基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

連曉東

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)王蟒溝煤業(yè)有限公司 山西省臨汾市 042100）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，各行業(yè)整體科技水平也呈現(xiàn)出逐年進(jìn)步的趨勢，而在新時(shí)代背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開始在諸多行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的使用，并悄然改變著這些行業(yè)的整體生產(chǎn)運(yùn)行模式。其中，在機(jī)電自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中，伴隨著對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，給該行業(yè)的發(fā)展提供了新的方向，因此，對于從事機(jī)電自動化控制設(shè)計(jì)方面的相關(guān)從業(yè)人員來說，認(rèn)識基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，并且從硬件和軟件層面，熟悉機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案，對該行業(yè)今后的發(fā)展，將會產(chǎn)生十分重大的影響。

1 機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論分析

當(dāng)前，全球范圍內(nèi)針對機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的使用都是在相對復(fù)雜且環(huán)境比較惡劣的情況下進(jìn)行使用的，因此，為了可以讓各崗位工作人員能夠依托該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，保障機(jī)電設(shè)備按照指定規(guī)則運(yùn)行，并對各種工程現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，因此必須要對機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)思考，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場對人力資源的有效控制，具體來講，依托物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)活動中，需要遵循以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)針對機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的全面控制和管理。在機(jī)電自動化系統(tǒng)當(dāng)中和運(yùn)行程序相關(guān)的數(shù)據(jù)信息都能夠憑借物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控技術(shù)開展系統(tǒng)整理，相關(guān)崗位工作人員可以隨時(shí)檢查機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，能夠幫助維修人員及時(shí)針對機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行維護(hù)，增強(qiáng)系統(tǒng)的整體自動化水平。

（2）使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)過程中，需要保證機(jī)電自動化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的安全性。實(shí)際上，在機(jī)電自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中，會因?yàn)楣ぷ魅藛T在操作過程中出現(xiàn)的不可避免的誤差，讓機(jī)床工作數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動，加大了機(jī)電自動化控制系統(tǒng)在使用過程中的材料使用量，因此必須要依托物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控技術(shù)對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)開展全面監(jiān)測，防止在系統(tǒng)使用過程中數(shù)據(jù)信息發(fā)生超越合理范圍的波動。

（3）機(jī)電自動化控制系統(tǒng)在使用過程中非常關(guān)注設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，工作人員卻輕視了對各類設(shè)備的維護(hù)管理工作，所以需要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對機(jī)床等重要設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障次數(shù)進(jìn)行合理控制，有效延長相關(guān)設(shè)備的使用年限

（4）在機(jī)電自動化控制系統(tǒng)下，并不直接參加認(rèn)為的機(jī)械控制，但應(yīng)當(dāng)要有專業(yè)崗位工作人員對形成的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)控，保障生產(chǎn)過程中的安全性和穩(wěn)定性要求，再使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對機(jī)床等設(shè)備的無線通訊功能進(jìn)行定期維護(hù)和開發(fā)，強(qiáng)化機(jī)電自動化控制系統(tǒng)在日常工作中的整體效率。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的核心技術(shù)是無線傳感通訊技術(shù)，可以使用于機(jī)械機(jī)電自動化生產(chǎn)通訊工作中，在數(shù)控機(jī)械機(jī)電自動化設(shè)備中設(shè)計(jì)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)格式幀數(shù)等結(jié)構(gòu)深度挖掘系統(tǒng)中的各種資源，伴隨著今后物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，機(jī)電自動化控制系統(tǒng)中監(jiān)測和信息收集分析等方面都會有相應(yīng)表現(xiàn)。

2 硬件設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容

2.1 遠(yuǎn)程控制器的設(shè)計(jì)內(nèi)容

文章所描述的遠(yuǎn)程控制設(shè)備主要包含有信息終端部分、信息交換部分、感知中心部分、監(jiān)測部分等構(gòu)成，如表1 所示，該表即為遠(yuǎn)程控制設(shè)備的相關(guān)構(gòu)成元器件。

表1：構(gòu)成元器件

在遠(yuǎn)程控制器當(dāng)中，信息終端可以顯示控制器收集的數(shù)據(jù)信息，其中的硬件板塊包含有以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)處理器、信息收集器等部分構(gòu)成；信息交換部分的功能是針對機(jī)械機(jī)電自動化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所形成的數(shù)據(jù)包開展搜集和分析，探究機(jī)電設(shè)備在日常使用過程中出現(xiàn)的故障源和誤差，硬件構(gòu)造主要包含有微型信息處理器、數(shù)據(jù)分析設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲卡；其余兩部分則是針對機(jī)電自動化完成工程中的數(shù)據(jù)和對應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)開展感應(yīng)、收集與分析，可以依托物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控技術(shù)管理實(shí)現(xiàn)通訊交流活動，硬件構(gòu)造涉及有CPU、電源板塊、智能監(jiān)控設(shè)備、A/D 數(shù)據(jù)端口等內(nèi)容。文章中所描述的系統(tǒng)，主要使用主控CPU 使用位數(shù)為16 位，可以同時(shí)拉動258G 數(shù)據(jù)運(yùn)行空間，CPU 中所接受的信號常見為控制信息，同時(shí)CPU 發(fā)出的控制信息和系統(tǒng)中各類硬件設(shè)備都依靠通訊協(xié)議進(jìn)行連接，為了可以保護(hù)憑借CPU 的控制信息擁有良好的安全性、穩(wěn)定性以及專一性，系統(tǒng)中的CPU 電路板中配置有智能微型控制電阻，符合控制中心對機(jī)電自動化控制系統(tǒng)對運(yùn)行精確性的相關(guān)要求。

在遠(yuǎn)距離監(jiān)控設(shè)備當(dāng)中，還配置有信息的連接口和輸出口，分別可以進(jìn)行對應(yīng)數(shù)量的外部數(shù)據(jù)設(shè)施進(jìn)行連接，相關(guān)崗位工作人員依靠外圍設(shè)施的遠(yuǎn)距離控制設(shè)備就可以遠(yuǎn)距離操作機(jī)床設(shè)備進(jìn)行自動化生產(chǎn)。

2.2 針對數(shù)據(jù)交換中心的硬件設(shè)計(jì)

在文章所描述的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中，其數(shù)據(jù)交換中心包含有若干個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)板塊，其主要作用是負(fù)責(zé)機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的日志信息記錄、命令傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、異常警告、數(shù)據(jù)設(shè)置等功能，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下的信息交換主要通過數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)交換為核心工作，信息傳輸中的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速率、系統(tǒng)穩(wěn)定性都可能會對信息交換中心的工作效率造成影響。筆者在信息交換中心添置數(shù)控芯片當(dāng)做數(shù)控機(jī)床設(shè)備的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換工具，該芯片可以完成隨時(shí)增強(qiáng)數(shù)據(jù)交換中心的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保障各類信息可以完整傳輸至工作人員對應(yīng)的操作平臺當(dāng)中。筆者還使用機(jī)床終端作為信息交換中心的數(shù)據(jù)連接端口，直接同中心資源庫進(jìn)行連接，給依托物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制帶來高質(zhì)量的信息交換條件。

2.3 數(shù)控機(jī)床監(jiān)測控制中心

數(shù)控機(jī)床監(jiān)測控制中心是依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部核心硬件，文章所描述的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中，擁有數(shù)據(jù)信息顯示功能的機(jī)床將作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)數(shù)控信息程序中的中轉(zhuǎn)構(gòu)造，在中轉(zhuǎn)構(gòu)造中增加界面報(bào)警指示燈，便于管理工作人員對數(shù)控機(jī)床的修理各報(bào)警控制，在工作人員控制下的機(jī)床結(jié)構(gòu)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞時(shí)，能夠開啟數(shù)控機(jī)床檢測控制中心的加工檢測控制設(shè)備，該設(shè)備中含有多個(gè)數(shù)據(jù)傳感裝置和數(shù)據(jù)分析裝置，可以在極高仿真度的情況下對數(shù)控機(jī)床自動化的運(yùn)行流程進(jìn)行有效模擬，給數(shù)控機(jī)床監(jiān)測控制中心內(nèi)的監(jiān)控內(nèi)容提供多元化的數(shù)據(jù)資源。值得注意的是，在該設(shè)備當(dāng)中，監(jiān)測控制信息的總儲存量傳送至系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)存儲量的一半以上，較為明顯的增強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控技術(shù)對機(jī)電自動化控制系統(tǒng)中監(jiān)控中心的兼容能力。

3 軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容

3.1 數(shù)據(jù)收集程序的設(shè)計(jì)

在依托物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控技術(shù)的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中，所建立的信息收集程序需要可以針對自動化完成過程中的機(jī)床設(shè)備生產(chǎn)信息開展包裝和分析，數(shù)據(jù)收集程序中的信息收集過程主要給數(shù)據(jù)的包裝分析做數(shù)據(jù)信息鋪墊，收集程序可以控制數(shù)據(jù)交換中心和監(jiān)測控制中心，依靠監(jiān)測控制中心獲得的實(shí)時(shí)信息傳送至信息交換中心，讓交換中心可以在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測控制命令的有效發(fā)布，信息交換中心的數(shù)據(jù)收集程序能夠基于信息的不同種類開展命令傳達(dá)和信息交換服務(wù)，讓程序中所涉及的相關(guān)指令和異常警告功能、列隊(duì)管理功能、數(shù)據(jù)設(shè)置功能、監(jiān)測控制功能都能夠在機(jī)電自動化控制系統(tǒng)設(shè)備中進(jìn)行表現(xiàn)。

數(shù)據(jù)收集程序?qū)C(jī)電自動化控制系統(tǒng)中的信息板塊具有很強(qiáng)的感知能力，可以通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用在機(jī)床等設(shè)備中添置射頻標(biāo)簽，機(jī)床等設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中所使用的參數(shù)與形成的數(shù)據(jù)信息都能夠憑借射頻標(biāo)簽錄入進(jìn)收集程序之中，收集程序再把整個(gè)車間當(dāng)中的加工道具加工信息傳送至管理控制中心，便于對應(yīng)崗位工作人員的配置，伴隨著射頻標(biāo)簽的運(yùn)動收集程序?qū)?biāo)簽開展的主動跟蹤，可以有效獲得在設(shè)備在生產(chǎn)、制造、運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)中存在的各類隱患以及相關(guān)的加工進(jìn)度消息，最終通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控技術(shù)把自動化生產(chǎn)設(shè)備信息進(jìn)行統(tǒng)一的歸納整理，由此實(shí)現(xiàn)對工作人員的工作負(fù)荷的有效降低。

3.2 控制程序設(shè)計(jì)

控制程序是確定機(jī)電自動化控制系統(tǒng)生產(chǎn)的最重要程序，該程序可以憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向機(jī)電設(shè)備傳達(dá)相關(guān)指令（包含生產(chǎn)指令和終止運(yùn)轉(zhuǎn)指令）。在針對控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)衡量到數(shù)控機(jī)電設(shè)備在生產(chǎn)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，可以對生產(chǎn)設(shè)備的故障診斷子系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備通訊子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)、信息監(jiān)測子系統(tǒng)、信息收集感應(yīng)子系統(tǒng)等進(jìn)行控制，它的實(shí)現(xiàn)路徑一般是憑借以太網(wǎng)關(guān)進(jìn)入到信息收集設(shè)施之中，之后再使用物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)開展無線通訊板塊的感應(yīng)。程序和CPU 硬件設(shè)備的融合，讓CPU 空間中的信息處理過程中能夠處在控制程序的控制之下，有效規(guī)避的數(shù)據(jù)信息傳輸過程中的各類干擾影響。

3.3 存儲程序設(shè)計(jì)

通過對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控技術(shù)的使用，可以準(zhǔn)確識別機(jī)電自動化控制系統(tǒng)中不同類別的信息，但是針對存儲程序的設(shè)計(jì)，可能存在有一定程度的干擾性，基于這一情況，在針對存儲程序開展設(shè)計(jì)的過程中有必要把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下的信息交換中心、數(shù)據(jù)監(jiān)測控制中心中的相關(guān)信息進(jìn)行格式統(tǒng)一處理，把原來存儲在程序中部位位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，存儲程序主要分布于硬件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)監(jiān)測控制中心和信息交換中心，對數(shù)據(jù)監(jiān)測控制中心的數(shù)據(jù)開展存儲時(shí)，需要引用信息傳輸協(xié)議，對數(shù)據(jù)的安全性開展分析，對數(shù)據(jù)交換中心的數(shù)據(jù)開展存儲的過程中，需要把數(shù)據(jù)傳輸端口和信息接收端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣分析，由此判定這些信息是否擁有能夠被數(shù)控的屬性。

4 實(shí)驗(yàn)論證

為了表現(xiàn)文章中所描述的系統(tǒng)在使用過程中具備穩(wěn)定性、安全性、可靠性特征，筆者把設(shè)計(jì)系統(tǒng)和文獻(xiàn)中論述的傳統(tǒng)系統(tǒng)開展性能對比，實(shí)驗(yàn)中首先需要判定不同種類系統(tǒng)在同一實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的運(yùn)行狀態(tài)，需要使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)編寫相同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)控環(huán)境和相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)計(jì)同一數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機(jī)電控制系統(tǒng)仿真頁面，并依靠物聯(lián)網(wǎng)虛擬器提供信息支持，為了彰顯出實(shí)驗(yàn)過程中的仿真性，還需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境當(dāng)中添置機(jī)電自動化設(shè)備所具有的對應(yīng)功能，并且對系統(tǒng)中的各種設(shè)備、工具的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督控制。

實(shí)驗(yàn)中需要使用Lab VIEW 軟件來對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行模擬，還需要利用仿真文獻(xiàn)中所提供的計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，使用Lab VIEW軟件模擬文本建立在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機(jī)電自動化控制系統(tǒng)。

筆者對不同系統(tǒng)環(huán)境中的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)工作效率開展對比，依靠三維仿真軟件構(gòu)建一套完善的需要通過機(jī)械機(jī)電自動化生產(chǎn)的硬件設(shè)備，朝三種不同系統(tǒng)傳達(dá)對應(yīng)指令，在獲得指令后通過信息交換，讓機(jī)電自動化生產(chǎn)設(shè)備形成一套獨(dú)立的制造流程，根據(jù)對比效果分析后可以發(fā)現(xiàn)，本文所介紹的基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控的機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率超過95%，遠(yuǎn)高于其他類型自動化控制系統(tǒng)80%的效率。

5 結(jié)束語

整體來說，針對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)控技術(shù)的使用，讓機(jī)電自動化控制系統(tǒng)的整體技術(shù)含量和工作效率得到了顯著的提升，不但有效推動了自動化技術(shù)的進(jìn)步，還提升了機(jī)電自動化控制系統(tǒng)在使用過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，讓相關(guān)行業(yè)的整體運(yùn)行效率得到了顯著的提升，提升了相關(guān)行業(yè)在市場中的競爭力。