基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統設計研究

章東斌

（海寧技師學院，海寧 314400）

在現代化網絡技術跨越式發展的背景下，物聯網為我國社會發展提供了有力支撐。作為新一代網絡技術，物聯網基于射頻識別、紅外感應器及激光掃描等設備的支持，根據網關設計構建物體與物體互聯的交互形式。與傳統以信息、服務器進行交互的方式相比，以物聯網為核心的交互形式有利于實現對交互目標的定位、跟蹤及管理，并將運行軌跡、參數及規律上傳至移動終端。基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統有利于提升機械機電設備運行穩定性，同時可通過輸入指令、參數自動化控制機械機電設備運行，對提高企業生產質量及效率具有深遠意義。文章討論與分析基于物聯網數控的機械機電自動化控制，以期為相關研究提供參考。

1 基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統設計的重要性

目前，我國工業逐步向自動化和現代化方向發展。機械機電設備自動化控制系統的研究在全球范圍內屬于熱點話題，為進一步提升機械機電自動化控制精準度及保障機械機電設備運行邏輯符合生產需求，各大企業紛紛依托物聯網數控技術優化機械機電設備自動化控制系統。物聯網數控技術作為物聯網時代以“萬物互聯”為特征的時代產物，將其應用到機械機電自動化控制系統，可以實時獲取與收集機械機電設備自動化運行中的數據、參數，幫助企業管理人員分析機械機電設備運行狀態，提升機械機電自動化控制質量。通過物聯網數控技術檢索機械機電設備運行狀態，可幫助企業判斷機械機電運行邏輯是否符合企業生產需求，有利于企業生產效益最大化，同時提高機械機電設備自動化水平。

2 基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統設計

2.1 系統框架

基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統主要由傳感器模塊、數據采集與處理模塊、控制模塊及通信模塊組成。通過傳感器模塊，機械機電設備可在物聯網數控模式下實現自動化控制，并實時獲取運行、生產中的數據。數據采集與處理模塊是物聯網數控下實現自動化控制系統設計的關鍵，主要負責收集與處理機械機電設備運行過程中產生的數據，具體涵蓋數據提取、數據分類、數據清洗、數據轉化及分析等處理過程，并將數據采集與處理結果上傳至終端?？刂颇K是自動化控制系統設計中的關鍵，主要圍繞企業生產流程需求確定生產步驟，并對相應運行參數進行調整，通過控制算法對反應器的化學反應過程、流量、溫度等參數進行控制，以獲取最好的效果。通信模塊作為物聯網數控的重要模塊，是保障數據處理與控制算法相互聯系的關鍵。

基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統，要求傳感器、執行器、通信模塊等設備互聯，并從整體系統出發監控機械機電設備自動化運行及控制，具體需進行設備運行狀態監測、設備生產流程控制及設備運行數據的分析。

2.1.1 運行狀態監測

物聯網數控可實時監測機械機電自動化設備，實時獲取運行數據，有利于及時發現機械機電設備存在的問題。常見監測內容為設備溫度、壓力、振動等參數，有利于及時識別設備運行異常狀態，減少因設備故障造成的損失[1]。

2.1.2 生產流程控制

通過物聯網數控技術實現對機械機電設備運行、生產過程的全流程控制，通過植入控制算法自動化調整生產過程，并運用傳感器實時采集生產數據，有利于提高整體生產質量及效率。例如，根據既定生產流程及標準參數，通過物聯網數控自動化調節設備運行流量、溫度參數[2]。

2.1.3 生產數據分析

通過物聯網數控技術分析、采集、存儲、整理生產數據后，可為企業數據分析提供決策幫助。通過設備運行故障分析和生產數據分析可進一步了解生產效率、產品質量方面存在的問題，繼而為企業提供科學合理的生產計劃[3]。

2.2 系統硬件設計

為了滿足終端對設備運行數據的監控、交互及控制需求，機械機電自動化控制系統的硬件設計主要圍繞設計需求及系統框架進行，具體硬件設計如下。

2.2.1 監控中心硬件選取

監控中心作為本次系統設計中的關鍵，是保障設備運行參數、狀態數據實時獲取與分析的關鍵。通過物聯網數控理論數據化顯示設備運行參數及狀態，有利于及時識別設備運行中存在的問題，具體參數如表1所示[4]。

表1 TPS51206DSQR 技術參數

2.2.2 通信中心硬件選取

此次系統硬件選擇主要以選取低功耗165 MHz 的高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）接收器ADv7611BSWZ-RL 為信息終端，搭載RT9173CPSP。分辨率為8.0 px，工作溫度為-40 ～85 ℃。

RT9173CPSP 作為保障數據交換中心運行數據的準確性元件，有利于提高數據傳輸效率及質量，并與終端數據庫對接，完成整體數據交互，為機械機電自動化控制、監控提供有力支撐。

2.2.3 遠程控制硬件選取

本次遠程控制硬件中央處理器（Central Processing Unit，CPU）選擇主要以16 位、支持258 GB 數據空間的運行為標準，要求CPU 發出控制信息，并根據相關通信協議、硬件設備進行連接。為保障數控系統設計準確性，此次選取具有第二代雙倍數據速率同步動態隨機存取存儲器（Double Data Rate，DDR）關斷引腳的1.5A DDR 終端穩壓器8-SOIC 0 to 125（LP2996MX/NOPB）作為感知元件。具體參數如表2 所示。

表2 LP2996MX/NOPB 參數

2.3 系統軟件設計

2.3.1 采集程序設計

采集程序是實現機械機電設備自動化控制的重要組成部分，通過數據采集程序設計可以動態調整機械機電設備運行狀態、數據及參數[5]。通過與數據交互中心、監控中心對接，監控中心根據生產需求傳遞機械機電設備生產流程、程度數據后實現機械機電設備自動化控制。需注意，機械機電設備采集程序設計要保障數據類型的統一，并在數據傳輸與交互的過程中保障數據傳輸的互通性，規避傳統數據采集設計以“單元”為分界導致數據傳輸存在孤島化的問題。具體采集系統設計程序如圖1 所示。

圖1 采集程序設計

2.3.2 控制程序設計

基于物聯網數控的機械機電設備自動化控制程序設計應圍繞物聯網特征，通過分析機械機電設備運行狀態、生產流程后，結合實際生產環節，編輯機械機電設備控制程序。機械機電設備自動化控制程序設計主要通過通信模塊、數據采集等基礎模板，根據傳感器、無線通信模塊與CPU 融合，依托控制程度處理與支配CPU 運行邏輯，實現機械機電設備自動化控制。

在具體設計中，應圍繞設備運行監控、監控顯示及數據庫展開設計。第一，運行監控。通過安裝物聯網傳感器、分析器，管理機械機電設備運行狀態及流程，監控與獲取設備溫度、濕度等指標，將數據上傳至分析器后，分析器將判斷設備運行是否存在問題，如設備存在問題則將數據上傳至后臺系統。第二，監控顯示。對機械機電設備運行狀態、參數設計界面警報指示燈，生產人員可根據設備指示燈運行狀態判斷設備運行狀態。機械機電設備正常運行狀態為“綠燈”常亮，若出現設備運行故障、參數設計問題，設備指示燈會亮“紅燈”。第三，數據庫。監控數據庫主要包含設備運行日志、設備維修記錄等重要數據信息，該數據庫建設標準較為關鍵。在具體設計中，應從機械機電自動化監控系統與物聯網數控的兼容性角度出發，搭建符合企業要求的數據庫。

3 討論

目前，我國關于物聯網數控應用于機械機電設備的研究仍停留在表面，其中如何保障機械機電設備自動化控制系統運行中的數據安全性，是當前物聯網數控下機械機電自動化控制系統設計的關鍵。另外，因企業工作人員操作因素，在機械機電自動化運行中不可避免會導致數據產生波動。為保障數據安全性及機械機電設備運行穩定性，應做好機械機電設備運行產生數據的監控，提升數據安全性的同時，規避數據波動導致機械機電設備運行異常的狀態發展。企業管理人員應關注機械機電設備自動化控制系統產生的數據，通過物聯網數控技術實時獲取與跟蹤處理機械機電設備產生的數據，有利于結合終端數據庫中的異常運行數量分析機械機電設備，延長設備使用年限。此外，物聯網數控技術中的核心為傳感器、通信技術，在物聯網數控自動化控制系統設計中，應界定以太網網關、數據格式等標準，并做好硬件、軟件等工作的設計，有效提升機械機電設備自動化控制運行的穩定性?；谖锫摼W數控的機械機電自動化控制系統設計完成后，有關人員應積極利用LabVIEW 軟件，機械機電設備自動化運行狀態進行仿真實驗，并處理系統的計算數據，保障整體系統設計的合理性。

4 結語

分析基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統設計理論后，從設計需求、系統框架及系統設計3 個維度論述基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統的設計思路。通過深度討論與分析基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統軟件、硬件設計，加強對機電機械設備自動化運行中的參數、邏輯控制、數據傳輸及監控設計，以此提升基于物聯網數控的機械機電自動化控制系統設計質量。