試論機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

張鵬濤

冀中能源邯礦集團(tuán)實(shí)業(yè)開發(fā)中心 河北邯鄲 056000

隨著生產(chǎn)科技水平的不斷提高，以計(jì)算機(jī)與微電子為基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制技術(shù)逐漸與傳統(tǒng)的機(jī)電一體化深度融合，使機(jī)電設(shè)備進(jìn)入到了自動(dòng)化控制的發(fā)展新階段。目前，機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在礦山開采、鈑金加工、機(jī)械冶金等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，極大地提高了機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率，進(jìn)一步解放了人力勞作，提高了生產(chǎn)力水平[1]。為了更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，在信息技術(shù)和傳感技術(shù)的推動(dòng)下，未來的機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)控制將更加智能化和柔性化。本文就機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以及未來的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)的基本組成

機(jī)電自動(dòng)化是在原有的機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合自動(dòng)控制技術(shù)而對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行與控制方式的改進(jìn)和提升。主要是通過一定的控制程序，使機(jī)電設(shè)備在無人或是少人操作的情況下，自動(dòng)按照程序完成相應(yīng)的操作內(nèi)容。機(jī)電自動(dòng)化設(shè)備除了比較基礎(chǔ)的機(jī)械系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)之外，還包括有傳感與檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾部分。其中機(jī)械系統(tǒng)主要是機(jī)電設(shè)備的主體框架和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行功能的基礎(chǔ)。機(jī)械系統(tǒng)需要在保證其基本運(yùn)行功能的同時(shí)，通過優(yōu)化外形結(jié)構(gòu)和用材用料以滿足自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝和使用要求；動(dòng)力系統(tǒng)主要是機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力來源，通過電力動(dòng)力源、燃油動(dòng)力源等，通過為機(jī)電設(shè)備提供動(dòng)力，保證其具有足夠的動(dòng)力維持啟停運(yùn)行。一般的機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)品多是以電能為動(dòng)力源，包括電源、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、變頻器等；傳感與檢測(cè)系統(tǒng)，主要是各種傳感器和儀表用于實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力、溫度等環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并將采集的參數(shù)信息以電信號(hào)的方式傳輸給控制系統(tǒng)，作為控制系統(tǒng)的信息來源。對(duì)于傳感與檢測(cè)系統(tǒng)的要求是檢測(cè)精度高、體積小、便于拆裝檢修和抗干擾；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)控制系統(tǒng)用于完成相應(yīng)控制指令的運(yùn)動(dòng)部件。常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括電動(dòng)、液壓、氣動(dòng)等，應(yīng)根據(jù)自動(dòng)控制的對(duì)象合理選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方式，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制機(jī)電設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 機(jī)電自動(dòng)化的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

2.1 極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量

機(jī)電設(shè)備在統(tǒng)一的控制參數(shù)下能夠高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，一方面提高了機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率，盡可能地保證了機(jī)電設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行；另一方面則減少了人工操作可能出現(xiàn)的誤差，因而使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了提高[2]。

2.2 解放了人力

自動(dòng)化設(shè)備通過其控制系統(tǒng)可以機(jī)電設(shè)備在無人或少人的狀態(tài)下自動(dòng)運(yùn)行生產(chǎn)，簡(jiǎn)化或是省略了很多人工操作環(huán)節(jié)，從而解放了人力。這也是自動(dòng)化控制最大的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。這樣不僅降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使機(jī)械設(shè)備替代了很多具有危險(xiǎn)性的工作，改善了人員工作環(huán)境；同時(shí)也幫助企業(yè)節(jié)省了部分的人力資源消耗，降低了人力資源成本。

2.3 具有更好的安全性和可靠性

自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)判斷和分析故障并進(jìn)行故障報(bào)警，從而使操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障停車檢修；還有很多自動(dòng)控制系統(tǒng)具有自動(dòng)保護(hù)功能，當(dāng)某項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)異常時(shí)，系統(tǒng)可控制設(shè)備自動(dòng)完成緊急停車、斷電等保護(hù)動(dòng)作，從而起到保護(hù)設(shè)備和避免事故發(fā)生的作用。

2.4 功能用途廣泛，應(yīng)用性強(qiáng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)可根據(jù)控制的對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)及其自動(dòng)控制的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，從而滿足其自動(dòng)控制的使用需要。自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅可以用于機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制運(yùn)行，同時(shí)還具有自動(dòng)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)校準(zhǔn)和調(diào)整補(bǔ)償?shù)裙δ埽蛇m用于各種機(jī)電設(shè)備，具有很強(qiáng)的可應(yīng)用性。

3 機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的主要應(yīng)用

凡是以可采集和可控制的物理參數(shù)做為控制對(duì)象的各種機(jī)電設(shè)備，從技術(shù)角度來講，都是可以研究出相應(yīng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的，是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制應(yīng)用的。因此，自動(dòng)化控制在機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用也是非常廣泛的，比如各種數(shù)控機(jī)床、測(cè)量?jī)x、電液伺服機(jī)械等均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的主要應(yīng)用有以下：

3.1 在機(jī)械鈑金加工與制造中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的鈑金加工與制造行業(yè)中，各種測(cè)量?jī)x器和機(jī)床設(shè)備主要依靠人工操作，不僅生產(chǎn)成本高、而且效率低、精度差。企業(yè)僅能依靠批量、重復(fù)性生產(chǎn)維持利潤。自動(dòng)化機(jī)械加工首先以CAD、UG等鈑金設(shè)計(jì)軟件為基礎(chǔ)，通過在系統(tǒng)界面進(jìn)行模型設(shè)計(jì)和模擬加工確定設(shè)計(jì)與加工方案，然后即可通過計(jì)算機(jī)和通訊線路使機(jī)床設(shè)備自動(dòng)按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行機(jī)械加工。這樣既保證了鈑金設(shè)計(jì)加工的精度和質(zhì)量，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。近年來，機(jī)械加工與制造領(lǐng)域的新技術(shù)相繼誕生，比如柔性制造、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等技術(shù)都已得到應(yīng)用。

3.2 在礦井安全管理中的應(yīng)用

在礦井安全標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中，各種自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備已經(jīng)成為“標(biāo)配”。針對(duì)井下復(fù)

雜的生產(chǎn)環(huán)境，可以在重要位置設(shè)置瓦斯傳感器、風(fēng)速傳感器等，并將其與調(diào)度室監(jiān)控系統(tǒng)相聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)井下環(huán)境中某個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控設(shè)備便會(huì)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信號(hào)及數(shù)值傳輸至控制系統(tǒng)顯示界面，使人員能夠及時(shí)了解井下事故災(zāi)害的情況，及時(shí)排除故障和排除險(xiǎn)情[3]。

3.3 在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，從而實(shí)現(xiàn)了企業(yè)從原料采購到生產(chǎn)加工，再到入庫發(fā)貨的全局化、一體化管理。比如在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)通過將現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)的通訊，即可使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備按照控制系統(tǒng)設(shè)定的程序和工藝參數(shù)進(jìn)行控制運(yùn)行，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況和工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和記錄。如此則保證了工藝的穩(wěn)定和生產(chǎn)的連續(xù)高效，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電氣設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控和自動(dòng)保護(hù)。從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、安全化。