工業自動化設備的設計制造及安裝調試方法

吳 磊

（核工業大連應用技術研究所，遼寧 大連 116031）

0 引言

在科學技術飛速發展的背景下，自動化技術愈發先進，為生產和生活提供了極大的便利條件，將自動化技術應用到工業生產中，可大幅度降低人為因素對生產質量造成的影響。但工業自動化設備具有很強的綜合性和技術性，對設計制造和安裝調試的效果有嚴格要求。 因此，要先提升工業自動化設備運行的穩定性，保障生產質量和生產效率，就必須從設計制造和安裝調試兩個方面同時入手。 基于此，開展工業自動化設備的設計制造及安裝調試方法的研究就顯得尤為必要。

1 工業自動化設備的特點

和其他自動化設備相比，工業生產中應用的自動化設備具有其獨特的特點， 主要體現在以下幾個方面：其一，工業自動化設備具有很高的自動化程序，幾乎無需人為干預操作， 可實現遠程控制和無人值班；其二，工業自動化設備具有極高的工作效率，可大幅度提升工業生產的效率和產品品質；其三，工業自動化設備在運行過程中，有獨立的運行程序，生產產品的一致性比較高；其四，工業自動化設備可滿足大批量、大規模生產，可降低生產成本，幫助工業企業獲得更高的經濟效益。

2 工業自動化設備的設計制造方法

工業自動化設備設計制造是非常重要的環節，對后期設備運行的質量、安全及能否滿足工程生產要求有較大影響。因此，在設計制造之前，需要先明確工業生產的具體需求、工業自動化設備質量的需求、設備的運行工作環境、生產參數指標等多項內容，綜合考慮存在的影響因素， 先選擇出3～5 種設計制造方案，然后通過對方案可行性、合理性的分析，選擇出最佳的設計制造方案，再交由設計制造工程師對選擇的方案進行審核，審核通過后才能著手設計制造，以保證設計制造方案的科學性，為后期研究、設計、開發、制造等提供指導。

在具體設計中， 必須選擇最優化的設計方法，并能夠充分體現出自動化控制技術，目前工業自動化設備設計中應用最多的方法是狀態空間設計法，主要機理是通過先進狀態觀測器，對工業自動化設備的實際控制能力進行調整和控制，在調整和控制時需要按照計算機傳遞函數得出的結果進行調整，而不是隨意或者按照自身經驗進行調整。 但隨著科學技術的發展，工業生產中對工業自動化設備的制造精度提出了更高的要求， 雖然狀況空間設計法可以獲得一定的效果，但也存在較大局限性，比如：無法清楚有效地觀察控制系統內部的變化情況，從而有效提高工業自動化設備的制造精度。基于此種情況，在設計過程中，可融入人工智能技術、現代控制理論、模塊控制技術等，實現工業自動化設備設計制造的三維立體可視化，再通過多變量系統、多輸入/輸出系統等，就可以實現內外全部精確控制。比如：在工業自動化設備設計制造中，可采用數字式PID 控制系統， 進一步明確PID 的參數，實現設計制造的最優化[1]。

當工業自動化設備設計完成之后，需要對性能進行測試分析，保證各項設備都符合工業自動化生產的需求，發現問題及時處理，確認各項指標都達標之后，才能進行制造。在制造中為避免發生材料和資源的無故浪費，可先進行模型制造，并對每個模塊的相關功能進行合理分析， 避免在生產制造過程中發生問題，通過此種方法，可及時對存在的問題、故障等異常情況進行全面排查診斷，保證工業自動化設備制造過程順利進行。

3 工業自動化設備的安裝調試方法

當工業自動化設備設計制造完成之后，在投入使用之前，還要開展安裝調試，確認各項參數和指標均達到設計要求和實際需求之后，才能投入運行。 安裝調試是一項比較系統且技術含量較高的工作，需要綜合考慮工業自動化設備控制系統硬件和軟件兩個方面的內容，其中硬件問題相對簡單，在安裝調試中只需要保證硬件的性能、型號等都滿足要求即可。 但也不能忽略硬件設備的接線和保護線按照調試，以保證工業自動化設備投入使用運行的安全性。軟件的安裝和調試則比較復雜， 需要結合工業自動化設備的特性、運行傳輸、工作環境等，對所選的軟件進行深入研究， 選出和工業自動化設備運行參數相符的軟件，是保證工業自動化設備安全、穩定運行的關鍵。

尤其是在工業自動化設備檢查時，要結合設備的運行結構原理圖，在充分了解和掌握設備結構組成情況和各部件具體功能的基礎上， 開展有針對性測試。為保證測試結果的準確性，需要嚴格按照測試流程進行測試，先是輸入某一個輸入量，此輸入量經過工業自動化設備之后，觀察該輸入量的變化情況。 再按照輸入量來檢測工業自動化設備的性能。 比如：PLC 可編程自動化控制系統是常用的工業自動化設備控制系統，在設備運行控制中，有兩種控制方法，一種是開環控制法，另一種是閉環控制法。 如果采用了開環控制法，則輸出量的信息很難及時反饋到輸入中，也就是說工業自動化設備中的輸入量無法根據輸出量進行有效調節，控制效果比較差。 而閉環控制法相對比較先進，可實現有效控制。比如：在工業自動化設備控制系統中，采用了PID 控制器技術，則控制規律可用以下公式表示：

與此公式相互對應的PID 調節器的傳遞函數可以下公式來表示：

此函數中Kp 表示的是比例增；u（t）表示的是控制量；e（t）表示的是偏差量[2]。

通過對工業自動化設備的控制性能測試，是安裝調試的主要環節， 主要目的是測試工業自動化設備是否具有負反饋的控制性能，從而為設備安裝調試提供數據支持和理論指導[3]。

傳感器是工業自動化設備的主要組分部分，傳感器安裝調試也是重中之重。 目前，在工業自動化設備中常用的傳感器是光電開關，具有反應速度快、靈敏度高等優勢，此種優勢是工業自動化設備比較重要的性能，而且結構相對簡單，布置方式也比較靈活。常用的光電開關有三種，一種是反射光電傳感器，一種對射式光電傳感器，另一種是位移傳感器。 這三種傳感器在性能和作用方面有一定差別， 在具體安裝調試中，需要結合工業自動化設備的性能及現場運行情況合理選擇，以最大限度地提升工業自動化設備運行的穩定性和工作性能[4]。 比如：位移傳感器，可按照工業自動化設備位置的變化，將發生位移變化的相關信號輸入到位移傳感器中， 最后再反饋給工業自動化設備， 通過自動化控制算法就可以實現設備的位移控制。除此之外，在工業自動化設備安裝調試中，還要對中是編碼器的安裝及調試，目前絕大多數工業生產設備自動化控制都是數字信號控制，編碼器用于數字信號的傳遞，以便及時獲知設備運行情況。

4 工業自動化設備的發展趨勢

工業是我國社會經濟發展的支柱產業，因此，近年來，我國對工業生產自動化、智慧化、科技化投入了大量精力，數控技術、自動化技術、人工智能技術等高新技術被廣泛應用在工業生產中，發展至今，基本上實現了工業生產設備的升級轉型， 機械工程領域取得了重大突破，工業自動化設備的應用范圍愈發廣泛，并取得了良好成績。但就目前發展現狀而言，仍然存在很多問題亟待解決，比如：工業自動化設備的附加值較低、很多工業自動化設備依賴國際進口、 自主設計制造創新能力不足等。再加上傳統理念和文化環境的影響，致使很多高技術人才不愿投入工業自動化設備設計研發中，缺乏技術型人才，致使我國工業發展一直難以取得重大突破性成績。在此種背景下，工業自動化設備的設計制造既能有效解決和處理當前存在的問題， 還能帶動相關產業持續發展。總而言之，工業自動化設備具有良好的發展前景和發展空間[5]。需要相關單位和政府不斷加大對工業自動化設備設計制造和安裝調試研究的投入力度，以提升設備的性能和附加值，從而設計出更加適合我國工業發展現狀的工業自動化設備， 縮小和發達國家之間的差距。

5 結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了工業自動化設備的設計制造及安裝調試，分析結果表明，工業自動化設備是工業生產實現自動化、智能化、智慧化、科技化、人性化發展的前提條件。 涉及硬件設備和軟件兩個方面，其中軟件控制算法的性能對工業自動化設備的工作性能有較大影響，需要結合工業自動化設備的特性， 按照相應的標準和規范開展設計制造研究，并選擇合理的安裝調試方法，這樣才能最大限度地提升工業自動化設備的性能，促使我國工業事業穩健發展。