機電一體化技術及其應用

郭寶學　孫衡　張亮

摘 要：基于機械技術引入電子計算機技術，將兩者合二為一則稱作為機電一體化技術，該項技術在社會進步與經濟發展的各個領域中均有廣泛應用，成為目前的主要工作方式。本文則首先對機電一體化技術的特點進行全面剖析，并結合筆者實際情況，對機電一體化技術在工程機械中的應用展開研究。

關鍵詞：機電一體化;工程機械;應用

0 引言

機電一體化作為機械技術與電子技術、計算機技術的融合產物，屬于跨學科應用技術，并且在此基礎上發展出了大量其他類型專業技術，比如自動化控制技術、傳感檢測技術等。在如今社會時代快速發展以及計算機技術、電子技術的不斷升級背景下，機電一體化技術也得到全面革新且在各行各業中的應用日漸廣泛，特別是在工程機械行業當中，作用表現愈發明顯，具有廣闊的發展前景。

1 機電一體化技術特點

（1）數字化。在機電一體化技術的高速發展中，大量微型控制器得以出現且為機電產品數字化奠定了牢固基礎，包括當前仍然不斷更新換代的數控機床與機器人等，這些均為機電產品數字化功能的產物。而在機電產業朝著數字化方向發展的過程中，計算機網絡技術的崛起與廣泛應用，也為機電產品數字化設計帶來了強大的技術支持，也解決了許多技術層面的發展障礙，比如當前應用范圍極為廣泛的虛擬化設計、計算機集成制造等方面[1]。

（2）智能化。機電一體化技術的智能化特點，意味著機電產品本身需要有一定的智能，換而言之則是要有類似于人的思考邏輯、判斷推理以及自主解決問題的能力。比如，在CNC數控機床上增設人機對話功能，同時提供智能I/O接口與智能工藝數據庫，無論是生產操作使用還是后期的維護管理，均能大大提高工作效率[2]。再加上如今模糊控制、神經網絡、小波理論等一系列人工智能技術的發展與研究不斷深入，也進一步推動了機電一體化技術的發展。

（3）模塊化。正因為機電一體化產品有著大量種類，并且生產廠家數量眾多，各自研發的機械接口、動力接口、環境接口均有所不同，所以要對統一化標準接口的機電一體化技術產品單元模塊進行開發，存在一定的難度。比如，研發集成減速、變頻調速電機于一體的動力驅動單元模塊;集成視覺、圖像處理、圖像識別、測距等功能于一體的控制單元模塊等等。如此一來，在這些標準單元模塊的利用下，會有大量機電一體化產品得到開發設計，也促使機電一體化技術的全面發展。

2 機電一體化技術在履帶起重機中的應用

主要分兩個部分：

（1）力矩限制器部分。力矩限制器指的是該系統對起重力矩的控制系統，它由角度傳感器、拉力傳感器、主機和顯示屏組成，角度傳感器的作用是采集角度信號值，并將其傳到主機系統中，經過計算得到需要的角度值數值及根據角度值和臂長折算的半徑值，顯示在顯示屏上。

拉力傳感器的作用是采集變幅鋼絲繩上的拉力信號值并傳輸到主機中，經過計算得到產生該拉力的重物的重量值，并顯示在顯示屏上。

以上所說僅是顯示，并不是力矩，力矩指的是根據吊車噸位大小所處工況時所能吊載的載荷，通常以KN/M表示。

主機的作用，除上述的顯示角度、半徑和重量外，還要合理控制吊車的載荷，就是所謂的力矩限制，在當前工況下可以起吊的最大起重量就是載荷，吊載起重量在額定載荷的90%以下時，綠燈亮。達到額定載荷90%以上時，黃燈亮。達到額定載荷100%時，紅色警報燈間歇亮，達到額定載荷105%時，紅色警報燈常亮同時發出聲光報警并及時切斷吊鉤向上以及吊臂向下的動作以避免超載事故的發生。這就是力矩限制。

（2）CAN BAS系統。全稱為“控制器局域網總線技術（Controller Area Network-BUS）”。CAN總線上任意節點可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息而不分主次，因此可在各節點之間實現自由通信。

can線的終端用兩個120歐姆的電阻并聯，在數據傳輸線上連接著多個信號接收發送單元，如柴油機的ECU，限制器的控制器主機，電控手柄，電控腳踏板，監控系統和中央處理器4片控制器，在這個組成的局域網中4片控制器占著主導地位，收集各個控制單元的信息和反饋，有的是從can線發送來的，有的是從傳感器反饋回來的電流信號，在根據預設在PLC內部的指令程序，給泵、閥、馬達發出可變的電流輸出，和發送到顯示器供操作員進行監控，在can局域網中，每個can終端出現問題時，發出的錯誤指令被中央處理器識別，并以錯誤代碼的形式反映到顯示器上，讓維修檢查人員更容易的分析判斷，在這個網絡中各個處理單元各負其責，根據優先級別發送接收指令至各個終端IP地址，打包好數據通過can線傳輸到中央控制器，其接到打包好信息后根據IP地址分析判斷，并把處理結果打包數據，在發送到需要發送的IP地址上，出現信息擁堵情況，高級別的打包數據優先發送和接受，以防止數據傳輸通道堵塞。以保證這個局域網絡穩定工作。

另外各個傳感器發來的信號或以電流，電壓，或可變電阻形式直接通過PLC的輸入引腳傳送給PLC，其根據傳送來的電壓電流電阻信號處理，給執行原件發出指令。例如我們起重機的鉤限位開關，在吊鉤接觸到限位開關的重錘時，機械鎖使限位開關的接點從閉點變成開點，這樣限位開關的兩根線一條是電源高電平線，一側是返回到繼電器的線圈控制線，這個繼電器的動作使其觸點信號反饋到中央控制器，當限位開關斷開的瞬間，繼電器失電，反饋給控制器的接點信號線失電，中央控制器得到這個指令后，通過預設程序的分析處理，反映到在給提升指令動作時控制主泵閥停止，主閥的提升電磁閥失電，手柄發送來的提升指令被停止，并且通過輸出一路高電平控制鉤限位報警燈提示操作員，在這一系列的反應中，中央控制器起到分析處理領導核心作用，也是can網絡的實例應用[3]。

3 結束語

總而言之，機電一體化技術的誕生與發展并非獨立存在的，其屬于多門類科學技術的發展融合產物，更是社會生產力發展的集中表現。在履帶起重機中機電一體化技術的應用，不僅能夠優化機械性能與提高運轉效率，更是安全的保證。當然，機電一體化技術涉及的技術眾多，在科技水平不斷提升的大環境下，技術融合趨勢也愈發顯著，因此機電一體化技術的發展前景也十分廣闊。

參考文獻：

[1]李捷.機電一體化技術在工程機械中的應用探討[J].中國設備工程，2020（09）：179-180.

[2]張鵬翼.工程機械中機電一體化的運用[J].農機使用與維修，2020（04）：38.

[3]劉偉杰，馬峰，劉相蕊.機電一體化技術及其應用研究[J].科技與創新，2017（18）：156-157.