淺談工程機(jī)械控制器與控制技術(shù)

陳金國

摘 要 機(jī)械工程分為結(jié)構(gòu)和控制兩部分，控制部分負(fù)責(zé)機(jī)械各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)、收集相關(guān)信息并采取相應(yīng)的措施，保證機(jī)械設(shè)備能夠有效穩(wěn)定的運(yùn)行。所以一定要保證控制器的靈活性和可靠性，避免控制失效而導(dǎo)致的安全事故。本文簡述了控制器的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了控制器的組成和原理，并簡介的幾種控制器的類型。

關(guān)鍵詞 工程機(jī)械;控制器;控制技術(shù)

前言

近些年，電子技術(shù)迅速發(fā)展，工程機(jī)械的控制器由曾經(jīng)的電路控制逐漸轉(zhuǎn)變成可編程控制器，不僅使得工程機(jī)械的控制能力得到明顯的提高，還使得控制核心的數(shù)據(jù)處理能力和可靠性得到很大的提高，從此控制器發(fā)生了質(zhì)的變化。更為智能化的控制器和新型控制技術(shù)例如以太網(wǎng)總線控制技術(shù)、嵌入式軟PLC控制技術(shù)、工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力匹配系統(tǒng)控制技術(shù)等[1]，使得工程機(jī)械操作精度、可靠性和速度得到顯著的提高，達(dá)到對工程機(jī)械實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。

1工程機(jī)械控制器的現(xiàn)狀

最原始的工程機(jī)械控制器，只能通過簡單的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)械各個(gè)部分運(yùn)動(dòng)的控制，控制效果并不理想，無法實(shí)現(xiàn)對工程機(jī)械的實(shí)時(shí)控制。近年來隨著工程機(jī)械的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了微型控制系統(tǒng)、PLC可編程控制器等，加快了工程機(jī)械的發(fā)展進(jìn)程。我國的工程機(jī)械控制器的研究相對較晚，只能使用進(jìn)口的工程機(jī)械控制器。而國外的工程機(jī)械控制器多數(shù)以PLC為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)，缺少實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。微型控制器的應(yīng)用比較廣泛，可以使用不同的控制軟件在不同的工程機(jī)械中進(jìn)行控制。實(shí)際工程機(jī)械工作中，由于工作環(huán)境變化較大，不免有非常惡劣的環(huán)境，而且控制器上的載荷變化并不穩(wěn)定，時(shí)常發(fā)生超過額定載荷的情況，所以控制器的控制難度非常大。傳統(tǒng)的控制器無法對工程機(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，遇到特殊情況無法將實(shí)時(shí)信息及時(shí)反饋，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)良好有效的控制效果[2]。新型嵌入式可編程控制器目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，其操作簡單，而且擁有過載保護(hù)，安全可靠。

2工程機(jī)械控制器的組成及原理

2.1 控制器的系統(tǒng)硬件組成

控制器系統(tǒng)硬件包括：電源模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、人機(jī)交互模塊和狀態(tài)監(jiān)測模塊。電源模塊主要為控制器提供電能，由蓄電池供電，濾波電容使電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，保證電流的平穩(wěn)輸入，減少由于電壓波動(dòng)對系統(tǒng)造成的損傷。控制模塊主要控制機(jī)械設(shè)備各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，其控制信息直接傳輸?shù)絼?dòng)力系統(tǒng)中，動(dòng)力系統(tǒng)執(zhí)行控制模塊的信息使機(jī)械設(shè)備各個(gè)部分相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，共同完成工作。人機(jī)交互模塊主要是人工輸入信息、讀取信息和控制信息，讓所有信息交流能夠顯示在屏幕上[3]。狀態(tài)監(jiān)控模塊主要是收集各個(gè)部位的狀態(tài)信息，顯示在屏幕上。

2.2 PLC可編程工程機(jī)械控制器的工作原理

工程機(jī)械控制系統(tǒng)工作原理包括：內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、通訊處理、輸入掃描、程序執(zhí)行和輸出處理五個(gè)部分。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行，通訊功能首先開啟，對程序段進(jìn)行掃描，完成掃描后將程序輸出給控制部分，由控制部分實(shí)現(xiàn)預(yù)編控制。五個(gè)部分共同組成控制器的一個(gè)工作循環(huán)，當(dāng)控制器完成一個(gè)循環(huán)后，又會(huì)重新執(zhí)行工作循環(huán)。不同的工作周期對控制器性能的要求不同，一些對精度要求較高的設(shè)備，需要控制器具有更高性能控制能力。控制器每次掃描的時(shí)間等于信息數(shù)據(jù)處理、通訊傳入、輸入、程序響應(yīng)和輸出時(shí)間的總和[4]。控制器的數(shù)據(jù)處理時(shí)間是無法改變的，通訊時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)傳輸有關(guān)，相應(yīng)時(shí)間與程序的長度有關(guān)，輸入、輸出時(shí)間與控制器的儲(chǔ)存狀態(tài)有關(guān)。工程機(jī)械編程時(shí)，要求字符格式與系統(tǒng)要求一致。

3工程機(jī)械的控制器的幾種控制技術(shù)

3.1 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制技術(shù)

以太網(wǎng)總線技術(shù)能夠迅速交換工程機(jī)械控制器之間的信息交換，并能夠保證信息交換的安全性和可靠性。它能夠以超高速的通訊功能，實(shí)現(xiàn)其他工程機(jī)械一些無法實(shí)現(xiàn)的功能。目前許多工程機(jī)械制造商都在研制與總線控制技術(shù)相適配的控制器，并將控制器應(yīng)用到工程機(jī)械上。

3.2 嵌入式軟PLC控制技術(shù)

PLC控制技術(shù)使用范圍比較廣，其抗干擾能力強(qiáng)，而且PLC控制系統(tǒng)安裝比較簡單，日后維護(hù)也相對方便。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)備的要求越來越高，其控制也越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的PLC技術(shù)很難滿足當(dāng)前的需求。傳統(tǒng)PLC無法對機(jī)械故障進(jìn)行及時(shí)的診斷，也無法收集工程機(jī)械的運(yùn)行數(shù)據(jù)，所以更加先進(jìn)的嵌入式軟PLC逐漸取代傳統(tǒng)PLC技術(shù)。這種控制技術(shù)的硬件具有良好的擴(kuò)展性，編程界面也更加簡潔，操作指令相比傳統(tǒng)PLC更加豐富，使得控制能力得到顯著的提高。控制器的計(jì)數(shù)器也由原來的16位逐漸轉(zhuǎn)化為32位和64位，并由傳統(tǒng)的單核逐漸變?yōu)槎嗪耍瑯O大地提高了運(yùn)算數(shù)據(jù)量和運(yùn)算速度。

3.3 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力匹配及控制技術(shù)

液壓系統(tǒng)動(dòng)力匹配控制技術(shù)能夠提高工程機(jī)械的傳動(dòng)效率，當(dāng)泵在不使用的時(shí)候可以將動(dòng)力傳遞給其他泵。工程機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，控制器能夠及時(shí)檢測并自動(dòng)對其進(jìn)行動(dòng)力分配，保證滿足工作需求的條件下，減少能耗。這項(xiàng)技術(shù)在工程機(jī)械應(yīng)用中，能夠減少環(huán)境對工程機(jī)械的造成影響，提高設(shè)備工作穩(wěn)定性，使得設(shè)備的壽命得以發(fā)幅度延長，間接降低了成本。

4結(jié)束語

在20世紀(jì)90年代，工程機(jī)械開始逐漸走向智能化、自動(dòng)化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化，而且要求更加節(jié)能、安全、環(huán)保。目前的控制技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)在于增加控制能力，隨著集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子監(jiān)控技術(shù)等不斷地發(fā)展和成熟，會(huì)更多應(yīng)用在工程機(jī)械的相關(guān)領(lǐng)域，工程機(jī)械控制水平將會(huì)達(dá)到新的高度，在提高工作質(zhì)量的同時(shí)，縮短工作時(shí)間、減少工人工作量，提高整體工作效率，使我國制造業(yè)水平顯著提高。

參考文獻(xiàn)

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[3] 楊文剛.探討工程機(jī)械控制器與其相關(guān)控制技術(shù)[J].裝備制造技術(shù)，2015，（11）：182-184.

[4] 任紅飛.基于工程機(jī)械控制器HC-G15的圓捆機(jī)電氣控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.