過程控制系統在機電一體化應用探究

文/張友

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過程控制系統在機電一體化應用探究

文/張友

湖南湘鋼鑫通爐料有限公司

現代生產系統被革新，越來越多的智能化裝置以及設備被用于現代生產活動之中，技術人員將電子技術與機械制造技術結合起來，開發出了機電一體化這種現代科技，使機械設備更具智能化應用特點。機電一體化技術屬于具有綜合性特點的現代科技，技術人員需要在應用具有機電一體化特點的機械設備時，引入過程控制系統，實現對設備的自動管控。本文對過程控制系統的具體應用進行研究。

過程控制系統；機電一體化；應用；現代設備

引言

從改革開放以來，我國經濟的發展水平不斷提高，當然這也在一定程度上加大了每個行業的競爭力。在如此復雜的市場經濟環境中，只有將自身缺點進行優化、不斷地完善自己，才能在如此激烈的競爭中占據一席之地。機電一體化系統對一個工業大國來說尤其重要，作為我國運用范圍最廣的系統，不僅要提高可靠性，還要提高其高效性。只有發現到系統中的不足，不斷改進，解決問題，才能確保機電一體化在我國的重要地位不動搖。

1 機電一體化的現狀

國際上機電一體化可以分為三個階段，分別是20世紀60年代以前人們剛開始使用機電一體化這項技術的初級階段、20世紀60年代到21世紀初期人們不斷開始研究的研發階段、21世紀后期世界各國對機電一體化有了極大關注并不斷發展的階段。目前，美國與日本作為先進技術大國，在機電一體化技術發展方面處于世界領先技術，兩國均將計算機芯片制造技術、柔性制造技術、人工智能機器人等列為創新高水平研究技術，這個舉措在一定程度上促進了世界對機電一體化技術的了解與研發。隨著越來越多的國家加入到機電一體化研究的行列之中，光學、通信技術等都與機電一體化相互融合，并且對機電一體化系統的建模設計、分析及方法都進入了深入研究。機電一體化在世界范圍內得到了迅猛的發展，使得其從單機向整個制造業的集成化過渡，產品遍布各個領域，也促使一些新技術的出現，為世界科學技術水平的提高有促進作用。

我國從20世紀80年代開始，我國便加入到世界科技發展的潮流中去，國務院隨即便將機電一體化列入“863計劃”。我國根據先進技術水平國家的研究成果及我國的實際科學技術水平制定出符合自己國家機電一體化發展的研究領域及方法。我國為了更好的研究此項技術，將這一研究轉成專業供許多高等院校、研究機構、甚至一些大中型企業進行研究。雖然我國的機電一體化技術目前還落后于美國、日本等一些科技先進的國家，但是我國加大了對機電一體化的研究力度及經濟扶持，為我國的機電一體化技術創造很好的研究環境，終有一日我國能夠達到世界發達水平，并且趕超先進國家的技術水平。

2 過程控制系統基本情況分析

2.1系統內部構造分析

過程控制系統主要包括被控過程（或對象）、用于生產過程參數檢測的檢測與變送儀表、控制器、執行機構、報警、保護和連鎖等其他部件。其中，重點在于傳感器。0級包括現場設備，例如流量和溫度傳感器以及最終控制元件，例如控制閥。1級包括工業化輸入/輸出（I/O）模塊及其相關的分布式電子處理器。2級包括監控計算機，其將來自系統上處理器節點的信息整理并提供操作員控制屏幕。3級是生產控制水平，不直接控制過程，而是關注監控目標。4級是生產調度水平。

2.2系統使用方式分析

過程控制系統的使用方式比較靈活，既可以通過開環的方式對其加以應用，同時也可以將其用于反饋工作中。在對被控對象進行控制的時候，既可以對離散生產事件進行管控，同時也可以對連續性的事件進行管控，一些需要自動運行的裝置上的定時器正是依靠這種過程控制系統被控制的，另外在對建筑電梯加以控制的時候，也可以選用這種系統。當溫度傳感裝置所在的環境的溫度比標準設定值低的時候，就可以將熱源打開，當溫度達到標準值的時候，可以自動地將熱源關閉，這種自動控制系統并不會出現過多的測量偏差，可靠程度極高，系統中的邏輯控制器可以對裝置需要的數字信息有效讀取，并通過模擬輸入的方式將信息錄入到系統之中，借助邏輯語句就可以將數字輸出。以自動控制的閘門為例，如果閘門內部的水位與水箱的位置保持一致，系統就會給出標準的邏輯指令。

3 具體應用情況分析

本文以數控設備與幾種常見的傳感設備為例，對過程控制系統的具體應用效果進行研究。

3.1數控設備

現代數控技術水平提升速度快，現代生產工作中使用的數控機床與過去應用的數控機床不同，其不僅僅可以實現自動操控，同時機床的結構也獲得優化，現代的數控機床有以下幾種結構特點，包括緊湊型、模塊化以及總線式，生產廠家可以以生產需要為準來選擇出合適的數控機床。在設計數控機床時，技術人員會開展開放式的設計工作，將功能模塊與硬件系統進行結合式設計，將用戶原有的使用效益提升。數控機床不僅可以實現常規的數控控制需要，同時還可以實現模糊控制以及診斷故障等具有智能型特點的功能。模塊化的設計可以使數控需求更容易被滿足，過程控制系統使控制功能更為豐富，既可以操縱一臺機床完成多種任務，還可以同時控制多臺機床。多級網絡設定可以使機床自動完成更具復雜度的生產任務。

3.2溫度傳感器

這種常見的溫度傳感器可以將溫度數據的變動轉變為其他的數據，通過電壓或者表盤的機械式運動來顯示溫度的變化，溫度傳感器的絕緣功能極為重要，因此技術人員可以使用玻璃纖維以及塑料來對傳感器進行絕緣處理，主要是當溫度變動時，會使液體出現蒸發或者膨脹的情況，傳感器的加壓情況也會直接在壓力表之中顯示。當多個剛性的金屬構件被連接到一個位置之后，通過加熱會使金屬構件被彎曲，其膨脹概率之間也存在差異。因此被安置在生產線之中的溫度傳感器的條帶部分會被轉化為細線圈的形態，可以將一端固定在表盤中，對指針進行移動或者轉動，另外還需要將其另一段在底部加以固定。

3.3壓力傳感器

當燃料通過傳感器時，可以機械地觸發壓力傳感器。在其基本形式中，壓力傳感器顯示連接到傳感器的撥盤上的讀數，但也可以將讀數電子傳輸到MES應用程序。活塞壓力傳感器，來自生產線上的燃料的壓力可以推動壓縮彈簧的活塞。彈簧的運動可以指示壓力。隔膜受到少量壓力的影響，并在表盤上顯示。Bourdon管當施加壓力時被拉直。它可用于測量壓力差。流量計是用于測量液體或氣體的線性、非線性、質量或體積流量的儀器。當選擇生產線的流量計時，需要了解有關流體的信息，運動速度以及如何記錄流量。

3.4其他類型的傳感器

流量計可以對生產之中的流量變化有效測定，當轉子運動活動變得更為頻繁之后，其流動速度也會加快。液壓傳感器在當前的生產系統之中也比較常見，當傳感器被施加了一定的應力之后，液體承受的壓力會增加，測量的任務就需要借助表盤才能順利完成。應變設備的形狀為圓筒，材質為金屬，應用方便，當壓縮施加給設備的應力時，就可以對氣缸之中不斷變化的電阻進行測定。測定數值極為精準，這也是過程控制系統的優勢所在。過程控制系統的應用價值還有待進一步挖掘。

4 結束語

在使用過程控制系統之前，技術人員需要先將管控范圍以及管控標準確定好，系統可以確保生產過程中的各種被控量被保持在預先給定的范圍之中，從其在幾種常用的具有機電一體化特點的設備之中的使用情況來觀測，可以發現其不僅僅可以將生產出的產品的質量提升，同時也可以增加原有的產量，減少機電生產過程之中的能源損耗量。將新型機電設備與過程控制系統結合使用，可以使機電設備達到更為優質的應用效果，技術人員還需要深入研究過程控制系統，使我國生產的機械產品具有更高的推廣價值。

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