基于物聯(lián)網數(shù)控的機電自動化控制系統(tǒng)設計

連曉東

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團王蟒溝煤業(yè)有限公司 山西省臨汾市 042100）

隨著我國經濟的快速增長，各行業(yè)整體科技水平也呈現(xiàn)出逐年進步的趨勢，而在新時代背景下，物聯(lián)網技術已經開始在諸多行業(yè)領域中得到了廣泛的使用，并悄然改變著這些行業(yè)的整體生產運行模式。其中，在機電自動化控制系統(tǒng)設計領域當中，伴隨著對物聯(lián)網技術的應用，給該行業(yè)的發(fā)展提供了新的方向，因此，對于從事機電自動化控制設計方面的相關從業(yè)人員來說，認識基于物聯(lián)網的機電自動化控制系統(tǒng)整體結構設計理論，并且從硬件和軟件層面，熟悉機電自動化控制系統(tǒng)的具體設計方案，對該行業(yè)今后的發(fā)展，將會產生十分重大的影響。

1 機電自動化控制系統(tǒng)的整體結構設計理論分析

當前，全球范圍內針對機電自動化控制系統(tǒng)的使用都是在相對復雜且環(huán)境比較惡劣的情況下進行使用的，因此，為了可以讓各崗位工作人員能夠依托該系統(tǒng)實現(xiàn)對機電設備的遠程操控，保障機電設備按照指定規(guī)則運行，并對各種工程現(xiàn)場機電設備進行實時監(jiān)測，因此必須要對機電自動化控制系統(tǒng)的整體結構設計進行重點思考，實現(xiàn)施工現(xiàn)場對人力資源的有效控制，具體來講，依托物聯(lián)網的機電自動化控制系統(tǒng)設計活動中，需要遵循以下幾個方面的內容。

（1）當前，物聯(lián)網技術已經可以實現(xiàn)針對機電自動化控制系統(tǒng)的全面控制和管理。在機電自動化系統(tǒng)當中和運行程序相關的數(shù)據(jù)信息都能夠憑借物聯(lián)網數(shù)控技術開展系統(tǒng)整理，相關崗位工作人員可以隨時檢查機電設備在運行過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，能夠幫助維修人員及時針對機電自動化控制系統(tǒng)的軟件和硬件進行維護，增強系統(tǒng)的整體自動化水平。

（2）使用物聯(lián)網技術過程中，需要保證機電自動化控制系統(tǒng)在運行過程中相關數(shù)據(jù)的安全性。實際上，在機電自動化控制系統(tǒng)應用過程中，會因為工作人員在操作過程中出現(xiàn)的不可避免的誤差，讓機床工作數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動，加大了機電自動化控制系統(tǒng)在使用過程中的材料使用量，因此必須要依托物聯(lián)網數(shù)控技術對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)開展全面監(jiān)測，防止在系統(tǒng)使用過程中數(shù)據(jù)信息發(fā)生超越合理范圍的波動。

（3）機電自動化控制系統(tǒng)在使用過程中非常關注設備的生產數(shù)據(jù)，工作人員卻輕視了對各類設備的維護管理工作，所以需要通過物聯(lián)網技術，對機床等重要設備的運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障次數(shù)進行合理控制，有效延長相關設備的使用年限

（4）在機電自動化控制系統(tǒng)下，并不直接參加認為的機械控制，但應當要有專業(yè)崗位工作人員對形成的生產數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)控，保障生產過程中的安全性和穩(wěn)定性要求，再使用物聯(lián)網技術對機床等設備的無線通訊功能進行定期維護和開發(fā)，強化機電自動化控制系統(tǒng)在日常工作中的整體效率。

物聯(lián)網技術中的核心技術是無線傳感通訊技術，可以使用于機械機電自動化生產通訊工作中，在數(shù)控機械機電自動化設備中設計以太網網關、數(shù)據(jù)格式幀數(shù)等結構深度挖掘系統(tǒng)中的各種資源，伴隨著今后物聯(lián)網技術的不斷成熟，機電自動化控制系統(tǒng)中監(jiān)測和信息收集分析等方面都會有相應表現(xiàn)。

2 硬件設計的相關內容

2.1 遠程控制器的設計內容

文章所描述的遠程控制設備主要包含有信息終端部分、信息交換部分、感知中心部分、監(jiān)測部分等構成，如表1 所示，該表即為遠程控制設備的相關構成元器件。

表1：構成元器件

在遠程控制器當中，信息終端可以顯示控制器收集的數(shù)據(jù)信息，其中的硬件板塊包含有以太網網關、數(shù)據(jù)處理器、信息收集器等部分構成；信息交換部分的功能是針對機械機電自動化生產環(huán)節(jié)中所形成的數(shù)據(jù)包開展搜集和分析，探究機電設備在日常使用過程中出現(xiàn)的故障源和誤差，硬件構造主要包含有微型信息處理器、數(shù)據(jù)分析設備和數(shù)據(jù)存儲卡；其余兩部分則是針對機電自動化完成工程中的數(shù)據(jù)和對應運行狀態(tài)開展感應、收集與分析，可以依托物聯(lián)網的數(shù)控技術管理實現(xiàn)通訊交流活動，硬件構造涉及有CPU、電源板塊、智能監(jiān)控設備、A/D 數(shù)據(jù)端口等內容。文章中所描述的系統(tǒng)，主要使用主控CPU 使用位數(shù)為16 位，可以同時拉動258G 數(shù)據(jù)運行空間，CPU 中所接受的信號常見為控制信息，同時CPU 發(fā)出的控制信息和系統(tǒng)中各類硬件設備都依靠通訊協(xié)議進行連接，為了可以保護憑借CPU 的控制信息擁有良好的安全性、穩(wěn)定性以及專一性，系統(tǒng)中的CPU 電路板中配置有智能微型控制電阻，符合控制中心對機電自動化控制系統(tǒng)對運行精確性的相關要求。

在遠距離監(jiān)控設備當中，還配置有信息的連接口和輸出口，分別可以進行對應數(shù)量的外部數(shù)據(jù)設施進行連接，相關崗位工作人員依靠外圍設施的遠距離控制設備就可以遠距離操作機床設備進行自動化生產。

2.2 針對數(shù)據(jù)交換中心的硬件設計

在文章所描述的機電自動化控制系統(tǒng)當中，其數(shù)據(jù)交換中心包含有若干個數(shù)據(jù)服務板塊，其主要作用是負責機電自動化控制系統(tǒng)的日志信息記錄、命令傳送、數(shù)據(jù)轉發(fā)、異常警告、數(shù)據(jù)設置等功能，在物聯(lián)網技術背景下的信息交換主要通過數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)交換為核心工作，信息傳輸中的系統(tǒng)運轉速率、系統(tǒng)穩(wěn)定性都可能會對信息交換中心的工作效率造成影響。筆者在信息交換中心添置數(shù)控芯片當做數(shù)控機床設備的二進制代碼轉換工具，該芯片可以完成隨時增強數(shù)據(jù)交換中心的運轉數(shù)據(jù)準確性，保障各類信息可以完整傳輸至工作人員對應的操作平臺當中。筆者還使用機床終端作為信息交換中心的數(shù)據(jù)連接端口，直接同中心資源庫進行連接，給依托物聯(lián)網遠程監(jiān)測控制帶來高質量的信息交換條件。

2.3 數(shù)控機床監(jiān)測控制中心

數(shù)控機床監(jiān)測控制中心是依托物聯(lián)網技術控制的機電自動化控制系統(tǒng)的內部核心硬件，文章所描述的機電自動化控制系統(tǒng)當中，擁有數(shù)據(jù)信息顯示功能的機床將作為物聯(lián)網技術數(shù)控信息程序中的中轉構造，在中轉構造中增加界面報警指示燈，便于管理工作人員對數(shù)控機床的修理各報警控制，在工作人員控制下的機床結構出現(xiàn)結構性破壞時，能夠開啟數(shù)控機床檢測控制中心的加工檢測控制設備，該設備中含有多個數(shù)據(jù)傳感裝置和數(shù)據(jù)分析裝置，可以在極高仿真度的情況下對數(shù)控機床自動化的運行流程進行有效模擬，給數(shù)控機床監(jiān)測控制中心內的監(jiān)控內容提供多元化的數(shù)據(jù)資源。值得注意的是，在該設備當中，監(jiān)測控制信息的總儲存量傳送至系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)存儲量的一半以上，較為明顯的增強了物聯(lián)網數(shù)控技術對機電自動化控制系統(tǒng)中監(jiān)控中心的兼容能力。

3 軟件設計的相關內容

3.1 數(shù)據(jù)收集程序的設計

在依托物聯(lián)網數(shù)控技術的機電自動化控制系統(tǒng)當中，所建立的信息收集程序需要可以針對自動化完成過程中的機床設備生產信息開展包裝和分析，數(shù)據(jù)收集程序中的信息收集過程主要給數(shù)據(jù)的包裝分析做數(shù)據(jù)信息鋪墊，收集程序可以控制數(shù)據(jù)交換中心和監(jiān)測控制中心，依靠監(jiān)測控制中心獲得的實時信息傳送至信息交換中心，讓交換中心可以在最短的時間內實現(xiàn)對監(jiān)測控制命令的有效發(fā)布，信息交換中心的數(shù)據(jù)收集程序能夠基于信息的不同種類開展命令傳達和信息交換服務，讓程序中所涉及的相關指令和異常警告功能、列隊管理功能、數(shù)據(jù)設置功能、監(jiān)測控制功能都能夠在機電自動化控制系統(tǒng)設備中進行表現(xiàn)。

數(shù)據(jù)收集程序對機電自動化控制系統(tǒng)中的信息板塊具有很強的感知能力，可以通過對物聯(lián)網技術的使用在機床等設備中添置射頻標簽，機床等設備在正常運轉的過程中所使用的參數(shù)與形成的數(shù)據(jù)信息都能夠憑借射頻標簽錄入進收集程序之中，收集程序再把整個車間當中的加工道具加工信息傳送至管理控制中心，便于對應崗位工作人員的配置，伴隨著射頻標簽的運動收集程序對標簽開展的主動跟蹤，可以有效獲得在設備在生產、制造、運輸?shù)沫h(huán)節(jié)中存在的各類隱患以及相關的加工進度消息，最終通過物聯(lián)網數(shù)控技術把自動化生產設備信息進行統(tǒng)一的歸納整理，由此實現(xiàn)對工作人員的工作負荷的有效降低。

3.2 控制程序設計

控制程序是確定機電自動化控制系統(tǒng)生產的最重要程序，該程序可以憑借物聯(lián)網技術向機電設備傳達相關指令（包含生產指令和終止運轉指令）。在針對控制程序進行設計時，應當衡量到數(shù)控機電設備在生產過程中的每一個環(huán)節(jié)，可以對生產設備的故障診斷子系統(tǒng)、機電設備通訊子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)、信息監(jiān)測子系統(tǒng)、信息收集感應子系統(tǒng)等進行控制，它的實現(xiàn)路徑一般是憑借以太網關進入到信息收集設施之中，之后再使用物聯(lián)網控制技術開展無線通訊板塊的感應。程序和CPU 硬件設備的融合，讓CPU 空間中的信息處理過程中能夠處在控制程序的控制之下，有效規(guī)避的數(shù)據(jù)信息傳輸過程中的各類干擾影響。

3.3 存儲程序設計

通過對物聯(lián)網數(shù)控技術的使用，可以準確識別機電自動化控制系統(tǒng)中不同類別的信息，但是針對存儲程序的設計，可能存在有一定程度的干擾性，基于這一情況，在針對存儲程序開展設計的過程中有必要把物聯(lián)網技術背景下的信息交換中心、數(shù)據(jù)監(jiān)測控制中心中的相關信息進行格式統(tǒng)一處理，把原來存儲在程序中部位位置的數(shù)據(jù)進行格式化，存儲程序主要分布于硬件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)監(jiān)測控制中心和信息交換中心，對數(shù)據(jù)監(jiān)測控制中心的數(shù)據(jù)開展存儲時，需要引用信息傳輸協(xié)議，對數(shù)據(jù)的安全性開展分析，對數(shù)據(jù)交換中心的數(shù)據(jù)開展存儲的過程中，需要把數(shù)據(jù)傳輸端口和信息接收端口的數(shù)據(jù)進行采樣分析，由此判定這些信息是否擁有能夠被數(shù)控的屬性。

4 實驗論證

為了表現(xiàn)文章中所描述的系統(tǒng)在使用過程中具備穩(wěn)定性、安全性、可靠性特征，筆者把設計系統(tǒng)和文獻中論述的傳統(tǒng)系統(tǒng)開展性能對比，實驗中首先需要判定不同種類系統(tǒng)在同一實驗室環(huán)境中的運行狀態(tài)，需要使用物聯(lián)網技術編寫相同的網絡數(shù)控環(huán)境和相關數(shù)據(jù)，同時設計同一數(shù)據(jù)的物聯(lián)網數(shù)控機電控制系統(tǒng)仿真頁面，并依靠物聯(lián)網虛擬器提供信息支持，為了彰顯出實驗過程中的仿真性，還需要在實驗室環(huán)境當中添置機電自動化設備所具有的對應功能，并且對系統(tǒng)中的各種設備、工具的運行狀態(tài)進行監(jiān)督控制。

實驗中需要使用Lab VIEW 軟件來對數(shù)控機床進行模擬，還需要利用仿真文獻中所提供的計算機設備運行數(shù)據(jù)，使用Lab VIEW軟件模擬文本建立在物聯(lián)網數(shù)控機電自動化控制系統(tǒng)。

筆者對不同系統(tǒng)環(huán)境中的機電自動化控制系統(tǒng)工作效率開展對比，依靠三維仿真軟件構建一套完善的需要通過機械機電自動化生產的硬件設備，朝三種不同系統(tǒng)傳達對應指令，在獲得指令后通過信息交換，讓機電自動化生產設備形成一套獨立的制造流程，根據(jù)對比效果分析后可以發(fā)現(xiàn)，本文所介紹的基于物聯(lián)網數(shù)控的機電自動化控制系統(tǒng)的運行效率超過95%，遠高于其他類型自動化控制系統(tǒng)80%的效率。

5 結束語

整體來說，針對物聯(lián)網數(shù)控技術的使用，讓機電自動化控制系統(tǒng)的整體技術含量和工作效率得到了顯著的提升，不但有效推動了自動化技術的進步，還提升了機電自動化控制系統(tǒng)在使用過程中的穩(wěn)定性和準確性，讓相關行業(yè)的整體運行效率得到了顯著的提升，提升了相關行業(yè)在市場中的競爭力。