關于機電控制系統自動控制技術與一體化設計的研究

仲偉峰

摘要：目前機電控制系統正受到現代化生產模式的影響，不斷提高一體化設計，最終優化生產效率與生產質量。結合機電一體化控制系統概念，討論系統設計時控制任務錄入、傳感設備選擇、PLC結構應用、伺服系統連接、數據自動檢索、電子通信線路等要點，為推進控制系統的順利應用提供有利參考。

關鍵詞：機電控制;自動化;一體化設計

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。

一、關于機電控制系統的相關概念

（一）機電控制系統的概念

機電控制系統指采用技術手段將設備工作的一系列內容進行整合連接，盡可能的將設備直接加工流程進行有效連接形成一個一體化的生產流程，減少生產活動的交接花費從而提升工作生產的效率，而且還能夠對生產過程的內容進行有效控制，減少一些不必要的失誤問題。涉及到生產工作本身內容以及計算機網絡應用、電力網絡技術等，而且在實際的運行中還需要不斷進行改進完善，提升機電控制系統在工作生產中的穩定性與兼容性，一方面減少了工人的勞動量，除去了工人勞動在生產流程中的失誤率。另一方面機電控制系統可以大大提升生產效率，并且使生產企業從勞動型生產企業轉變為技術型企業。實現產業結構的的調整優化。例如，工作人員僅僅使用計算機就能夠實現生產工作的觀察與控制，而且機電控制系統也能夠進行生產質量的準確監控，還能夠進行問題情況的及時預警，減少企業的經濟損失。目前生產企業中使用的主要還是人機交互式的控制系統，還是需要工作人員進行監控調整，真正的遠程機電控制系統還處于探索階段，也是機電控制系統以后的發展趨勢。

（二）自動控制系統

自動控制系統是在機電控制系統上進行傳感器、控制器結合發展，根據工作生產過程中傳感器的數據機電系統能夠進行自動運行控制，按照預先設定的內容進行控制對象的自動操作。自動控制技術結合機電運行、傳感接受、運算操作等系統操作來完成自動控制內容，一直屬于機電控制系統的發展重點。基于機電控制系統而產生的自動控制系統，整個控制流程的目的就是通過計算機的運算處理實現對控制對象的無人化操作。首先需要建立一個控制對象的數據庫，根據需要操作的內容建立控制對象的數據模型，然后嚴格設定控制對象的函數模型，現代自動化控制理論中的時變、非線性系統進行有效使用，將計算機使用的數據工具采用空間方法系統進行狀態分析，然后再將自動控制系統的運行狀態以函數方式經營輸出，做好機電自動控制系統的規律化運行傳遞。最后根據系統的運行條件與狀態，進行自動控制狀態的條件，主要調節內容為優化設計與自適應控制。做好自動操作與故障預警兩方面內容，保證系統運行穩定與生產工作的質量。

（三）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。例如，一旦機電控制系統的設計不完善，閉環運作時出現數據異常，就很容易導致整體控制系統的運作故障。另外，我國現代化工業生產對設備性能與參數的要求越來越精細，一體化控制系統運行時的精準度會直接對生產效果產生影響。為了確保產品符合標準，就需要保證設計指令與輸出指令的一致性，減少系統操作的誤差。1993年開始，表面貼裝技術（Surface Mounted Technology，SMT）深刻地影響著電子設備的體積設計，全球范圍內開始有近50%的電子元件以片狀進行生產，因此機電一體化控制系統也具有微型化的特點。

近幾年，計算機技術憑借自身的高效率與高速度得到社會各行各業的一致認可，在機電系統優化過程中，同樣要具備高效率與高速度的特點，強調操作的便捷性。例如，在系統發生故障時，機電系統能夠第一時間作出判斷與處理，縮短處理時間，以免系統運作差值過大。作為一個完整的系統，機電設備想要完成一體化控制，就必須保證內部有充足的動力，并實現檢測、控制等操作。機電一體化系統的主要功能是實現動力和運動的轉換和傳遞，動力功能是向系統提供動力，能量應與動力和運動的傳遞和轉換相匹配。

二、機電一體化技術

（一）設計構想

隨著各種生產行業對于機電控制系統需求提升，除了自動控制技術的發展外，與自動控制系統相對應的機電一體化也迎來了更大發展空間，一些高精密的電氣工程、電氣產品制造對于一體化的機電系統尤為青睞，所以機電控制系統的一體化設計也成為了機電行業發展的一大方向。一體化設計理念最早有日本機械整形研究協會提出，他們認為在原有的控制系統上將各個功率原件、電子軟件進行集成化安裝，對機電行業的生產工作也是一種集成化發展。隨著社會生產要求與計算機網絡應用的發展，一體化系統設備不管是在設備軟件與技術系統都已經越來越成熟。一體化設計不管在機電設備還是在其他行業都已經成為一種趨勢。機電控制系統實現一體化的同時還要發揮出產品設計與性能設計的雙重優勢，將生產工作的內容作為設計基礎，然后以一體化為設計目標進行延伸，并對控制系統的結果進行反復實驗與檢查，最終實現機電控制一體化設計的人性化、高效率、智能化的特點。將生產內容模塊以網絡系統進行聯合形成物理的工作內容以網絡數據化進行呈現。

（二）共性關鍵技術

機電一體化設計中的共性關鍵技術主要分為兩個方面：機械控制技術與計算機輔助技術，將機械控制技術與計算機輔助技術進行結合實現控制人員的遠程操作。其中機械技術是機電一體化技術發展的基礎，機械基礎為了實現智能化、高效化也就出現了一體化的設計理念，采用計算機輔助技術可以將很多人為操作工作采用傳感、掃描等方式進行計算機操作，很多電子產品功能可以在機電控制中進行應用，帶動機械制造業的全面發展，例如一些在一些生產制造環境要求比較高的機電制造，一體化的機電設計提供了一種可行的解決方案。計算機輔助技術在其中承擔了操作對象的數據收集、生產要求的數據處理、人力交互的數據傳輸等內容。并且還具備了故障問題的預警分析。有效實現一體化設計與人員信息交流。但是在一些復雜環境下的應用兼容還需要探索改進，才能減少一體化設計對認為因素的依賴程度。

（三）機電一體化產品設計方法

機電一體化產品的設計方面可以從以下三個方面進行展開，以原有的機電產品的功能模塊為基礎結合生產要求與設計目標要求進行展開。第一，整體設計法，整體設計法將原有在實際工作中將機電設計的內容與機電設備進行結合，從一體化設計的全局方面進行人手，對于一體化的產品設計最為有效，但需要花費大量的設計功夫與調試環節，屬于產品重新開發的一個流程。第二、組合法，這種設計方法最為快速、高效，將原有的機電控制的功能模塊進行拆分，然后進行一體化的包裝組合，由于每個功能模塊都比較成熟所以設計花費比較少，但對于一體化的設計理念不夠完善，功能模塊的結合一體化不足，一些控制操作還需要人員操作的輔助。第三、取代法將機電控制設備中的一些流程或者人為工作采用計算機輔助技術進行取代。從技術上能夠有效實現一體化的設計要求，可以起到節約資源優化生產的效果。進行設計時可以根據不同設計內容進行三個方法的結合使用，能夠發揮機電一體化產品的智能化、全面化、高效化即可。

三、結語

綜上所述，隨著工業化程度的不斷加深，機電控制系統中自動控制技術的應用以及一體化設計必不可少。而要想進一步強化一體化設計，首先需要了解的就是自動控制技術的相關理論知識，同時，在進行一體化設計時，企業一定要根據自身的實際情況，包括運營狀況、生產狀況、生產產品等來挑選合適的一體化設計方案。這樣才能確保機電控制系統一體化設計真正發揮作用，有效提高企業的生產效率和生產質量，降低企業的生產成本，讓企業能夠在市場上獲得更多的經濟利潤，以此促進企業發展。

參考文獻：

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