機(jī)械設(shè)備電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究

李守明，徐 紅

（臨沂市公路事業(yè)發(fā)展中心臨沭縣中心，山東臨沂 276700）

0 引言

電氣工程技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，引發(fā)了人類社會(huì)新一輪的工業(yè)革命，是人們進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)的基石。電氣技術(shù)和機(jī)械設(shè)備的大規(guī)模結(jié)合應(yīng)用，有效地將社會(huì)的生產(chǎn)模式從勞動(dòng)力導(dǎo)向模式轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)工具導(dǎo)向模式。生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變?cè)谟行嵘a(chǎn)率的同時(shí)，極大改善了勞動(dòng)者的勞動(dòng)環(huán)境，深入全面推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步?，F(xiàn)階段可以肯定的是，機(jī)械設(shè)備和電氣工程技術(shù)是涉及面最為廣泛的技術(shù)，其涵蓋了人們生活中所見到的電力系統(tǒng)技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等，相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)過程具有較大的涉及面和較廣的綜合性。

電氣工程技術(shù)從大的方向上可以簡(jiǎn)單劃分為兩種類型：強(qiáng)電，弱電。兩者幾乎同現(xiàn)階段使用的其他各種類型的技術(shù)相結(jié)合。電氣工程技術(shù)的應(yīng)用有效彌補(bǔ)了其他類型的技術(shù)缺陷，極大擴(kuò)展了其他技術(shù)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的應(yīng)用范圍，同時(shí)電氣工程技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中的滲透式發(fā)展也對(duì)電氣工程的相關(guān)人才提出了更高要求。電氣工程自動(dòng)化技術(shù)是電氣工程學(xué)科的重要組成部分，其在目前的應(yīng)用中同機(jī)械設(shè)備的聯(lián)系越來越緊密，有效提升了機(jī)械設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的功能。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械裝備和電氣工程理論體系得到了進(jìn)一步延展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及信息技術(shù)等不斷同機(jī)械裝備和電氣工程自動(dòng)化相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行融合，創(chuàng)造了機(jī)械類、電氣類傳統(tǒng)工科學(xué)科全新的發(fā)展方向。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 與傳統(tǒng)生產(chǎn)工具的有效結(jié)合

機(jī)械設(shè)備電氣工程自動(dòng)化技術(shù)同傳統(tǒng)生產(chǎn)工具的有效結(jié)合，實(shí)質(zhì)上是電氣設(shè)備和各種類型機(jī)械設(shè)備的有效結(jié)合，其結(jié)合的重點(diǎn)是電力機(jī)械設(shè)備。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備通常由人工進(jìn)行直接操作，并采用人工的方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程和各種故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄。在實(shí)踐過程中，這種方式時(shí)常出現(xiàn)各種類型的失誤，導(dǎo)致各種損失。當(dāng)電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在其中得到應(yīng)用后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行記錄，極大提升了相關(guān)記錄的準(zhǔn)確率，并能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障和危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)存在的問題，并有效解決問題。電氣工程自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，有效提升了電力設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，對(duì)保障工業(yè)生產(chǎn)的安全具有非常重要的意義。

1.2 與信息理論的結(jié)合

現(xiàn)階段信息技術(shù)取得了非常迅速的發(fā)展，其在實(shí)踐過程中又被稱為信息論，本質(zhì)上的研究?jī)?nèi)容為信息的傳輸、接受和發(fā)送。信息技術(shù)是維持當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性技術(shù)之一，其在各個(gè)行業(yè)和其他技術(shù)之中都得到了較為廣泛的應(yīng)用。在機(jī)械裝備電氣工程中，信息技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)相關(guān)的控制指令進(jìn)行有效傳遞和發(fā)送。在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，機(jī)械設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，僅僅依靠人力進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄、統(tǒng)計(jì)，會(huì)出現(xiàn)各種類型的錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)受到負(fù)面影響。信息論的引入成功解決了各種類型的機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳遞和記錄。在電氣工程和機(jī)械設(shè)備中引入信息理論后，生產(chǎn)相關(guān)的各種類型數(shù)據(jù)成功轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫。在電氣自動(dòng)化的控制系統(tǒng)中，信息論的引入有效提升了控制指令的操控能力，提升了設(shè)備的制造能力，降低了在自動(dòng)控制過程中出現(xiàn)的各種故障。

1.3 與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合

在現(xiàn)代社會(huì)中，計(jì)算機(jī)是構(gòu)成信息技術(shù)的基礎(chǔ)，其同機(jī)械裝備電氣工程自動(dòng)化相關(guān)的諸多技術(shù)，存在著極為密切的關(guān)聯(lián)。在實(shí)踐過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)集中應(yīng)用在機(jī)械系統(tǒng)的監(jiān)控和過程控制中。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個(gè)完整的機(jī)械控制系統(tǒng)首先需要數(shù)據(jù)收集模塊，其次需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理的控制模塊，還需要各種類型的軟件。在過去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，數(shù)據(jù)收集模塊由各種類型的電子儀器充當(dāng)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種類型的傳感器逐漸取代了電子儀器，隨之而來的是各種嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)都在數(shù)據(jù)收集裝置中得到了廣泛應(yīng)用。在監(jiān)控系統(tǒng)中，控制部分又劃分為兩個(gè)部分：自動(dòng)控制，其主要應(yīng)用在低電壓的系統(tǒng)之中；電力控制，其主要應(yīng)用在高電壓的系統(tǒng)之中。軟件則指系統(tǒng)之中涉及到的各種類型的制表、參數(shù)和控制軟件。在企業(yè)生產(chǎn)的過程中，過程控制發(fā)揮著非常重要的作用，使相關(guān)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。

1.4 與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合

同互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比較，機(jī)械裝備電氣工程自動(dòng)化等技術(shù)可以統(tǒng)稱為傳統(tǒng)技術(shù)，隨著我國(guó)政府推行的互聯(lián)網(wǎng)+戰(zhàn)略，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)械裝備電氣工程自動(dòng)化領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。這一巨大變革對(duì)機(jī)械裝備電氣自動(dòng)化技術(shù)，既是一種挑戰(zhàn)，也是全新的機(jī)遇。當(dāng)前階段，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式正在由過去傳統(tǒng)粗放的生產(chǎn)模式，逐步向綠色環(huán)保節(jié)能發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變的過程中，機(jī)械裝備電氣自動(dòng)化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合發(fā)展必將帶來更大的用途。

2 發(fā)展趨勢(shì)

2.1 機(jī)電一體化發(fā)展

機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)得到了工業(yè)界的實(shí)施，但是機(jī)電一體化系統(tǒng)不只包含機(jī)械和電氣部分的產(chǎn)品，而是充分應(yīng)用微機(jī)、微電子等技術(shù)制造出能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的機(jī)電一體化系統(tǒng)。這一系統(tǒng)包含傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等。這種系統(tǒng)式的發(fā)展，將極大提升我國(guó)現(xiàn)階段各種機(jī)械裝備的制造和使用水平。

2.2 智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前階段只要在有網(wǎng)絡(luò)的地方就能夠?qū)崿F(xiàn)信息的傳輸和交換，人們的生活和社會(huì)的生產(chǎn)已經(jīng)逐漸無法脫離網(wǎng)絡(luò)而單獨(dú)進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在機(jī)械電氣設(shè)備之中的應(yīng)用，極大提升了機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)效率，有效促進(jìn)了整個(gè)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，采取有效的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同機(jī)械電氣設(shè)備的連接，不僅能夠顯著提升機(jī)械設(shè)備各方面的性能，還能夠?qū)ζ髽I(yè)的內(nèi)部人員組織進(jìn)行有效優(yōu)化，進(jìn)而使企業(yè)的生產(chǎn)效益得到較大提升。

2.3 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，為滿足不同的生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)了各種各樣的機(jī)械設(shè)備，但實(shí)際上這些機(jī)械設(shè)備存在較大的相似性，即都是由傳動(dòng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化在機(jī)械設(shè)備和電氣中的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間，例如機(jī)械設(shè)備中常用的各種螺栓、螺母、軸承等零部件，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)。在此后的發(fā)展中將出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，進(jìn)而有效降低機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造過程中的復(fù)雜性，進(jìn)而有效降低其成本，提升對(duì)機(jī)械設(shè)備使用的效益。電氣自動(dòng)化設(shè)備中也存在大量的零部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的發(fā)展，在此后的發(fā)展過程中需要實(shí)現(xiàn)將其系統(tǒng)化，依據(jù)系統(tǒng)的需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)和制造。隨著機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化程度的逐步提升，在此后的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一臺(tái)機(jī)械電氣自動(dòng)化設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行拆分，然后再依據(jù)自身的需要進(jìn)行組裝，極大提升了單一機(jī)械電氣自動(dòng)化設(shè)備的使用范圍，減低了生產(chǎn)企業(yè)的固定資產(chǎn)成本。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程機(jī)械的自動(dòng)化作業(yè)

在工程建設(shè)的過程中，應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械設(shè)備就是挖掘機(jī)和推土機(jī)，在這兩種機(jī)械上使用機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠顯著提升設(shè)備的施工質(zhì)量和施工效率。推土機(jī)在最初被發(fā)明時(shí)是一種履帶式機(jī)械，以蒸汽系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，在其前面安裝人力實(shí)現(xiàn)提升的推土裝置。此后隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，推土機(jī)械不斷得到發(fā)展，經(jīng)歷了輪式階段、靜壓履帶階段和輪式靜壓階段，推土機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)也由最初的蒸汽系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)。挖掘機(jī)的發(fā)展歷程則同推土機(jī)具有一定的相似性。

1970 年代后，人們應(yīng)用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和控制技術(shù)開始對(duì)挖掘機(jī)和土動(dòng)機(jī)進(jìn)行無人化改造，到1990 年代通過在挖掘機(jī)和推土機(jī)上安裝各種類型的傳感器使其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種工作環(huán)境的數(shù)據(jù)收集，再借助推土機(jī)和挖掘機(jī)中安裝的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作環(huán)境的判斷，進(jìn)而完成了挖掘機(jī)和推土機(jī)的無人自動(dòng)化作業(yè)，有效提升了挖掘機(jī)和推土機(jī)的作業(yè)能力，降低了工程建設(shè)的相關(guān)成本，使人類的工程建設(shè)水平進(jìn)入到了一個(gè)全新的階段。

3.2 給排水設(shè)備的自動(dòng)化應(yīng)用

技術(shù)的不斷進(jìn)步使人們不斷感受到技術(shù)改善了人們的生活，機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用于給排水工程中。在城市給排水系統(tǒng)中，現(xiàn)代城市每天消耗大量水資源并產(chǎn)生大量廢水，需要機(jī)械電氣自動(dòng)化的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)清潔水資源的輸送和污水的處理。生活中常見小設(shè)備的應(yīng)用，例如自動(dòng)感應(yīng)的馬桶、自動(dòng)感應(yīng)的水龍頭等，這些小設(shè)備包含了一整套的數(shù)據(jù)收集、分析和控制元器件，給人們的生活帶來了巨大便利，奠定了人們享受現(xiàn)代生活的基礎(chǔ)。