機電控制系統自動控制技術與一體化分析

王洪得

【摘? 要】機電系統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、工藝業以及社會其他行業中都得到了良好應用。機電一體化控制系統可以將信息通信與驅動控制兩個大模塊綜合起來，使機械運動變得更加現代化與智能化。

【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的發展

為滿足經濟社會中各行各業日益增長的產品需求，機電生產的速度也在不斷加快。同時，為了保證質量與工作效率，技術人員開始將機械技術、計算機技術、電子技術綜合起來，利用其優勢對機電系統的生產流程進行整體優化。日本是世界上首次使用機電一體化技術的國家，代表傳統機械生產模式開始向著集約化、規模化、現代化方向轉型。20世紀前期是機電一體化系統發展的第一階段，通過技術人員對設備的改良以及對性能的優化，電子技術得到了進一步更新。在戰爭結束后，機電一體化技術就開始逐漸從軍用轉變為民用。20世紀后期，機電技術開始向著PC端以及集成電路中心轉變。

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出幾個明顯特征。首先，為確保精準性，在設計機電系統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，為后期設計的質量與控制效果提供保障，提高系統運作的穩定性，為內部操作提供可靠的空間，避免產品出現嚴重的質量問題。

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想要實現后期的順利生產，需要技術人員在前期做好任務內容的錄入工作。專家學者與技術人員經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描述方法，即自然語言表達法。對于機電一體化控制系統來說，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現，因為不同設計人員的工作方式有明顯差異，所以在數據計算與生成時，很容易出現失誤。因為人力活動時產生的行為語言比較繁雜，如果未經處理直接應用到機電控制系統中，會產生一定的歧義，所以需要根據這種情況對系統做出更加科學的設計和規劃，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，通過實踐經驗整合，技術人員為了提高控制系統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中不可缺少的一部分，作為現代化科學技術的產物之一，傳感器在我國社會各行各業中都有良好應用。從機電系統的實際應用內容來看，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線上，及時獲取目標信息，并記錄數據信息的變化規律，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中投入使用的傳感器具有數字化、信息化、網絡化等優勢，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對目標物體的狀態進行判斷。對于機電系統來說，在測控范圍內，傳感器能夠判斷設備運行的速度、位置、狀態、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，并將獲取數據轉化成信號，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化，轉變主軸內的信號，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、順序調整、計數定時等。PLC在運作時會經過3個環節，分別是指令采樣、用戶執行和刷新輸出，并一直保持與重復上述3項內容。因為PLC是一種電子型計數，所以抗惡劣環境的能力很強，十分適用于工業生產的大環境，能夠對數字量展開操作，在很多工業生產中都有應用。在對機電一體化系統進行PLC結構設計時，首先要滿足工業測量以及整體系統的需求，并且具備易于擴充的特點。從結構內部板塊來看，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的工作形式為循環掃描，所以其程序運作順序為自上到下，在設計一體化系統時，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，保證可觀的經濟性與穩定性。

3.4 伺服系統連接

對于機電一體化控制系統來說，伺服系統屬于一種操作性元件，具有很強的執行性，目前工業生產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，但是線性調節與轉矩性比較弱;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、電刷，使用比較簡單，能夠滿足高轉速要求，并且無零點漂移。因此，在沒有特殊要求下，會優先采用交流伺服設計。技術人員只需要在系統中錄入目標電壓量、輸出量，以此計算電機角位移，并根據目標電機的特點，設置轉矩、位置、速度3種控制方法。例如，三菱伺服電機中的HF-KP系列數據低慣量電機可使用在負載較低的控制系統中。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、型號進行單獨分析。

3.5 數據自動檢索

當前，我國在進行現代工業設計活動時，基本上都是按照開放式的體系結構理念進行，采用組合優化的設計方法，降低目標系統設計時的片面性，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硬件庫，在實際設計過程中，可以根據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運算模塊和任務模塊，將硬件模塊視作系統的特定組件，在此基礎上對軟件構造模塊進行設計與構建。未來機電系統的一體化控制技術仍將不斷發展，需要從業人員提高認知，并對現有問題不斷改善，確保一體化系統適應性良好，從而推進我國自動化技術的可持續發展。

4 結語

綜上所述，本研究針對機電自控系統設計展開討論，分析了傳感器、PLC等現代化技術的優勢及應用特點。一體化系統包含了機械、驅動、執行、傳感等子系統，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進行深入了解，并從驅動力方面展開更進一步的研究，確保機電系統順利運作。

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（作者單位：天津華寧電子有限公司）