電工新技術在機電一體化中的應用探析

田偉雁 黃振喜

【摘 要】近年來電工新技術的技術產品在機電一體化中不斷應用，機電一體化新技術越來越感受到各方面的關注，各個國家先進的機電一體化產品層出不窮。本文主要介紹幾項具有代表性的電工新技術（如可編程控制器、運動控制器、變頻器調速技術等）在機電一體化技術中改善、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強競爭力等方面的應用，以期使得電工新技術為更多人認識和關注。

【關鍵詞】電工新技術；變頻；控制器

我國的電工技術隨著我國經濟的發(fā)展取得了較大的發(fā)展成就。近年來電工新技術的技術產品在機電一體化中不斷應用，機電一體化新技術越來越感受到各方面的關注，各個國家先進的機電一體化產品層出不窮。隨著計算機技術、電子電力新技術和傳感器技術的發(fā)展，電工新技術在機電一體化應用中也被提出了一定要求，特別是在國內外廠家推出的自動控制新技術。本文主要介紹幾項具有代表性的電工新技術（如可編程控制器、運動控制器、變頻器調速技術等）在機電一體化技術中改善、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強競爭力等方面的應用，以期使得電工新技術為更多人認識和關注。

一、電工新技術發(fā)展簡介

電工新技術通常是指尚未實現規(guī)?；瘧玫募夹g，其內涵在與時俱進地發(fā)展與變化，是電氣工程中最為活躍和最具生命力的發(fā)展方向，在創(chuàng)新中起著帶頭作用。電工新技術的發(fā)展基礎是知識眾多領域出現的新理論、新原理、新材料、新技術、新工藝，多學科的交叉、結合、滲透與綜合的路徑。二十世紀下半葉，帶動電工新技術發(fā)展的新理論與新原理包括：等離子體物理、氣體放電物理、電磁流體力學、生物電磁學。發(fā)展起一系列新技術包括：受控核聚變電工、放電應用、磁流體發(fā)電與應用、新型電磁診斷與醫(yī)療設備等。二十世紀下半葉，電氣工程用新材料（超導材料、永磁材料和半導體材料）的出現，形成歸哦產業(yè)與應用有著重大意義。它們帶動了一系列新技術發(fā)展，包括：強磁場技術與應用、超導電力應用、電力電子電源與控制、太陽能光伏發(fā)電等。二十一世紀，應充分重視生物工程技術、納米技術與網絡技術的帶動作用。國家經濟與社會發(fā)展的實際需求是推動電工新技術發(fā)展的主要動力，主要需求來自：能源與電力交通運輸、工業(yè)與民用、科學實驗等。新技術發(fā)展要與這些需求緊密結合，才能有效地快速前進，形成產業(yè)，產出顯著效益。

二、電工新技術在機電一體化中的主要應用

（1）自動控制系統(tǒng)（運動控制新技術）的應用。自動控制系統(tǒng)是一個帶有反饋裝置的動態(tài)系統(tǒng)，是實現自動化的主要手段。它能自動連續(xù)地測量被控制量，并根據測量求出偏差的大小，并能進行控制正負極限以最大限度的減小存在的偏差。在機電一體化自動控制中為了更好地體現穩(wěn)定性、快速性和準確性三個方面，早期主要引用的是常用控制器（如積分（1）控制器、比例（P）控制器、比例微分（PD）控制器、開與閉環(huán)控制器）。隨著工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發(fā)展，現在對機電一體化產品定位精度和動態(tài)響應的要求越來越高。在傳統(tǒng)的開環(huán)與閉環(huán)控制是伺服系統(tǒng)只接受速度指令，完成速度喚的控制，而由上位控制器來完成位置環(huán)的控制。這樣上位控制器的難度大大增加了，伺服系統(tǒng)的推廣也受到了一定限制。全閉環(huán)數字式伺服系統(tǒng)技術調試、使用十分簡單，而且能更體現自動控制的基本要求（穩(wěn)定性、速度性、準確性），充分發(fā)揮PID的控制能力，自動完成整個系統(tǒng)增益調節(jié)和實時調節(jié)，實現了更高精度要求。另一方面，無需增加上位控制器的負擔，全閉環(huán)控制均由伺服驅動器來完成。因此，機電一體化產品在其自動化設備的改造和研制中越來越傾向選這種伺服系統(tǒng)。

（2）可編程控制器與觸摸屏技術可編程控制器（簡稱PC或PLC）的應用。20世紀60年代末一種新型工業(yè)控制裝置：可編程序控制器應運而生。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機控制技術、通信技術融為一體。它廣泛應用于各類生產機械和生產過程的自動控制中。早期的可編程序控制器今具有邏輯控制、定時、記數等功能稱為可編程序邏輯控制器。隨著電子技術和大規(guī)模集成電路的廣泛應用，PLC的功能日趨完善，性能不斷提高。PLC已經發(fā)展為集計算機技術，自動控制技術、通信技術、過程控制技術于一身的電子裝置。目前PLC正朝智能化、網絡化方向發(fā)展。PLC作為一種新型的工業(yè)控制裝置。用計算機編程軟件代替繼電控制的硬件接線，既發(fā)揮計算機優(yōu)點，又考慮電器操作人員習慣，始終保持大眾化特點。PLC具有：可靠性高、編程方便、對環(huán)境要求低、與其他裝置連接方便等優(yōu)點。PLC控制系統(tǒng)與繼電順序控制系統(tǒng)的比較：PLC控制系統(tǒng)大部分為軟件控制，系統(tǒng)結構緊湊、體積??；PLC控制器內部全部為“軟接點”，動作快，系統(tǒng)的控制功能改變一般需要修改程序；PLC控制系統(tǒng)的設計、施工、調試周期短PLC控制系統(tǒng)具有較強的自檢、監(jiān)控功能，可靠性高，適用范圍廣。尤其是隨著近代計算機技術和微機原理技術的發(fā)展，在機電一體化的自動控制中得到廣泛應用。特別是可編程計算機控制器PCC與傳統(tǒng)的PLC相比較能更好的實現分時多任務操作系統(tǒng)和多樣化的應用軟件設計，不僅滿足了實時控制的要求還可以按照用戶的實際要求任意修改。特別是近年來，觸摸屏的廣泛使用，與PLC來共同實現了多多任務操作系統(tǒng)的控制要求。

（3）運動控制卡的應用。運動控制卡是一種基于PC機及工業(yè)PC機、 用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它包括脈沖輸出、脈沖計數、數字輸入、數字輸出、D/A輸出等功能。它變頻器的工作原理主要是：把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，來實現電機的變速運行的設備。以達到無極變速，從而縮短電機方向和轉速的時間，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電逆變成交流電。它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機的速度，改變發(fā)出脈沖的數量來控制電機的位置，用于控制步進（直線）電機或伺服電機。所以變頻器因調速性能好、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性高等這些優(yōu)點，使其在數控伺服、機械、同步傳動等多種場合都得到了廣泛的應用，因此，變速器調速技術已逐漸成為電氣傳動自動化的一項核心技術。

電工新技術的發(fā)展對國民經濟的發(fā)展和科學技術的進步都有著重大的意義。人類各種技術也是持續(xù)協(xié)調發(fā)展的， 電工新技術的發(fā)展在未來機電一體化中能得到更廣泛的應用，對傳統(tǒng)工業(yè)引起革命性的變化。

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