試論機電自動化技術的發展與應用

張鵬濤

冀中能源邯礦集團實業開發中心 河北邯鄲 056000

隨著生產科技水平的不斷提高，以計算機與微電子為基礎的自動化控制技術逐漸與傳統的機電一體化深度融合，使機電設備進入到了自動化控制的發展新階段。目前，機電自動化技術已經在礦山開采、鈑金加工、機械冶金等行業得到廣泛的應用，極大地提高了機電設備的運行效率，進一步解放了人力勞作，提高了生產力水平[1]。為了更好地滿足工業生產需要，在信息技術和傳感技術的推動下，未來的機電設備的自動控制將更加智能化和柔性化。本文就機電自動化技術的優勢，以及未來的發展與應用進行了探討。

1 機電自動化系統的基本組成

機電自動化是在原有的機電一體化技術的基礎上，融合自動控制技術而對機電設備運行與控制方式的改進和提升。主要是通過一定的控制程序，使機電設備在無人或是少人操作的情況下，自動按照程序完成相應的操作內容。機電自動化設備除了比較基礎的機械系統和動力系統之外，還包括有傳感與檢測系統、控制系統、信息處理系統和執行機構等幾部分。其中機械系統主要是機電設備的主體框架和傳動機構等，是實現設備生產運行功能的基礎。機械系統需要在保證其基本運行功能的同時，通過優化外形結構和用材用料以滿足自動化系統的安裝和使用要求；動力系統主要是機電設備的動力來源，通過電力動力源、燃油動力源等，通過為機電設備提供動力，保證其具有足夠的動力維持啟停運行。一般的機電自動化產品多是以電能為動力源，包括電源、電動機、驅動電路、變頻器等；傳感與檢測系統，主要是各種傳感器和儀表用于實時檢測壓力、溫度等環境參數和設備運行參數，并將采集的參數信息以電信號的方式傳輸給控制系統，作為控制系統的信息來源。對于傳感與檢測系統的要求是檢測精度高、體積小、便于拆裝檢修和抗干擾；執行機構是自動控制系統用于完成相應控制指令的運動部件。常見的執行機構主要包括電動、液壓、氣動等，應根據自動控制的對象合理選擇執行機構的方式，以實現自動化控制機電設備的高效運轉。

2 機電自動化的特點和優勢

2.1 極大地提高了生產效率和產品質量

機電設備在統一的控制參數下能夠高效、準確地進行產品的生產加工，一方面提高了機械設備的運行效率，盡可能地保證了機電設備的連續生產運行；另一方面則減少了人工操作可能出現的誤差，因而使生產效率和產品質量都得到了提高[2]。

2.2 解放了人力

自動化設備通過其控制系統可以機電設備在無人或少人的狀態下自動運行生產，簡化或是省略了很多人工操作環節，從而解放了人力。這也是自動化控制最大的特點和優勢。這樣不僅降低了人員的勞動強度，使機械設備替代了很多具有危險性的工作，改善了人員工作環境；同時也幫助企業節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

自動化控制系統可以實時監控機械設備的各項運行參數，自動判斷和分析故障并進行故障報警，從而使操作人員及時發現故障停車檢修；還有很多自動控制系統具有自動保護功能，當某項運行參數異常時，系統可控制設備自動完成緊急停車、斷電等保護動作，從而起到保護設備和避免事故發生的作用。

2.4 功能用途廣泛，應用性強

自動控制系統可根據控制的對象，對系統及其自動控制的各項參數進行調整和設置，從而滿足其自動控制的使用需要。自動控制系統不僅可以用于機械設備的自動控制運行，同時還具有自動檢測、實時監控、自動校準和調整補償等功能，可適用于各種機電設備，具有很強的可應用性。

3 機電自動化控制技術的主要應用

凡是以可采集和可控制的物理參數做為控制對象的各種機電設備，從技術角度來講，都是可以研究出相應的自動化控制系統的，是可以實現自動化控制應用的。因此，自動化控制在機電設備中的應用也是非常廣泛的，比如各種數控機床、測量儀、電液伺服機械等均可實現自動化控制。機電自動化控制技術的主要應用有以下：

3.1 在機械鈑金加工與制造中的應用

傳統的鈑金加工與制造行業中，各種測量儀器和機床設備主要依靠人工操作，不僅生產成本高、而且效率低、精度差。企業僅能依靠批量、重復性生產維持利潤。自動化機械加工首先以CAD、UG等鈑金設計軟件為基礎，通過在系統界面進行模型設計和模擬加工確定設計與加工方案，然后即可通過計算機和通訊線路使機床設備自動按照設計方案進行機械加工。這樣既保證了鈑金設計加工的精度和質量，同時也提高了生產效率。近年來，機械加工與制造領域的新技術相繼誕生，比如柔性制造、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等技術都已得到應用。

3.2 在礦井安全管理中的應用

在礦井安全標準化建設中，各種自動化監控系統和設備已經成為“標配”。針對井下復

雜的生產環境，可以在重要位置設置瓦斯傳感器、風速傳感器等，并將其與調度室監控系統相聯網。當井下環境中某個監測數據出現異常時，監控設備便會進行報警，同時將報警信號及數值傳輸至控制系統顯示界面，使人員能夠及時了解井下事故災害的情況，及時排除故障和排除險情[3]。

3.3 在工業生產中的應用

計算機集成制造系統企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，從而實現了企業從原料采購到生產加工，再到入庫發貨的全局化、一體化管理。比如在生產環節，現場總線技術通過將現場儀表與控制系統的通訊，即可使現場設備按照控制系統設定的程序和工藝參數進行控制運行，并對設備運行情況和工藝參數進行實時的監控和記錄。如此則保證了工藝的穩定和生產的連續高效，同時也可實現對各種電氣設備的運行監控和自動保護。從而實現了工業生產的自動化、安全化。