試論機電自動化技術(shù)的發(fā)展與應用

張鵬濤

冀中能源邯礦集團實業(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，以計算機與微電子為基礎(chǔ)的自動化控制技術(shù)逐漸與傳統(tǒng)的機電一體化深度融合，使機電設(shè)備進入到了自動化控制的發(fā)展新階段。目前，機電自動化技術(shù)已經(jīng)在礦山開采、鈑金加工、機械冶金等行業(yè)得到廣泛的應用，極大地提高了機電設(shè)備的運行效率，進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)的推動下，未來的機電設(shè)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(shù)的優(yōu)勢，以及未來的發(fā)展與應用進行了探討。

1 機電自動化系統(tǒng)的基本組成

機電自動化是在原有的機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合自動控制技術(shù)而對機電設(shè)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(shè)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(nèi)容。機電自動化設(shè)備除了比較基礎(chǔ)的機械系統(tǒng)和動力系統(tǒng)之外，還包括有傳感與檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)等幾部分。其中機械系統(tǒng)主要是機電設(shè)備的主體框架和傳動機構(gòu)等，是實現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)運行功能的基礎(chǔ)。機械系統(tǒng)需要在保證其基本運行功能的同時，通過優(yōu)化外形結(jié)構(gòu)和用材用料以滿足自動化系統(tǒng)的安裝和使用要求；動力系統(tǒng)主要是機電設(shè)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(shè)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(chǎn)品多是以電能為動力源，包括電源、電動機、驅(qū)動電路、變頻器等；傳感與檢測系統(tǒng)，主要是各種傳感器和儀表用于實時檢測壓力、溫度等環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運行參數(shù)，并將采集的參數(shù)信息以電信號的方式傳輸給控制系統(tǒng)，作為控制系統(tǒng)的信息來源。對于傳感與檢測系統(tǒng)的要求是檢測精度高、體積小、便于拆裝檢修和抗干擾；執(zhí)行機構(gòu)是自動控制系統(tǒng)用于完成相應控制指令的運動部件。常見的執(zhí)行機構(gòu)主要包括電動、液壓、氣動等，應根據(jù)自動控制的對象合理選擇執(zhí)行機構(gòu)的方式，以實現(xiàn)自動化控制機電設(shè)備的高效運轉(zhuǎn)。

2 機電自動化的特點和優(yōu)勢

2.1 極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量

機電設(shè)備在統(tǒng)一的控制參數(shù)下能夠高效、準確地進行產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，一方面提高了機械設(shè)備的運行效率，盡可能地保證了機電設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)運行；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

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

自動化控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)控機械設(shè)備的各項運行參數(shù)，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(fā)現(xiàn)故障停車檢修；還有很多自動控制系統(tǒng)具有自動保護功能，當某項運行參數(shù)異常時，系統(tǒng)可控制設(shè)備自動完成緊急停車、斷電等保護動作，從而起到保護設(shè)備和避免事故發(fā)生的作用。

2.4 功能用途廣泛，應用性強

自動控制系統(tǒng)可根據(jù)控制的對象，對系統(tǒng)及其自動控制的各項參數(shù)進行調(diào)整和設(shè)置，從而滿足其自動控制的使用需要。自動控制系統(tǒng)不僅可以用于機械設(shè)備的自動控制運行，同時還具有自動檢測、實時監(jiān)控、自動校準和調(diào)整補償?shù)裙δ埽蛇m用于各種機電設(shè)備，具有很強的可應用性。

3 機電自動化控制技術(shù)的主要應用

凡是以可采集和可控制的物理參數(shù)做為控制對象的各種機電設(shè)備，從技術(shù)角度來講，都是可以研究出相應的自動化控制系統(tǒng)的，是可以實現(xiàn)自動化控制應用的。因此，自動化控制在機電設(shè)備中的應用也是非常廣泛的，比如各種數(shù)控機床、測量儀、電液伺服機械等均可實現(xiàn)自動化控制。機電自動化控制技術(shù)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(tǒng)的鈑金加工與制造行業(yè)中，各種測量儀器和機床設(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、重復性生產(chǎn)維持利潤。自動化機械加工首先以CAD、UG等鈑金設(shè)計軟件為基礎(chǔ)，通過在系統(tǒng)界面進行模型設(shè)計和模擬加工確定設(shè)計與加工方案，然后即可通過計算機和通訊線路使機床設(shè)備自動按照設(shè)計方案進行機械加工。這樣既保證了鈑金設(shè)計加工的精度和質(zhì)量，同時也提高了生產(chǎn)效率。近年來，機械加工與制造領(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)都已得到應用。

3.2 在礦井安全管理中的應用

在礦井安全標準化建設(shè)中，各種自動化監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備已經(jīng)成為“標配”。針對井下復

雜的生產(chǎn)環(huán)境，可以在重要位置設(shè)置瓦斯傳感器、風速傳感器等，并將其與調(diào)度室監(jiān)控系統(tǒng)相聯(lián)網(wǎng)。當井下環(huán)境中某個監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，監(jiān)控設(shè)備便會進行報警，同時將報警信號及數(shù)值傳輸至控制系統(tǒng)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(yè)生產(chǎn)中的應用

計算機集成制造系統(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)場總線技術(shù)通過將現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)的通訊，即可使現(xiàn)場設(shè)備按照控制系統(tǒng)設(shè)定的程序和工藝參數(shù)進行控制運行，并對設(shè)備運行情況和工藝參數(shù)進行實時的監(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，同時也可實現(xiàn)對各種電氣設(shè)備的運行監(jiān)控和自動保護。從而實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動化、安全化。