電工技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

劉萬強(qiáng)

（山東理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，山東 淄博 255049）

隨著我國綜合國力的不斷提升，電工技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用已十分成熟，這對今后經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、科技創(chuàng)新和發(fā)展的各個方面都起到了重大的推動作用。隨著電氣技術(shù)在機(jī)電設(shè)備集成應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，可以最大限度地節(jié)約人力資源，減少污染物的合理排放，大大提高工人的正常工作效率，它極大地提高了電器產(chǎn)品的使用質(zhì)量，在深層次上也改善了人們的財產(chǎn)、生活和工作環(huán)境，提高了人們生活的質(zhì)量。

1 電工技術(shù)概述

電工技術(shù)工程是一種融合了電磁學(xué)、量子力學(xué)和流體力學(xué)等一系列電工相關(guān)技術(shù)學(xué)科的一種綜合性工程技術(shù)。隨著電子科技的不斷發(fā)展，電工工程技術(shù)與其他更多先進(jìn)的國際現(xiàn)代化電子科學(xué)工程技術(shù)相互融合，被廣泛地應(yīng)用到了更多的行業(yè)，在很大程度上有效改善了目前我國工業(yè)生產(chǎn)力不足的現(xiàn)狀，受到了越來越多的社會關(guān)注。電工技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，不僅能在一定程度上有效提高電工產(chǎn)品的使用效率，減少生產(chǎn)工作量，同時還能有效節(jié)省生產(chǎn)材料與所用能源的大量消耗，完全符合當(dāng)前我國工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略方針，推動了當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為改善人們的生產(chǎn)工作和日常生活方式帶來了更多新的便利。如今隨著社會科技的快速進(jìn)步，電工技術(shù)愈發(fā)完善，將電工技術(shù)、生物工程電子技術(shù)等多種高端電工技術(shù)相互和融合，對現(xiàn)代電工工程技術(shù)來說無疑是一個很好的發(fā)展機(jī)遇，同時也是一個挑戰(zhàn)。

機(jī)電一體化應(yīng)該根據(jù)企業(yè)的實際生產(chǎn)任務(wù)，結(jié)合機(jī)電設(shè)備日常運(yùn)行時間，對機(jī)電維修管理環(huán)節(jié)制定全面的、科學(xué)的、系統(tǒng)的檢查維護(hù)計劃。通過定期維護(hù)和保養(yǎng)，盡可能的消除設(shè)備損壞的各種因素，從而降低員工的安全風(fēng)險。

工業(yè)革命以后，人類原始社會勞動被電子機(jī)械勞動代替，隨著電子設(shè)備機(jī)械化技術(shù)水平不斷進(jìn)步提高和現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)電設(shè)備一體化的技術(shù)概念逐漸成熟。機(jī)電一體化是將微機(jī)電子技術(shù)、信息處理控制技術(shù)、機(jī)械過程控制等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合運(yùn)用起來，實現(xiàn)工業(yè)機(jī)械設(shè)備自動化過程控制的一種技術(shù)手段。機(jī)電融合一體化系統(tǒng)主要利用了微電子技術(shù)直接代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力勞動來控制各種機(jī)械，實現(xiàn)了無人化遠(yuǎn)程操作，再加上利用計算機(jī)學(xué)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來直接實現(xiàn)機(jī)械自動化遠(yuǎn)程控制。在全新工業(yè)發(fā)展階段，機(jī)電設(shè)備一體化工程技術(shù)的主要研究發(fā)展方向主要包括如何提高工業(yè)資源綜合利用率、降低企業(yè)能耗、促進(jìn)企業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、提升企業(yè)生產(chǎn)管理效率、提高品質(zhì)、保障企業(yè)生產(chǎn)安全等。[1]

2 電工技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

機(jī)電設(shè)備一體化技術(shù)是將傳統(tǒng)機(jī)械電子技術(shù)與人工電子技術(shù)相互融合的一種綜合性生產(chǎn)技術(shù)，隨著該電子技術(shù)的生產(chǎn)智能化與生產(chǎn)綠色化不斷發(fā)展，其未來發(fā)展應(yīng)用空間越來越大，電工電子技術(shù)在機(jī)電設(shè)備一體化行業(yè)中的廣泛應(yīng)用越來越普遍。電工工程技術(shù)的快速發(fā)展在一定程度上直接推動了機(jī)電工業(yè)一體化設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，對機(jī)電設(shè)備一體化的行業(yè)整體發(fā)展趨勢也將具有重要影響。為確保機(jī)電設(shè)備在日常工作過程中可以安全地運(yùn)行，就必須提高煤礦設(shè)備管理人員的專業(yè)性以及責(zé)任感。在設(shè)備管理機(jī)制中一定要通過構(gòu)建系統(tǒng)平臺的方式，開展在線管理工作。現(xiàn)代社會的發(fā)展步伐是趨向于信息化角度的，設(shè)備管理人員可以通過公司內(nèi)部的局域網(wǎng)，將各機(jī)電設(shè)備的實時參數(shù)通過服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。這一操作不僅可以節(jié)約管理員了解各設(shè)備運(yùn)行情況的時間，也可以及時的發(fā)現(xiàn)各設(shè)備在運(yùn)行過程中所存在的安全隱患，有效提升管理效率。

2.1 電機(jī)驅(qū)動

在機(jī)電結(jié)合一體化操作系統(tǒng)中，電機(jī)驅(qū)動是不可或缺的系統(tǒng)驅(qū)動與軟件執(zhí)行重要部件，電機(jī)這種驅(qū)動方式是機(jī)電結(jié)合一體化操作系統(tǒng)中目前使用最為廣泛的一種驅(qū)動執(zhí)行方式。

隨著我國電工行業(yè)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種人工電流控制裝置、微處理器以及大型電子集成電路與不同應(yīng)用類型的微電機(jī)元件相結(jié)合，并將其廣泛應(yīng)用于機(jī)電結(jié)合一體化電工系統(tǒng)的控制驅(qū)動中，能在一定程度上大幅提升電工行業(yè)的系統(tǒng)工作效率與產(chǎn)品生產(chǎn)率，并顯著的改善其系統(tǒng)整體應(yīng)用性能。如今，電工驅(qū)動技術(shù)快速進(jìn)步發(fā)展，使其對驅(qū)動電機(jī)控制有了更加深入的技術(shù)研究，將電機(jī)控制電路與驅(qū)動電機(jī)融為一體，在充分保證其高效良好運(yùn)動性能的前提下，同時又減少了控制電機(jī)的整體大小與運(yùn)動重量，為機(jī)電結(jié)合一體化相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計與生產(chǎn)制造工作帶來了便利，更加充分符合新經(jīng)濟(jì)時代機(jī)電結(jié)合一體化產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展趨勢。

2.2 電源技術(shù)

電源控制是以一些大型電力專用電子和元器件系統(tǒng)為主要基礎(chǔ)設(shè)計而組成的一種電子能量自動轉(zhuǎn)換控制裝置，能將其他各種形式的電子能量經(jīng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為其他電能，是機(jī)電結(jié)合一體化電子產(chǎn)品的基本組成部分。隨著原子電工與微電子技術(shù)的快速進(jìn)步發(fā)展，電子電源半導(dǎo)體控制器具被廣泛應(yīng)用于多種現(xiàn)代原子電源控制技術(shù)中，并充分結(jié)合了電子自動控制、計算機(jī)控制技術(shù)以及原子電磁控制技術(shù)等多種跨學(xué)科創(chuàng)新技術(shù)，大幅度提升了我國現(xiàn)代原子電源控制技術(shù)的生產(chǎn)質(zhì)量、效率與使用安全性等，并朝著高頻化、模塊化以及電源綠色化的發(fā)展方向快速發(fā)展。在機(jī)電設(shè)備一體化制造技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，高效、小巧、安全的驅(qū)動電源控制技術(shù)為其發(fā)展提供了安全可靠的技術(shù)保障。

2.3 電磁兼容技術(shù)

機(jī)電一體化工業(yè)產(chǎn)品主要是指利用微電子控制器對工業(yè)信息系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和信號處理。微電子控制器作為機(jī)電一體化工業(yè)產(chǎn)品的重要核心部件，極易受到外界電磁干擾，大多數(shù)機(jī)電一體化工業(yè)產(chǎn)品都會受到外界電磁干擾的嚴(yán)重影響。機(jī)電一體化產(chǎn)品中有許多小型電機(jī)和電子驅(qū)動器用于驅(qū)動和控制，在這些器件中存在著一些高頻干擾源，它們與一些微電子器件相互作用，干擾頻帶較寬。在機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)和制造過程中，如何有效地解決元器件間的電磁干擾控制問題顯得尤為重要。

隨著我國電子電氣技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁兼容控制技術(shù)可以解決電子設(shè)備間相互干擾的復(fù)雜問題，使機(jī)電一體化器件中器件間電磁干擾的物理特性和控制參數(shù)可以精確測量或自動預(yù)測。智能化測量數(shù)據(jù)輔助設(shè)計可以實現(xiàn)電磁兼容，廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化設(shè)備中，可以有效解決機(jī)電一體化設(shè)備中的相互干擾問題。電氣技術(shù)的快速發(fā)展和電磁兼容技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在很大程度上直接推動了機(jī)電設(shè)備集成制造技術(shù)的快速發(fā)展。[2]

3 電工技術(shù)應(yīng)用展望

電工技術(shù)仍處于快速發(fā)展階段，在此從自動控制技術(shù)、可編程控制器以及運(yùn)動控制卡三個方面展望電工技術(shù)的未來應(yīng)用。

3.1 自動控制技術(shù)

目前，自動控制技術(shù)主要包括開環(huán)模式和閉環(huán)模式，實現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的多次測量和連續(xù)測量效果，并獲取正確的測量數(shù)據(jù)，作為判斷機(jī)電設(shè)備狀態(tài)的重要依據(jù)。針對反饋數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的偏差，對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行必要調(diào)整，保證機(jī)電設(shè)備恢復(fù)到正常狀態(tài)，最大限度消除偏差現(xiàn)象對機(jī)電設(shè)備的影響。在機(jī)電設(shè)備控制體系中使用的積分控制器就應(yīng)用到自動控制理念，反饋的數(shù)據(jù)信息精確并具有參考價值。

在自動控制技術(shù)的推動下，能實現(xiàn)電工技術(shù)的發(fā)展效應(yīng)，并對機(jī)電一體化提出更高要求。機(jī)電一體化設(shè)備的控制組件性能明顯提升，使其適用于更廣闊的范圍。例如目前出現(xiàn)的全閉環(huán)伺服系統(tǒng)，充分體現(xiàn)自動控制理念的優(yōu)勢，反饋的數(shù)據(jù)信息更加精準(zhǔn)可靠，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能也在逐步提升，真正實現(xiàn)自動控制理念與機(jī)電一體化的融合效應(yīng)，指明了機(jī)電一體化未來的發(fā)展方向。

3.2 可編程控制器

可編程控制器將PC 控制功能與機(jī)電一體化融合在一起，實現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的計數(shù)、計時等功能。在集成電路應(yīng)用逐步廣泛的背景下，對機(jī)電設(shè)備性能的提升也有促進(jìn)作用。在可編程控制器模式不斷發(fā)展的同時，與觸屏技術(shù)逐步融合，加強(qiáng)對機(jī)電設(shè)備的控制能力。在PC 控制設(shè)施的參與下，機(jī)電控制部分由軟件參與，發(fā)揮現(xiàn)代技術(shù)的作用并降低操作難度。應(yīng)用PC 裝置控制機(jī)電設(shè)備的優(yōu)勢在于簡化操作、保證安全，在降低對硬件控制模式依賴度的基礎(chǔ)上，通過操作軟件就可以控制機(jī)電設(shè)備；軟件執(zhí)行編制完畢程序后，就可實現(xiàn)控制機(jī)電設(shè)備的效果，控制效率明顯提升；即便要變更其中部分功能，修改程序就可以實現(xiàn)功能變更效果，機(jī)電設(shè)備控制過程更加靈活。將可編程控制器與計算機(jī)控制系統(tǒng)整合，還能夠?qū)崿F(xiàn)自我檢修控制以及多個任務(wù)并行處理的效果，程序控制過程更加簡便靈活；在觸屏技術(shù)逐步普及的背景下，可編程控制器的操作更加簡便。

3.3 運(yùn)動控制卡

運(yùn)動控制卡的作用同樣在于“控制”，負(fù)責(zé)機(jī)電設(shè)備的控制任務(wù)，控制方式在于發(fā)出脈沖的速度和數(shù)量。機(jī)電設(shè)備運(yùn)行速度與運(yùn)動控制卡發(fā)出脈沖的頻率有關(guān)，運(yùn)動速度與脈沖頻率成正比，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行方向和路徑則與發(fā)出的脈沖數(shù)量有關(guān)。控制步進(jìn)電機(jī)的工作體系中充分應(yīng)用運(yùn)動控制卡，借助運(yùn)動控制卡發(fā)出的脈沖和方向信號，實現(xiàn)對目標(biāo)組件的工作控制效果，使得目標(biāo)組件按照既定的計劃運(yùn)動并開展工作。運(yùn)動控制卡與計算機(jī)控制方式有較多融合點，借助計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備運(yùn)動狀態(tài)的精確控制效果，使得機(jī)電設(shè)備按照人們想要的速度和方向開展工作。在數(shù)控系統(tǒng)不斷升級的背景下，對運(yùn)動控制卡的要求也在逐步提升。

需要注意的是，運(yùn)動控制卡技術(shù)仍然有較大改進(jìn)空間，在不斷改進(jìn)完善的基礎(chǔ)上，運(yùn)動控制卡與數(shù)控系統(tǒng)適配性明顯提升。在機(jī)床數(shù)控體系中已經(jīng)開始應(yīng)用運(yùn)動控制卡，例如在機(jī)床產(chǎn)品銜接體系中，需要找準(zhǔn)插補(bǔ)的位置，實現(xiàn)產(chǎn)品之間的順暢銜接。借助運(yùn)動控制卡可以計算固定間距之內(nèi)的輪廓范圍，工業(yè)自動化生產(chǎn)中使用的插補(bǔ)方法核心就在于此。在自動化產(chǎn)品包裝體系以及自動打印體系中，也可以使用運(yùn)動控制卡方式，結(jié)合運(yùn)動控制卡的原理開發(fā)相關(guān)設(shè)備，提升產(chǎn)品包裝、文字打印的運(yùn)行效率。

4 結(jié)語

總之，隨著我國電氣技術(shù)的快速進(jìn)步和發(fā)展，人們享受到了與過去截然不同的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，認(rèn)識到了各行各業(yè)優(yōu)秀電氣技術(shù)人員的優(yōu)勢和作用。可見，電氣技術(shù)已逐漸成為現(xiàn)代人日常生活的重要組成部分，為改善人們的生活提供了諸多優(yōu)質(zhì)服務(wù)。對此，各國必須不斷加強(qiáng)理論研究和探討，從傳統(tǒng)的理論應(yīng)用走向?qū)嶋H應(yīng)用，做好理論知識和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，才能提高相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的效率。

機(jī)電一體化應(yīng)該根據(jù)企業(yè)的實際生產(chǎn)任務(wù)，結(jié)合機(jī)電設(shè)備日常運(yùn)行時間，對機(jī)電維修管理環(huán)節(jié)制定全面的、科學(xué)的、系統(tǒng)的檢查維護(hù)計劃。通過定期維護(hù)和保養(yǎng)，盡可能的消除設(shè)備損壞的各種因素，從而降低員工的安全風(fēng)險。除此之外，還必須要注重對機(jī)電設(shè)備的定期更新?lián)Q代工作，根據(jù)實際生產(chǎn)需求，合理的安排停產(chǎn)時間，以此增長機(jī)電設(shè)備的使用壽命，確保使用效率得到有效的提高。對于機(jī)電設(shè)備的管理以及維修，首先員工要具備較高的工作素質(zhì)，同時也要有一定的責(zé)任心。

隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在機(jī)電設(shè)備領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)了多種新型設(shè)備。因此，應(yīng)該根據(jù)實際生產(chǎn)需求，加大資金的投入，以確保更多先進(jìn)設(shè)備的引入，并且對相關(guān)操作人員開展有效的專業(yè)知識和操作技能的培訓(xùn)工作。除此之外，企業(yè)可以為員工提供特色的培訓(xùn)基地開展定期的培訓(xùn)指導(dǎo)。在企業(yè)經(jīng)濟(jì)范圍許可的前提下，可以聘請機(jī)電設(shè)備方面的專家開展相關(guān)的工作原理講座，讓員工更加深刻的了解機(jī)電設(shè)備的操作和日常管理應(yīng)如何開展才能更有效率，以此確保煤礦可以進(jìn)行安全的生產(chǎn)。投資的完善會促使員工在工作中以及設(shè)備維修中可及時展開工作，避免由于技術(shù)水平而造成無法及時修復(fù)設(shè)備，對于生產(chǎn)來講會受到很大影響。

為確保機(jī)電設(shè)備在日常工作過程中可以安全的運(yùn)行，就必須提高設(shè)備管理人員的專業(yè)性以及責(zé)任感。在日常開展的機(jī)電設(shè)備維護(hù)工作中，對整體生產(chǎn)線、整機(jī)設(shè)備以及設(shè)備中的零部件進(jìn)行質(zhì)量的把控和檢修，確保設(shè)備可以發(fā)揮其有效功能。在設(shè)備管理機(jī)制中一定要通過構(gòu)建系統(tǒng)平臺的方式，開展在線管理工作。現(xiàn)代社會的發(fā)展步伐是趨向于信息化角度的，設(shè)備管理人員可以通過公司內(nèi)部的局域網(wǎng)將各機(jī)電設(shè)備的實時參數(shù)通過服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。這一操作不僅可以節(jié)約管理員了解各設(shè)備運(yùn)行情況的時間，也可以及時的發(fā)現(xiàn)各設(shè)備在運(yùn)行過程中所存在的安全隱患，有效提升管理效率，還可以完善機(jī)電一體化的順利開展。