機電一體化技術(shù)及其應(yīng)用

郭寶學(xué)　孫衡　張亮

摘 要：基于機械技術(shù)引入電子計算機技術(shù)，將兩者合二為一則稱作為機電一體化技術(shù)，該項技術(shù)在社會進(jìn)步與經(jīng)濟發(fā)展的各個領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用，成為目前的主要工作方式。本文則首先對機電一體化技術(shù)的特點進(jìn)行全面剖析，并結(jié)合筆者實際情況，對機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞：機電一體化;工程機械;應(yīng)用

0 引言

機電一體化作為機械技術(shù)與電子技術(shù)、計算機技術(shù)的融合產(chǎn)物，屬于跨學(xué)科應(yīng)用技術(shù)，并且在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了大量其他類型專業(yè)技術(shù)，比如自動化控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)等。在如今社會時代快速發(fā)展以及計算機技術(shù)、電子技術(shù)的不斷升級背景下，機電一體化技術(shù)也得到全面革新且在各行各業(yè)中的應(yīng)用日漸廣泛，特別是在工程機械行業(yè)當(dāng)中，作用表現(xiàn)愈發(fā)明顯，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 機電一體化技術(shù)特點

（1）數(shù)字化。在機電一體化技術(shù)的高速發(fā)展中，大量微型控制器得以出現(xiàn)且為機電產(chǎn)品數(shù)字化奠定了牢固基礎(chǔ)，包括當(dāng)前仍然不斷更新?lián)Q代的數(shù)控機床與機器人等，這些均為機電產(chǎn)品數(shù)字化功能的產(chǎn)物。而在機電產(chǎn)業(yè)朝著數(shù)字化方向發(fā)展的過程中，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的崛起與廣泛應(yīng)用，也為機電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計帶來了強大的技術(shù)支持，也解決了許多技術(shù)層面的發(fā)展障礙，比如當(dāng)前應(yīng)用范圍極為廣泛的虛擬化設(shè)計、計算機集成制造等方面[1]。

（2）智能化。機電一體化技術(shù)的智能化特點，意味著機電產(chǎn)品本身需要有一定的智能，換而言之則是要有類似于人的思考邏輯、判斷推理以及自主解決問題的能力。比如，在CNC數(shù)控機床上增設(shè)人機對話功能，同時提供智能I/O接口與智能工藝數(shù)據(jù)庫，無論是生產(chǎn)操作使用還是后期的維護(hù)管理，均能大大提高工作效率[2]。再加上如今模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波理論等一系列人工智能技術(shù)的發(fā)展與研究不斷深入，也進(jìn)一步推動了機電一體化技術(shù)的發(fā)展。

（3）模塊化。正因為機電一體化產(chǎn)品有著大量種類，并且生產(chǎn)廠家數(shù)量眾多，各自研發(fā)的機械接口、動力接口、環(huán)境接口均有所不同，所以要對統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)接口的機電一體化技術(shù)產(chǎn)品單元模塊進(jìn)行開發(fā)，存在一定的難度。比如，研發(fā)集成減速、變頻調(diào)速電機于一體的動力驅(qū)動單元模塊;集成視覺、圖像處理、圖像識別、測距等功能于一體的控制單元模塊等等。如此一來，在這些標(biāo)準(zhǔn)單元模塊的利用下，會有大量機電一體化產(chǎn)品得到開發(fā)設(shè)計，也促使機電一體化技術(shù)的全面發(fā)展。

2 機電一體化技術(shù)在履帶起重機中的應(yīng)用

主要分兩個部分：

（1）力矩限制器部分。力矩限制器指的是該系統(tǒng)對起重力矩的控制系統(tǒng)，它由角度傳感器、拉力傳感器、主機和顯示屏組成，角度傳感器的作用是采集角度信號值，并將其傳到主機系統(tǒng)中，經(jīng)過計算得到需要的角度值數(shù)值及根據(jù)角度值和臂長折算的半徑值，顯示在顯示屏上。

拉力傳感器的作用是采集變幅鋼絲繩上的拉力信號值并傳輸?shù)街鳈C中，經(jīng)過計算得到產(chǎn)生該拉力的重物的重量值，并顯示在顯示屏上。

以上所說僅是顯示，并不是力矩，力矩指的是根據(jù)吊車噸位大小所處工況時所能吊載的載荷，通常以KN/M表示。

主機的作用，除上述的顯示角度、半徑和重量外，還要合理控制吊車的載荷，就是所謂的力矩限制，在當(dāng)前工況下可以起吊的最大起重量就是載荷，吊載起重量在額定載荷的90%以下時，綠燈亮。達(dá)到額定載荷90%以上時，黃燈亮。達(dá)到額定載荷100%時，紅色警報燈間歇亮，達(dá)到額定載荷105%時，紅色警報燈常亮同時發(fā)出聲光報警并及時切斷吊鉤向上以及吊臂向下的動作以避免超載事故的發(fā)生。這就是力矩限制。

（2）CAN BAS系統(tǒng)。全稱為“控制器局域網(wǎng)總線技術(shù)（Controller Area Network-BUS）”。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。

can線的終端用兩個120歐姆的電阻并聯(lián)，在數(shù)據(jù)傳輸線上連接著多個信號接收發(fā)送單元，如柴油機的ECU，限制器的控制器主機，電控手柄，電控腳踏板，監(jiān)控系統(tǒng)和中央處理器4片控制器，在這個組成的局域網(wǎng)中4片控制器占著主導(dǎo)地位，收集各個控制單元的信息和反饋，有的是從can線發(fā)送來的，有的是從傳感器反饋回來的電流信號，在根據(jù)預(yù)設(shè)在PLC內(nèi)部的指令程序，給泵、閥、馬達(dá)發(fā)出可變的電流輸出，和發(fā)送到顯示器供操作員進(jìn)行監(jiān)控，在can局域網(wǎng)中，每個can終端出現(xiàn)問題時，發(fā)出的錯誤指令被中央處理器識別，并以錯誤代碼的形式反映到顯示器上，讓維修檢查人員更容易的分析判斷，在這個網(wǎng)絡(luò)中各個處理單元各負(fù)其責(zé)，根據(jù)優(yōu)先級別發(fā)送接收指令至各個終端IP地址，打包好數(shù)據(jù)通過can線傳輸?shù)街醒肟刂破?，其接到打包好信息后根?jù)IP地址分析判斷，并把處理結(jié)果打包數(shù)據(jù)，在發(fā)送到需要發(fā)送的IP地址上，出現(xiàn)信息擁堵情況，高級別的打包數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送和接受，以防止數(shù)據(jù)傳輸通道堵塞。以保證這個局域網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定工作。

另外各個傳感器發(fā)來的信號或以電流，電壓，或可變電阻形式直接通過PLC的輸入引腳傳送給PLC，其根據(jù)傳送來的電壓電流電阻信號處理，給執(zhí)行原件發(fā)出指令。例如我們起重機的鉤限位開關(guān)，在吊鉤接觸到限位開關(guān)的重錘時，機械鎖使限位開關(guān)的接點從閉點變成開點，這樣限位開關(guān)的兩根線一條是電源高電平線，一側(cè)是返回到繼電器的線圈控制線，這個繼電器的動作使其觸點信號反饋到中央控制器，當(dāng)限位開關(guān)斷開的瞬間，繼電器失電，反饋給控制器的接點信號線失電，中央控制器得到這個指令后，通過預(yù)設(shè)程序的分析處理，反映到在給提升指令動作時控制主泵閥停止，主閥的提升電磁閥失電，手柄發(fā)送來的提升指令被停止，并且通過輸出一路高電平控制鉤限位報警燈提示操作員，在這一系列的反應(yīng)中，中央控制器起到分析處理領(lǐng)導(dǎo)核心作用，也是can網(wǎng)絡(luò)的實例應(yīng)用[3]。

3 結(jié)束語

總而言之，機電一體化技術(shù)的誕生與發(fā)展并非獨立存在的，其屬于多門類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展融合產(chǎn)物，更是社會生產(chǎn)力發(fā)展的集中表現(xiàn)。在履帶起重機中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠優(yōu)化機械性能與提高運轉(zhuǎn)效率，更是安全的保證。當(dāng)然，機電一體化技術(shù)涉及的技術(shù)眾多，在科技水平不斷提升的大環(huán)境下，技術(shù)融合趨勢也愈發(fā)顯著，因此機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]李捷.機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用探討[J].中國設(shè)備工程，2020（09）：179-180.

[2]張鵬翼.工程機械中機電一體化的運用[J].農(nóng)機使用與維修，2020（04）：38.

[3]劉偉杰，馬峰，劉相蕊.機電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].科技與創(chuàng)新，2017（18）：156-157.