過程控制系統在機電一體化中的應用

王鶴澄

摘 要：現代生產系統被革新，越來越多的智能化裝置以及設備被用于現代生產活動之中，技術人員將電子技術與機械制造技術結合起來，開發出了機電一體化這種現代科技，使機械設備更具智能化應用特點。機電一體化技術屬于具有綜合性特點的現代科技，技術人員需要在應用具有機電一體化特點的機械設備時，引入過程控制系統，實現對設備的自動管控。本文對過程控制系統的具體應用進行研究。

關鍵詞：過程控制系統；機電一體化；應用；現代設備

中圖分類號：TS203 文獻標志碼：A

過程控制系統屬于一種自動運行裝置，從其應用情況來看，其也可以被視為工業化的控制系統，這種控制系統因其自動管控的優勢經常會被應用到第一生產線之中，既可以對生產工作進行監控，同時也可以對生產信息進行采集，因此技術人員會在應用機電一體化技術的時候，應用這種工業型的控制系統。本文根據對機電一體化設備的了解，對過程控制系統在幾種常見設備的應用情況進行分析。

1 過程控制系統基本情況分析

1.1 系統內部構造分析

過程控制系統主要包括被控過程（或對象）、用于生產過程參數檢測的檢測與變送儀表、控制器、執行機構、報警、保護和連鎖等其他部件。其中，重點在于傳感器。0 級包括現場設備，例如流量和溫度傳感器以及最終控制元件，例如控制閥。1 級包括工業化輸入/輸出（I/O）模塊及其相關的分布式電子處理器。2 級包括監控計算機，其將來自系統上處理器節點的信息整理并提供操作員控制屏幕。3 級是生產控制水平，不直接控制過程，而是關注監控目標。4 級是生產調度水平。

1.2 系統使用方式分析

過程控制系統的使用方式比較靈活，既可以通過開環的方式對其加以應用，同時也可以將其用于反饋工作中。在對被控對象進行控制的時候，既可以對離散生產事件進行管控，同時也可以對連續性的事件進行管控，一些需要自動運行的裝置上的定時器正是依靠這種過程控制系統被控制的，另外在對建筑電梯加以控制的時候，也可以選用這種系統。當溫度傳感裝置所在的環境的溫度比標準設定值低的時候，就可以將熱源打開，當溫度達到標準值的時候，可以自動地將熱源關閉，這種自動控制系統并不會出現過多的測量偏差，可靠程度極高，系統中的邏輯控制器可以對裝置需要的數字信息有效讀取，并通過模擬輸入的方式將信息錄入到系統之中，借助邏輯語句就可以將數字輸出。以自動控制的閘門為例，如果閘門內部的水位與水箱的位置保持一致，系統就會給出標準的邏輯指令。

2 具體應用情況分析

在機電一體化特點顯著的生產線之中，技術人員為了保持生產的穩定性，需要測量出大量的與機電設備以及生產活動相關的信息，常見的控制信息包括流速、溫度、應力、速度、壓力等。不同類型的繼電生產活動之中的待測數據也有不同。在控制系統之中，傳感裝置發揮了重要作用，一般的傳感器可以對生產體系給出的操作行為加檢測，比如在填充瓶子的生產系統之中，傳感器就可以對溫度以及壓力數據加以測定，借助這兩種數據來進行填充活動，除了測定壓力以及溫度的傳感器之外，還有可以對應力以及流量進行測定的傳感器，這些傳感器可以被使用到不同類型的生產控制系統之中。大部分傳感器之中都應用了機電一體化技術，本文以數控設備與幾種常見的傳感設備為例，對過程控制系統的具體應用效果進行研究。

2.1 數控設備

現代數控技術水平提升速度快，現代生產工作中使用的數控機床與過去應用的數控機床不同，其不僅僅可以實現自動操控，同時機床的結構也獲得優化，現代的數控機床有以下幾種結構特點，包括緊湊型、模塊化以及總線式，生產廠家可以以生產需要為準來選擇出合適的數控機床。在設計數控機床時，技術人員會開展開放式的設計工作，將功能模塊與硬件系統進行結合式設計，將用戶原有的使用效益提升。數控機床不僅可以實現常規的數控控制需要，同時還可以實現模糊控制以及診斷故障等具有智能型特點的功能。模塊化的設計可以使數控需求更容易被滿足，過程控制系統使控制功能更為豐富，既可以操縱一臺機床完成多種任務，還可以同時控制多臺機床。多級網絡設定可以使機床自動完成更具復雜度的生產任務。

2.2 溫度傳感器

這種常見的溫度傳感器可以將溫度數據的變動轉變為其他的數據，通過電壓或者表盤的機械式運動來顯示溫度的變化，溫度傳感器的絕緣功能極為重要，因此技術人員可以使用玻璃纖維以及塑料來對傳感器進行絕緣處理，主要是當溫度變動時，會使液體出現蒸發或者膨脹的情況，傳感器的加壓情況也會直接在壓力表之中顯示。當多個剛性的金屬構件被連接到一個位置之后，通過加熱會使金屬構件被彎曲，其膨脹概率之間也存在差異。因此被安置在生產線之中的溫度傳感器的條帶部分會被轉化為細線圈的形態，可以將一端固定在表盤中，對指針進行移動或者轉動，另外還需要將其另一段在底部加以固定。

2.3 壓力傳感器

當燃料通過傳感器時，可以機械地觸發壓力傳感器。在其基本形式中，壓力傳感器顯示連接到傳感器的撥盤上的讀數，但也可以將讀數電子傳輸到 MES 應用程序。活塞壓力傳感器，來自生產線上的燃料的壓力可以推動壓縮彈簧的活塞。彈簧的運動可以指示壓力。隔膜受到少量壓力的影響，并在表盤上顯示。Bourdon管當施加壓力時被拉直。它可用于測量壓力差。流量計是用于測量液體或氣體的線性、非線性、質量或體積流量的儀器。當選擇生產線的流量計時，需要了解有關流體的信息，運動速度以及如何記錄流量。

2.4 其他類型的傳感器

流量計可以對生產之中的流量變化有效測定，當轉子運動活動變得更為頻繁之后，其流動速度也會加快。液壓傳感器在當前的生產系統之中也比較常見，當傳感器被施加了一定的應力之后，液體承受的壓力會增加，測量的任務就需要借助表盤才能順利完成。應變設備的形狀為圓筒，材質為金屬，應用方便，當壓縮施加給設備的應力時，就可以對氣缸之中不斷變化的電阻進行測定。測定數值極為精準，這也是過程控制系統的優勢所在。過程控制系統的應用價值還有待進一步挖掘。

結語

在使用過程控制系統之前，技術人員需要先將管控范圍以及管控標準確定好，系統可以確保生產過程中的各種被控量被保持在預先給定的范圍之中，從其在幾種常用的具有機電一體化特點的設備之中的使用情況來觀測，可以發現其不僅僅可以將生產出的產品的質量提升，同時也可以增加原有的產量，減少機電生產過程之中的能源損耗量。將新型機電設備與過程控制系統結合使用，可以使機電設備達到更為優質的應用效果，技術人員還需要深入研究過程控制系統，使我國生產的機械產品具有更高的推廣價值。

參考文獻

[1]韓瑞辰.機電一體化系統中智能控制的應用[J].城市建設理論研究：電子版，2015 （25）：35.

[2]丁勇. 機電一體化配料秤在燒結廠的應用[J].科技成果管理與研究，2011（6）：80-82.

[3]朱建蕓.西門子推出8.2版simatic pcs 7過程控制系統[J].輕工機械，2016（3）：13.

[4]張燕.模糊pid在水箱過程控制系統中的研究[J].內燃機與配件，2017（17）：77.

[5]齊振澤，陳茹.機電一體化設備的故障診斷技術分析[J].企業文化旬刊，2015（2）：150.endprint