智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用

楊卓霖

智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用

楊卓霖

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司，廣西 平果 531499）

隨著5G時(shí)代的全面來(lái)臨，物聯(lián)網(wǎng)的新型自動(dòng)控制系統(tǒng)也在工程機(jī)械控制中的重要性受到關(guān)注，同時(shí)，智能控制技術(shù)在其發(fā)展領(lǐng)域和其他領(lǐng)域都有著廣泛的推動(dòng)空間以及適配性。文章針對(duì)智能技術(shù)的當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)以及現(xiàn)階段智能技術(shù)的發(fā)展領(lǐng)域做出了詳細(xì)的闡述，并為未來(lái)機(jī)械發(fā)展方向做出一定闡述和分析。

智能控制技術(shù)；施工機(jī)械控制；物聯(lián)網(wǎng)

引言

為了更加切實(shí)地研究智能控制技術(shù)，在機(jī)械控制中的適配度以及適配方向，更多的大型設(shè)備以及工廠加工趨勢(shì)有相當(dāng)一部分傾向于使用自動(dòng)化技術(shù)以及智能控制技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在基本統(tǒng)一的過(guò)程下都屬于工程機(jī)械控制的一部分，同時(shí)，也在工程機(jī)械控制中占據(jù)相當(dāng)大的一部分，隨著人工使用以及人工數(shù)量的減少，大量的自動(dòng)化進(jìn)程以及數(shù)據(jù)和云端處理技術(shù)的涌入，使得智能控制技術(shù)也在更多的領(lǐng)域有了一席之地。同時(shí)，隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，更多的技術(shù)支持以及先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)，為自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)程以及工程機(jī)械智能控制系統(tǒng)帶來(lái)了更多的可能性。目前我國(guó)有很多高校及一些職業(yè)學(xué)校，將自動(dòng)化的控制技術(shù)伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的理論知識(shí)和專業(yè)學(xué)習(xí)實(shí)踐融入到了課本當(dāng)中，這就為人員的培養(yǎng)和人才的發(fā)掘奠定了一定的基礎(chǔ)，在這樣的試配環(huán)境下，切實(shí)保障了工程機(jī)械智能控制的發(fā)展和壯大。

1　工程機(jī)械專用控制發(fā)展趨勢(shì)

在不久的將來(lái)，全世界對(duì)控制器的需求將以每年12.3%左右的復(fù)合速度增長(zhǎng)。控制技術(shù)的發(fā)展，安全、高效、創(chuàng)新、便捷、差異化、遠(yuǎn)程信息處理技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向。安全控制器體現(xiàn)在硬件、軟件和硬件的安全開(kāi)發(fā)過(guò)程中。最后，將該控制器應(yīng)用于工程機(jī)械中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的執(zhí)行功能和監(jiān)控功能。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是采用兩個(gè)控制器，一則負(fù)責(zé)執(zhí)行工程機(jī)械的任務(wù)，二則負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控控制器可及時(shí)切斷電源，以保證設(shè)備的安全。在歐洲，大多數(shù)工程設(shè)備都需要達(dá)到SIL2（安全等級(jí)2）標(biāo)準(zhǔn)，包括硬件可靠性計(jì)算和評(píng)估、軟件可靠性評(píng)估、文件管理和設(shè)備開(kāi)發(fā)過(guò)程安全評(píng)估等。

工程技術(shù)的專業(yè)控制在近些年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)不斷上升，工程機(jī)械作為最普遍的工程操控系統(tǒng)和大型設(shè)備的輔助系統(tǒng)，一直以來(lái)都備受人民的關(guān)注。隨著軍工企業(yè)的民用化，更多的科技和信息化技術(shù)涌入到工程機(jī)械專用控制發(fā)展中，使得它在近些年來(lái)發(fā)生了翻天覆地的變化。同時(shí)，專用控制的監(jiān)測(cè)設(shè)備和相應(yīng)的設(shè)備安全保障系統(tǒng)也在不斷完善，隨著國(guó)際和國(guó)內(nèi)的大趨勢(shì)、大循環(huán)不斷發(fā)展，更多的標(biāo)準(zhǔn)也趨向于統(tǒng)一化，包括硬件可靠性和可實(shí)用性都有了與日俱增的強(qiáng)度和伸展度。同時(shí)，更多的機(jī)械和信息化技術(shù)的運(yùn)用，也使得工程機(jī)械專用控制的難度不斷減小，使得更多的非專業(yè)人士也可以參與其中，從事監(jiān)察和管控的工作，也使得工程機(jī)械專用控制的用人資源方面得到簡(jiǎn)化。如今，工程機(jī)械專用控制技術(shù)不斷推廣，已達(dá)到全國(guó)工商產(chǎn)值行業(yè)76.5%的覆蓋面積，這大大增加了工程機(jī)械專用控制的可實(shí)行范圍，也保障了其自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展空間。

2　開(kāi)源實(shí)施以太網(wǎng)PowerLink技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代到來(lái)，更多的未來(lái)工程機(jī)械實(shí)現(xiàn)了智能化，更多的操作變得更加簡(jiǎn)單，但功能更加復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和開(kāi)放性提出了更高的要求。我國(guó)唯一的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)就是PowerLink[1]，它在更強(qiáng)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)小、100%互操作、現(xiàn)成的開(kāi)源配置的性能。PowerLink可以實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制，滿足現(xiàn)場(chǎng)與現(xiàn)場(chǎng)的直接通信。倍增，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以有不同的周期：考慮設(shè)備速度慢，減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，支持更多的設(shè)備在不中斷系統(tǒng)的情況下，可以真正實(shí)現(xiàn)熱插拔：網(wǎng)絡(luò)靈活，選擇自由。

PowerLink技術(shù)發(fā)現(xiàn)與發(fā)展直接促進(jìn)了電機(jī)一體化工程中更多智能控制技術(shù)在工程機(jī)械應(yīng)用中的發(fā)展空間，拓寬了只能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)了5G技術(shù)在智能控制技術(shù)上的突破，真正意義上實(shí)現(xiàn)了5G技術(shù)在工程機(jī)械控制的開(kāi)發(fā)和利用。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)的提出和應(yīng)用，也保障了短期時(shí)間內(nèi)工人人員技術(shù)需要數(shù)量也從占比86.23%減少到76.54%，保障了質(zhì)量的同時(shí)也保障了一定的效率。傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)化機(jī)械往往出現(xiàn)了大規(guī)模的更新，更新系統(tǒng)和相對(duì)應(yīng)的插件附件，對(duì)于一定企業(yè)來(lái)說(shuō)是一筆不小的支出，同時(shí)這樣的更新并沒(méi)有為之后的工作帶來(lái)極大的幫助，系統(tǒng)故障或者緩慢，系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)于人工控制來(lái)說(shuō)，更具有不確定性。因此，互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)，大大減輕了操作難度和專業(yè)性，使得更多的人對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)有了更多的操作可能。

3　智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用分析

3.1　智能控制技術(shù)在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

在相當(dāng)一部分機(jī)電一體化工程中，數(shù)控機(jī)床設(shè)備在積極應(yīng)用先進(jìn)的智能控制技術(shù)方面起著重要作用，而數(shù)控機(jī)床設(shè)備不僅大大提高了設(shè)備的效率，而且大大提高了精度。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床缺乏先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)思想，導(dǎo)致產(chǎn)品精度較低，而先進(jìn)的智能控制技術(shù)在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)加工可以有效地解決機(jī)床控制系統(tǒng)中的RISC CPU芯片，使產(chǎn)品具有較高的合格率[2]。具體而言，先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床設(shè)備智能控制技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：第一，機(jī)床振動(dòng)主動(dòng)控制，借助于智能控制技術(shù)。第二，將智能控制技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，可以有效地提高數(shù)控機(jī)床的安全性和智能性，有效地避免了數(shù)控機(jī)床在實(shí)際操作過(guò)程中各部件之間的相互影響。最后，在數(shù)控機(jī)床設(shè)備中應(yīng)運(yùn)智能控制技術(shù)，使智能控制系統(tǒng)能夠安全、規(guī)范地控制數(shù)控機(jī)床，保證機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性數(shù)控機(jī)床設(shè)備。

3.2　智能控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)越發(fā)先進(jìn)，在更多的領(lǐng)域都有了發(fā)揮的空間和適配的機(jī)械。智能控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：第一，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)VGA機(jī)器人多個(gè)傳感器的有效控制，智能控制機(jī)器人的傳感器以及VGA系統(tǒng)的內(nèi)容，可以更快速、準(zhǔn)確地接收系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息和命令，控制技術(shù)可以控制機(jī)器人的行走。第二，將智能控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)行走路徑的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)控制，使機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)行更加準(zhǔn)確、及時(shí)。第三，應(yīng)用智能控制技術(shù)可以有效地控制機(jī)器人的運(yùn)行環(huán)境。通過(guò)對(duì)模糊控制系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作環(huán)境的定位和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了有效的控制。最后，應(yīng)用主動(dòng)智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)的主動(dòng)控制。例如，機(jī)器人可以控制手臂的位置，使其更加協(xié)調(diào)和規(guī)則[3]。

3.3　智能控制技術(shù)在超聲波傳感領(lǐng)域的應(yīng)用

超聲波傳感領(lǐng)域是一種以超聲波技術(shù)為主進(jìn)行的短距離傳感的現(xiàn)代化技術(shù)手段。智能控制技術(shù)在超聲波傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是基于現(xiàn)在工程建設(shè)的復(fù)雜環(huán)境中，通過(guò)智能控制技術(shù)，使超聲波傳感技術(shù)的應(yīng)用更加方便，降低了在特殊環(huán)境中距離測(cè)量工作的難度，提高了測(cè)量準(zhǔn)確性，盡可能降低機(jī)械控制造成的誤差。因?yàn)樵谔厥猸h(huán)境中進(jìn)行的距離測(cè)量工作，將會(huì)花費(fèi)較多的人力和物力，并且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得不到保障，不利于提高工程建設(shè)的進(jìn)度，而且也會(huì)造成工程機(jī)械的控制難以精確。所以，通過(guò)智能控制技術(shù)在超聲波傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，可以更好地提高在特殊環(huán)境中距離測(cè)量的精確度，一定程度上減少了施工團(tuán)隊(duì)，環(huán)境測(cè)量所需的人力物力還保障了測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度，有利于推動(dòng)建設(shè)工程的進(jìn)行。此外，超聲波傳感技術(shù)能夠在機(jī)械工程控制系統(tǒng)中發(fā)揮較好的作用，不需要額外的操作，智能系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)已設(shè)定的算法進(jìn)行距離測(cè)算，解決了傳統(tǒng)工程機(jī)械控制系統(tǒng)精確性不高的問(wèn)題，改善了人工下人為因素引發(fā)的不良情況，促進(jìn)了工期的完成。

3.4　5G時(shí)代的全面來(lái)臨

隨著我國(guó)科技力量的不斷發(fā)展，突破了國(guó)外長(zhǎng)期監(jiān)制和管控實(shí)現(xiàn)了智能控制技術(shù)的全面突破，達(dá)到了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。這一發(fā)展是跨時(shí)代的，也是為更多的機(jī)械發(fā)展和行業(yè)關(guān)聯(lián)提出了更多的可能性。5G時(shí)代的來(lái)臨，不光代表著高速流量的發(fā)展和更多的信息化技術(shù)提升，同時(shí)，也代表著自動(dòng)控制技術(shù)和智能機(jī)械化發(fā)展更加精確和持久。在5G時(shí)代到來(lái)之前，4G的網(wǎng)絡(luò)往往相對(duì)來(lái)說(shuō)更加緩慢，導(dǎo)致了大量的物質(zhì)和信息流通不暢，對(duì)于智能機(jī)械科技方面也仍有不足。大量的信息數(shù)據(jù)堆積，累加流通緩慢也致使更多的機(jī)械方面在自動(dòng)化進(jìn)程當(dāng)中難有大發(fā)展。如今，隨著5G時(shí)代的全面推廣，這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)實(shí)施全面的商業(yè)化，這超前的發(fā)展計(jì)劃直接推進(jìn)了我國(guó)機(jī)械智能科技的發(fā)展，同時(shí)也代表著更多的智能科技和智能AI的崛起。

表1　智能控制技術(shù)應(yīng)用效益表

表1是近年來(lái)智慧控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用與缺失進(jìn)行對(duì)比的效益表，根據(jù)圖表可以發(fā)現(xiàn)將智慧控制技術(shù)運(yùn)用在工程機(jī)械控制中，所帶來(lái)的效益有了一個(gè)明顯的提升。在未添加智慧控制技術(shù)時(shí)沒(méi)企業(yè)員工的工作效率為75.2%，然而在添加了智慧控制技術(shù)應(yīng)用之后，工作效率相比之前增加了11.1%。另外，在工作人員的經(jīng)濟(jì)收益、相對(duì)收益、安全風(fēng)險(xiǎn)降低程度分別增長(zhǎng)了4.4%、7.02%、4.02%，另外在技術(shù)維修成本及單位生產(chǎn)價(jià)值上相對(duì)以前都各自增長(zhǎng)了105991、700000，如此可見(jiàn)，智慧控制技術(shù)的應(yīng)用明顯的帶來(lái)了更大的收益。圖1是2019年至未來(lái)6年內(nèi)的全球智能座艙域控制器市場(chǎng)出貨量的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)情況，從圖中足以看出，智能控制技術(shù)在未來(lái)呈逐漸增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，帶動(dòng)全球智能座艙域控制器市場(chǎng)出貨量也呈直線上升，足以可見(jiàn)智慧控制技術(shù)對(duì)各領(lǐng)域的重要性。因此，應(yīng)該加強(qiáng)智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的研發(fā)貢獻(xiàn)力量。

圖1　2019－2025年全球智能座艙域控制器市場(chǎng)出貨量統(tǒng)計(jì)情況及預(yù)測(cè)

4　智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用效果

4.1　智能控制技術(shù)在壓路機(jī)中的應(yīng)用效果

壓路機(jī)的工作和調(diào)配相對(duì)來(lái)說(shuō)是更加簡(jiǎn)易的方向，比較單一，操作系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，這樣的情況下，就需要智能控制技術(shù)，在人工控制的情況下進(jìn)行介入，不僅能保證壓路機(jī)的高效工作順利，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)工作的更加準(zhǔn)確，其控制實(shí)現(xiàn)方法包括以下不同的方向。首先是結(jié)合工程機(jī)械作業(yè)的具體目標(biāo)，從目標(biāo)出發(fā)，保證施工質(zhì)量的高效以及可發(fā)展方向。目標(biāo)的切實(shí)保障不僅能夠節(jié)省工程的資金流動(dòng)，同時(shí)也能大大減輕工作量，節(jié)約更多的寶貴工作時(shí)間。其次，通過(guò)合理調(diào)整軋輥的動(dòng)能及相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，可以對(duì)軋輥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面監(jiān)控。然后，通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)條件和運(yùn)行目標(biāo)的綜合分析，有助于確定最佳的控制方案，如壓路機(jī)的過(guò)程控制，以保證控制技術(shù)的應(yīng)用。為了使壓路機(jī)的施工過(guò)程達(dá)到智能化，需要結(jié)合實(shí)際情況，在系統(tǒng)中預(yù)先輸入一系列參數(shù)。同時(shí)，利用智能控制技術(shù)，綜合考慮設(shè)備運(yùn)行過(guò)程、工作環(huán)境和工作目標(biāo)，可以自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，也可以通過(guò)改變等相關(guān)工作，確保軋輥始終保持高工作效率。最后，通過(guò)對(duì)路基壓實(shí)機(jī)工作狀態(tài)的分析，重點(diǎn)介紹了智能控制技術(shù)在路基壓實(shí)機(jī)工作壓力控制中的應(yīng)用，智能控制系統(tǒng)需要分析工作環(huán)境溫度和瀝青混凝土溫度等基本數(shù)據(jù)。

4.2　智能控制技術(shù)在挖掘機(jī)中的應(yīng)用效果

智能控制技術(shù)在挖掘機(jī)中的應(yīng)用，工程機(jī)械的控制效果主要實(shí)現(xiàn)在挖掘機(jī)的負(fù)載功能和挖掘機(jī)的動(dòng)能控制兩個(gè)方面采用智能控制技術(shù)，可以有效地提高挖掘機(jī)的專用控制效果。考慮到挖掘機(jī)各部件之間的相互作用，如共同驅(qū)動(dòng)負(fù)載系統(tǒng)和動(dòng)力輸出系統(tǒng)，只有在挖掘機(jī)保持穩(wěn)定輸出功率。因此，為了提高智能控制系統(tǒng)在挖掘機(jī)控制中的應(yīng)用效果，必須明確系統(tǒng)與各部件之間的內(nèi)在聯(lián)系。在智能控制技術(shù)的框架下，挖掘機(jī)自身的動(dòng)力輸出系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際工況的不同實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力的需求，從而大大降低了挖掘機(jī)操作挖掘機(jī)。按勞分配模型為了進(jìn)一步提高挖掘機(jī)的機(jī)械控制效率，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)不同的控制方式采取具體措施。根據(jù)作業(yè)分配控制模式，結(jié)合施工過(guò)程中的實(shí)際能源需求，通過(guò)對(duì)挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率的合理調(diào)節(jié)，對(duì)智能控制系統(tǒng)提出了要求。從而達(dá)到降低運(yùn)行成本的目的。從綜合的角度出發(fā)，根據(jù)工作分配模式，分析了企業(yè)的區(qū)位環(huán)境。

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)工程機(jī)械控制工作的要求越來(lái)越高，在這種情況下，應(yīng)該積極創(chuàng)新和完善工程機(jī)械控制模式，應(yīng)用目前先進(jìn)的智能控制技術(shù)，在有效解決工作中存在的一系列難題的同時(shí)，提高了工作效率，促進(jìn)了工程機(jī)械智能化、高效化控制領(lǐng)域的發(fā)展。智能控制技術(shù)在壓路機(jī)以及挖掘機(jī)中的應(yīng)用，能夠更好地提高我國(guó)施工工程工作質(zhì)量和效率，推動(dòng)施工工作向智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化方向發(fā)展，不斷提高我國(guó)施工自動(dòng)化水平。此外，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中智能控制技術(shù)能夠滿足工程機(jī)械在控制上的不同需求，更好地提高工程機(jī)械控制系統(tǒng)的靈活性，解放傳統(tǒng)人工控制的工作壓力，促進(jìn)工程機(jī)械控制設(shè)備向現(xiàn)代化技術(shù)水平產(chǎn)品前進(jìn)。

[1]李艷娜. 智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用研究[J]. 產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，2020(35): 108-109.

[2]薛知言. 智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用研究[J]. 南方農(nóng)機(jī)，2021，52(18): 143-145.

[3]王帥，陳朝陽(yáng)，湯華炬. 智能控制技術(shù)在工程機(jī)械涂裝自行小車上的應(yīng)用[J]. 電鍍與涂飾，2020，39(4): 216-219.

Implementation Countermeasures of Intelligent Control Technology in Construction Machinery Control

With the comprehensive approach of the 5G era, the new automatic control system of Internet of things has also received its due status and absolute attention in the control of construction machinery. At the same time, intelligent control technology has a wide promotion space and adaptability in its development field and other fields. This paper makes a detailed judgment on the current development trend of intelligent technology and the development field of intelligent technology at this stage, and makes a certain exposition and analysis for the future development direction of machinery.

intelligent control technology; construction machinery control; Internet of things

TP27

A

1008-1151(2022)08-0001-03

2022-04-29

楊卓霖（1988－），廣西玉林人，中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司生產(chǎn)技術(shù)部助理工程師，研究方向?yàn)榻饘僖睙挕?/p>