機(jī)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(jī)械技術(shù)引入電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，將兩者合二為一則稱作為機(jī)電一體化技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)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(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行全面剖析，并結(jié)合筆者實(shí)際情況，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;工程機(jī)械;應(yīng)用

0 引言

機(jī)電一體化作為機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(dòng)化控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)等。在如今社會(huì)時(shí)代快速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)的不斷升級(jí)背景下，機(jī)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(jī)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(jī)電一體化技術(shù)特點(diǎn)

（1）數(shù)字化。在機(jī)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(jī)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(jī)床與機(jī)器人等，這些均為機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化功能的產(chǎn)物。而在機(jī)電產(chǎn)業(yè)朝著數(shù)字化方向發(fā)展的過程中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的崛起與廣泛應(yīng)用，也為機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)帶來了強(qiáng)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(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等方面[1]。

（2）智能化。機(jī)電一體化技術(shù)的智能化特點(diǎn)，意味著機(jī)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(jī)床上增設(shè)人機(jī)對(duì)話功能，同時(shí)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(dòng)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。

（3）模塊化。正因?yàn)闄C(jī)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(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口均有所不同，所以要對(duì)統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)接口的機(jī)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(jī)于一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元模塊;集成視覺、圖像處理、圖像識(shí)別、測(cè)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(huì)有大量機(jī)電一體化產(chǎn)品得到開發(fā)設(shè)計(jì)，也促使機(jī)電一體化技術(shù)的全面發(fā)展。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在履帶起重機(jī)中的應(yīng)用

主要分兩個(gè)部分：

（1）力矩限制器部分。力矩限制器指的是該系統(tǒng)對(duì)起重力矩的控制系統(tǒng)，它由角度傳感器、拉力傳感器、主機(jī)和顯示屏組成，角度傳感器的作用是采集角度信號(hào)值，并將其傳到主機(jī)系統(tǒng)中，經(jīng)過計(jì)算得到需要的角度值數(shù)值及根據(jù)角度值和臂長(zhǎng)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(hào)值并傳輸?shù)街鳈C(jī)中，經(jīng)過計(jì)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(shí)所能吊載的載荷，通常以KN/M表示。

主機(jī)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(shí)，綠燈亮。達(dá)到額定載荷90%以上時(shí)，黃燈亮。達(dá)到額定載荷100%時(shí)，紅色警報(bào)燈間歇亮，達(dá)到額定載荷105%時(shí)，紅色警報(bào)燈常亮同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警并及時(shí)切斷吊鉤向上以及吊臂向下的動(dòng)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(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。

can線的終端用兩個(gè)120歐姆的電阻并聯(lián)，在數(shù)據(jù)傳輸線上連接著多個(gè)信號(hào)接收發(fā)送單元，如柴油機(jī)的ECU，限制器的控制器主機(jī)，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(gè)組成的局域網(wǎng)中4片控制器占著主導(dǎo)地位，收集各個(gè)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(hào)，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(gè)can終端出現(xiàn)問題時(shí)，發(fā)出的錯(cuò)誤指令被中央處理器識(shí)別，并以錯(cuò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)處理單元各負(fù)其責(zé)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)別發(fā)送接收指令至各個(gè)終端IP地址，打包好數(shù)據(jù)通過can線傳輸?shù)街醒肟刂破鳎浣拥酱虬眯畔⒑蟾鶕?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(jí)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(gè)局域網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定工作。

另外各個(gè)傳感器發(fā)來的信號(hào)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(hào)處理，給執(zhí)行原件發(fā)出指令。例如我們起重機(jī)的鉤限位開關(guān)，在吊鉤接觸到限位開關(guān)的重錘時(shí)，機(jī)械鎖使限位開關(guān)的接點(diǎn)從閉點(diǎn)變成開點(diǎn)，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(gè)繼電器的動(dòng)作使其觸點(diǎn)信號(hào)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(diǎn)信號(hào)線失電，中央控制器得到這個(gè)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(dòng)作時(shí)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(bào)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(shí)例應(yīng)用[3]。

3 結(jié)束語

總而言之，機(jī)電一體化技術(shù)的誕生與發(fā)展并非獨(dú)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(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的集中表現(xiàn)。在履帶起重機(jī)中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠優(yōu)化機(jī)械性能與提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，更是安全的保證。當(dāng)然，機(jī)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(shì)也愈發(fā)顯著，因此機(jī)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(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020（09）：179-180.

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[3]劉偉杰，馬峰，劉相蕊.機(jī)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.