成化以及虛擬化的特點。

參考文獻

[1]霍科農(nóng).電氣自動化在工業(yè)機械控制中的應(yīng)用分析[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)：理論版，2019（19）：1.

[2]賈秋炅，劉廣斌.電力系統(tǒng)運行中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用策略[J].電力系統(tǒng)裝備，2019，000（009）：55-56.

[3]顏秉毅.論電氣自動化在工業(yè)機械控制中的應(yīng)用[J].汽車世界，2020（3）：1.

[4]何繼賢.PLC自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械電氣控制中的應(yīng)用[J].農(nóng)機使用與維修，2021（6）：2.

[5]楊崢嶸.電氣自動化在工業(yè)機械控制中的應(yīng)用研究[J].華東科技：綜合，2019（8）：1.

[6]劉少斌.淺析工業(yè)機械設(shè)備電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用研究[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2020，000（006）：94.

作者簡介：劉新海 南京大地水刀股份有限公司 男，1975年10月，鹽城市人 現(xiàn)為中級工程師，研究方向為：機械工程自動化。