機電控制系統(tǒng)下的自動控制一體化設(shè)計

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摘要:機電控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，極大地提升了工業(yè)生產(chǎn)效率，但是隨著社會的發(fā)展以及科技的進步，傳統(tǒng)的機電控制系統(tǒng)已經(jīng)難以有效滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要，機電系統(tǒng)需要向智能化、一體化、自動化的方向發(fā)展，不斷提高控制精度。主要分析機電控制一體化、自動化系統(tǒng)的基本構(gòu)成，并探討機電控制系統(tǒng)自動控制一體化設(shè)計。

關(guān)鍵詞:機電控制系統(tǒng);一體化;自動化;設(shè)計;系統(tǒng)構(gòu)成

引言

機電控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得整個行業(yè)呈現(xiàn)高效化、整體化的發(fā)展趨勢，技術(shù)上的優(yōu)勢不僅提升了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，同時也減少了工作人員的工作量以及人為操作造成的失誤。依托計算機對機電設(shè)備實施遠程操控，可以代替工作人員完成部分具有危險性的工作，確保工作人員的人身安全，同時還能對生產(chǎn)過程實施實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況可以及時作出應(yīng)對，避免造成事故。總體而言，機電控制系統(tǒng)的自動化以及一體化的發(fā)展，對于工業(yè)發(fā)展具有極大的積極作用。

1機電控制系統(tǒng)自動控制一體化設(shè)計的基本方法

1.1組合法

組合法主要指的是先設(shè)計系統(tǒng)的各個模塊或者單元，然后將各個模塊或者單元進行組合，進而構(gòu)成一個整體系統(tǒng)。為了有效確保系統(tǒng)各個模塊的質(zhì)量，同時降低成本，在設(shè)計時要注意行業(yè)發(fā)展動態(tài)以及市場情況，運用多種組合方法進行系統(tǒng)設(shè)計，從而實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計。

1.2整體法

整體法是以系統(tǒng)整體為出發(fā)點，關(guān)注系統(tǒng)整體的性能，從而確保系統(tǒng)各個模塊相互協(xié)調(diào)配合，使系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)施有機融合，構(gòu)成1個可控的整體系統(tǒng)［3］。采用整體法，可以突破固有的設(shè)計理念，最大限度地契合行業(yè)發(fā)展趨勢，滿足生產(chǎn)需求。

1.3取代法

取代法指的是在系統(tǒng)設(shè)計過程中將原有的某些構(gòu)件進行替換，以提升系統(tǒng)的整體性能，比如以電子線路替代機械控制線路，采用靈敏性較高的電子元件和線路，可以有效提升系統(tǒng)的控制精度，相較于機械控制線路，不僅系統(tǒng)性能明顯提升，同時也能降低系統(tǒng)整體造價。

2自動控制一體化的機電控制系統(tǒng)基本構(gòu)成

機電控制一體化、自動化控制系統(tǒng)主要由2部分構(gòu)成，即系統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件，二者是系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分。

2.1系統(tǒng)硬件

2.1.1單片機單片機是機電控制系統(tǒng)不可或缺的元件之一，其可靠性高、適用性高，在機電控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。將單片機中的各個構(gòu)件與總線進行連接，可以避免過多地占用用戶資源，即使用戶對硬件設(shè)施進行調(diào)整，也可以利用串行口執(zhí)行系統(tǒng)仿真，確保系統(tǒng)的正常運行。此外，單片機的儲存量也比較大，可以支持系統(tǒng)正常運行，可靠性較高。

2.1.2A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器利用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)串行控制，主處理器與外圍的串行口可以通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器串行的輸出端進行數(shù)據(jù)的傳輸，并且可以在外界對A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器施加差分高阻抗基準電壓，可以有效簡化比率的轉(zhuǎn)化過程，大幅提升轉(zhuǎn)換效率。此外，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口也比較簡單，可以直接與單片機進行連接。通過單片機與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器對連接，確保系統(tǒng)運行的可靠性。

2.1.3電路設(shè)計在機電控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)機電控制系統(tǒng)主要是利用IC元件處理傳感信號，但是IC元件只能完成對電壓信號的處理，無法對電流信號進行處理，因此，在機電一體化、自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中需要加入轉(zhuǎn)換電路。一般采用的主要是電壓調(diào)節(jié)器，當電流信號經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器時，其可以將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，便于IC元件對其進行識別以及處理［1］。如當4mA電流經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器時可以將其轉(zhuǎn)化為0V的電壓值，通過電壓調(diào)節(jié)器的信號轉(zhuǎn)化，IC元件可以準確進行識別，并驅(qū)動系統(tǒng)運行。

2.2系統(tǒng)軟件

2.2.1調(diào)節(jié)軟件在系統(tǒng)軟件設(shè)計方面，需要綜合考慮系統(tǒng)應(yīng)用的實際情況，可以在程序當中提前設(shè)置好時間組，這樣利用鍵盤即可進行調(diào)用，更加方便快捷［2］。如可以將非編碼鍵盤分為3類:停止鍵、檔位鍵以及啟動鍵。操作人員通過鍵盤按鍵即可操控機電設(shè)備。啟動鍵可以讓系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，檔位鍵可以調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)速度，而停止鍵可以使系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，但是保持開機狀態(tài)，隨時可以重新啟動。

2.2.2工作軟件工作軟件主要是針對工作人員。根據(jù)機電控制系統(tǒng)的實際需要，添加相應(yīng)的工作軟件，便于工作人員對設(shè)備進行操控，重點在于提升控制精度以及系統(tǒng)控制的自動化程度。如信息采集軟件、信息處理軟件以及驅(qū)動軟件等，以計算機為核心，可以實現(xiàn)對機電設(shè)備的自動化、一體化控制。

3基于機電控制系統(tǒng)自動控制一體化設(shè)計的關(guān)鍵點

3.1任務(wù)錄入功能

任務(wù)錄入功能是系統(tǒng)流暢運行的關(guān)鍵，在長期的實踐過程中，技術(shù)人員總結(jié)出了自然語言表達這種錄入方法，其適用性比較強，符合人類的操作習慣以及思維模式。但是在實際應(yīng)用過程逐漸發(fā)現(xiàn)，不同的設(shè)計人員在語言表達方面存在一定的差異，缺乏規(guī)范化和標準化，因此，系統(tǒng)在運行過程中，易出現(xiàn)失誤。鑒于此，為了確保系統(tǒng)指令的準確性，需要以自由格式文本作為主要的任務(wù)錄入手段，并提供一些固定的格式作為自由文本的補充，確保系統(tǒng)指令的準確性，保障系統(tǒng)流暢運行。所以在任務(wù)錄入功能的確定上，一定要保證合理性與可靠性。

3.2傳感設(shè)備的選擇

在機電控制系統(tǒng)中，傳感器是核心元件之一，通過傳感器可以獲取目標設(shè)備的運行動態(tài)，并且可以通過對數(shù)據(jù)的分析獲取設(shè)備運行的規(guī)律，便于工作人員及時了解設(shè)備運行狀況。目前，傳感器逐漸向信息化、數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，在機電控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，在選擇傳感器設(shè)備時，需要根據(jù)機電控制系統(tǒng)的實際需求合理選擇［4］。傳感器的選擇一定要對軟件及硬件進行綜合的分析。目前，傳感器主要分為絕對型以及增量型2種，以增量型為例，增量型傳感器主要是獲取設(shè)備的位移信息，測算設(shè)備的位移速度，其基本原理是通過光電轉(zhuǎn)化，將主軸內(nèi)的信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，通過脈沖信號獲取設(shè)備總位移量，進而測算位移速度。

3.3PLC的應(yīng)用

PLC可以通過內(nèi)部存儲的程序?qū)崿F(xiàn)對目標設(shè)備的控制，在獲取到系統(tǒng)的指令后，通過編程操作執(zhí)行系統(tǒng)指令，控制設(shè)備完成相應(yīng)的動作［5］。PLC可以執(zhí)行包括邏輯運算、計數(shù)定時以及順序調(diào)整等多種系統(tǒng)指令。并且PLC的抗干擾性能優(yōu)良，在惡劣環(huán)境下可靠性較高，因此，極為適合工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，并且操作比較便捷，操作人員通過PLC的編程程序即可實現(xiàn)相應(yīng)的控制操作。

4結(jié)語

機電控制系統(tǒng)自動控制一體化設(shè)計需要考量多方面的因素，根據(jù)實際情況，可以采用組合法、整體法及取代法進行設(shè)計，確保各個子系統(tǒng)以及模塊相互協(xié)調(diào)配合，在控制系統(tǒng)整體造價的基礎(chǔ)上實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計人員要勇于突破傳統(tǒng)，積極創(chuàng)新，有效提升系統(tǒng)的自動化、智能化程度。

參考文獻:

［1］馬榮鴻，李清坤，袁俊川．機電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計［J］．電子技術(shù)與軟件工程，2016(24):140．

［2］馬逸然．基于智能技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)［J］．電子技術(shù)與軟件工程，2017(10):142．

［3］唐元恒，張玎，王占勇，等．PLC技術(shù)及其在機械電氣控制裝置中的分析［J］．電子世界，2017(9):133．

［4］許斌．傳感器與檢測技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．科學技術(shù)創(chuàng)新，2017(2):137．

［5］王朋宇，焦海峰，張清妹，等．淺析電氣工程及自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］．中小企業(yè)管理與科技，2019(14):165－166．

作者：王艷蓉 周小琴 楊藝 單位：陜西廣播電視大學中德機電工程學院