機電控制系統自動控制技術與一體化設計研究

施金宏

[摘 ? ?要]機械行業在現階段呈現出高效發展態勢，并且受到社會經濟發展的積極影響，對行業的發展水平提出了較高的要求，需要機械行業能夠有意識、有目的提高自身生產效率。大眾對于機械設備的應用提出了較為嚴格的要求，需要保障機械設備的優良質量，還應在符合大眾需求的基礎上，使機械設備朝著多元化的方向轉型。機電制造企業需要對控制系統予以全方位的分析，借助自動化控制技術，實現機電一體化發展目標，使機電制造企業能夠朝著規模化方向演變，為機械行業的發展帶來積極作用。

[關鍵詞]機電制造企業;控制系統;自動控制技術;一體化建設;設計目標

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–04

Research on Automatic Control Technology and Integrated

Design of Electromechanical Control System

Shi Jin-hong

[Abstract]At This Stage，the Machinery Industry Presents an Efficient Development Trend，and is Positively Affected by the Social and Economic Background.It Puts Forward Higher Requirements for the Development Level of the Industry，Which Requires the Machinery Industry to Consciously and Purposefully Improve Its Production Efficiency.Volkswagen Has Put Forward Relatively Strict Requirements for the Application of Mechanical Equipment，Which Needs to Ensure the Excellent Quality of Mechanical Equipment，and Make the Transformation of Mechanical Equipment in the Direction of Diversification on the Basis of Meeting the Needs of the Public.Mechanical and Electrical Manufacturing Enterprises Need to Analyze the Control System in an All-round Way， and Realize the Development Goal of Mechanical and Electrical Integration with the Help of Automatic Control Technolog，So That Mechanical and Electrical Manufacturing Enterprises Can Transform Towards Large-scale Direction and Play a Positive Role in the Development of Machinery Industry.

[Keywords]electromechanical manufacturing enterprises;Control system; Automatic control technology;Integrated construction;design goal

1 機電控制系統自動控制技術一體化的設計原理與設計方法分析

1.1 設計原理

在打造機電控制系統的過程中，需要在信息處理技術和微電子技術的共同作用下，為技術人員提供充足的技術支持，使其可以使用遠程操作的形式，促進一體化控制系統的穩定運行，并優化控制系統的綜合應用效果（圖1）。在使用自動化控制技術時，能夠加大對控制器的控制力度，使控制器能夠按照原有的既定程序，針對被控對象實施自動化的管理與監控。工作人員需要在融合機電控制系統和自動化控制技術的過程中，將一體化目標作為首要標準，促進自動檢測系統的穩定運行，并加大對相關設備的控制力度，有助于提高這些設備的日常生產效率。

在設計機電控制系統的過程中，除了需要包含大量的控制器、核心器件之外，還應將檢測器和執行器等基礎設施包含在內。在機電控制系統運作的過程中，由系統的中心環節輸入相應的信號，并借助控制器的轉化作用，將輸入的信號轉化為控制信號的形式。此時，執行器需要及時接收控制信號，隨即執行與之相對應的命令，通過對過程對象的自動控制，為信號的輸出奠定基礎。待檢測器對輸出的信號進行檢測之后，能夠立即生成反饋信號的形式，并將其傳輸至控制器內部，為下一次的操作提供助力支持。

圖1 機電自動控制系統

1.2 分析常用的設計方法

1.2.1 組合法

在使用組合法過程中，需要明確機電控制系統自動控制技術與一體化設計的相關思路，從機電系統入手對電子機械予以全面整合，從而形成整體性的形式，確保各整體之間銜接緊密，并將其融入到機電一體化設計過程當中，使產品的質量得有效提升。基于優良的產品性能，形成新型的產品設計理念，在革新設計思路的基礎上，避免對原始產品相關原理進行改變，并突破原始設計模式在運行環節所帶來的局限性。

1.2.2 整體法

以設計數控機床為例。①需要結合數控機床的設計步驟予以全面分析，并采購與之相對應的設備，如伺服驅動裝置、專用數據控制裝置等等。同時，還需要配備與之相關聯的機械設備，確保車床能夠得到有效使用。②還需要對各個部分進行整合，確保同一臺功能模塊能夠相互整合，并組成完整的機電一體化數控車床，使車床能夠為各項功能的使用奠定基礎。在使用上述方法時，可以為實踐操作帶來便利性支持，在機電一體化設計作業當中，當單一化的電子部分無法與整體性的機械結構相符合時，需要引導工作人員構建以整體化為主的數據思路，保障系統的各項功能能夠達到預期的運行效果。

1.2.3 取代法

通過對取代法的設計思路加以分析，在設計機電一體化產品的過程中，要借助控制機構的形式，促進電子線路的穩定運行，并保證思路的完善性，使機械的運行過程得以改變，從而實現預期的使用效果。一方面，在使用微型計算機或者控制器時，需要保障控制器能夠具備可編程的優勢，加強機械控制機構與電子線路之間的融合力度，基于有機結合的形式，促進機械的穩定運行。另一方面，對于原始的機械機構來說，在新型理念的作用下，應使用電子線路的形式，并及時摒棄原始的步進開關、薄碼盤和插銷板等控制器。由于上述控制器類型屬于接觸式，所以可將其換用為凸輪與變速結構的形式，不僅能夠優化產品的性能和質量，還可以保障機械結構的簡易性，從而滿足機電一體化設計的相關預想。

2 機電控制系統自動控制技術與一體化設計分析

2.1 系統硬件設計

2.1.1 A/D模數轉換器

在機電控制系統自動控制技術與一體化設計作業的實施過程中，需要發揮出A/D模數轉換器的功能優勢，為其設置相應的接口，并將其與同單片機予以銜接，確保連接操作的便捷性與高效性，借助準確的接口操作，提高A/D模數轉換器的運行水平。在12位的電容運行過程中，能夠逐次逼近模數轉換器，且此類轉換器當中帶有11個輸入端，且串行控制端口與輸入端的數量相同。在開展模數轉換操作過程中，需要借助12位開關電容逐次逼近途徑，從而完成相應的轉換操作。地址輸入端、輸入輸出時鐘以及片選屬于各個器件當中的關鍵組成部分，能夠同時串聯3臺左右的輸出端，并且以同外圍串行口的形式，使主處理器能夠與通信環節相連接，保證通信作業的順利進行。

2.1.2 單片機控制芯片

在開展機電一體化產品設計作業的過程中，應確保功能設置具備多樣化的特點，且總體存儲量相對較大。在通常情況下，應將單片機作為主要控制芯片進行使用。在設置單片機控制芯片時，會涉及到數據存儲器、串行口、中央處理單元、I/O口以及程度存儲器，且上述基礎設施具有重要作用，屬于單片機中的關鍵組成部分。所以，在開展系統設計作業的過程中，應使用單片機內部總線連續處理的方式，采取有效措施減少資源用量，并且可以避免對硬件進行改變。在串行口的區域，為系統仿真操作的落實奠定了有力基礎，并且可以保障單片機的穩定性和可靠性。

2.1.3 電路設計

對于傳統形式的機電自動控制系統來說，在通常情況下需要借助IC元件形式，對傳感器信號予以妥善處理。對于部分傳感器所輸出的信號，通常對于電流范圍提出了明確的要求，應將其控制在4 ～20 mA。若使用的IC元件屬于傳統類型時，則只能完成電壓信號處理、輸出等作業任務。在開展機電控制系統自動控制技術與一體化設計作業時，應堅持科學化的原則，促進電流和電壓轉換電路設計作業的有序進行，及時篩選出電壓調節裝置，保障裝置的適宜性。同時，還應使用電阻操作的形式，使電流能夠順利轉化，并向電壓方向加以轉化，從基準電壓入手，及時取出其中的輸出電壓值。為此，在使用4 mA和20 mA電流的過程中，需要將其與0 V和5 V的輸出電壓一一對應。此時，可以得出電阻值為208.33 Ω。在設計機電自動控制系統的過程中，需要將固定電阻數值設置為200 Ω，并且應將固定電阻與微調電阻進行串聯，此時微調電阻數值為10 Ω。在設計驅動電路時，需要將電壓數值保持在12 V以上，并充分的發揮出開關閥驅動的功能與效用，加大對電源的控制力度。

2.1.4 接口設計

在設計系統的顯示模塊接口時，需要保障控制器篩選的合理性，通常是以字符型液晶控制器為主，應在使用此類控制器時，使其能夠與驅動器進行結合，保障整合環節的有效性，順利完成驅動集成電路控制工作目標。通過對系統顯示模塊內部的芯片加以分析，可以看出應在芯片的使用階段，為字符發生器的儲存奠定基礎。在設計系統單片機時，還應對單片機與顯示模塊之間的聯系加以分析，并確保兩者之間接口設計作業的有效落實，借助8位數據總線形式，將PO作為數據的主要輸出口，保障數據信息發送和接收環節的有效性。在機電一體化自動控制系統的運行階段，可以使用以非編碼為主的鍵盤形式，確保二通插裝閥起閉延時量設置的合理性，采取有效措施控制壓力反饋數值，堅持高效化的管控措施，確保控制器沖擊頻率控制作業的嚴格性。在機電自動控制系統的運行過程中，還需用使用單片機接口的形式，使其與非同編碼鍵盤之間建立聯系，在有效銜接的基礎上，構建規格為4×4的接口電路，使用定時類的掃描手段，使系統能夠在既定的時間之內，對鍵盤的自動掃描操作予以間隔處理。在通常情況下，單片機的定時器會存在中斷的現象，且實際的中斷時間大概為10ms。為此，需要對定時器的溢出中斷請求予以分析，促進中央處理器的穩定運行，并及時對中斷請求作出響應，確保響應環節的高效性，通過對鍵盤的全面掃描，使單片機能夠與鍵盤相互配合，發揮出結束命令操作環節的實效性。

2.2 分析系統軟件設計

2.2.1 調節軟件

在設計系統的過程中，需要結合系統的運行情況，分析程序的實際運作時間，保障時間設置的合理性，在預設的同時使用鍵盤進行操作，確保按鍵操作環節的科學性，實現對時間工作組的充分調用。例如：可以應用非編碼鍵盤的形式，將停止鍵、檔位建和運行鍵包含在內，實現對按鍵的全面管控。工作人員在使用系統的過程中，應加大對產品的控制力度，確保停止鍵、運行鍵按下操作的及時性，使設備能夠盡快進入到“停止”“運行”等狀態當中。隨著主程序的不斷運行，使其能夠及時完成系統初始化處理等操作，并保障此類處理模式的高效性，對存儲單元進行清除處理，確保清除操作的全面性。此時，系統會采用顯示形式，使執行人員能夠明確系統的總體監控狀態，并確定開放外部沖擊或者中斷子控制程序等操作任務。其中，在沖擊子程序的過程中，可以采用開回的形式，在上述操作完成之后，應對工作時間組予以確定，保障時間組設置的合理性，并打開定時器實現錐閥的開回或者關閉等操作目標。

2.2.2 總體設計

在設計系統軟件的過程中，由于此類軟件當中包括了控制程序和人機交互等兩方面的內容，需要對上述內容進行逐一設計。一方面，控制程序需要與主站進行銜接，并與多個傳感器保持聯通。對傳感器當中的動態化數據進行全面采集，加大對動態數據的處理力度，為人機交互環節的數據查詢作業提供便利性支持，并確保存儲作業的有效實施。另一方面，需要根據工作階段對所需用的數據信息加以整合，并采取自動化的系統調控形式，實現自動操作運行目標，為產品生產作業的開展提供適宜化的條件支持。在人機相互配合的過程中，使用戶能夠采取手動控制的形式，加大對執行單元的控制力度，并根據實際的生產需求，篩選出合適的原材料，并保障原材料用量和生產溫度控制的有效性。

2.2.3 智能化工作軟件

在設計機電自動化控制系統的過程中，應對開關閥啟閉時間進行控制，以高速形式的開關閥為主，確保時間控制方式的合理性。同時，還應結合壓力變送器對所輸出的壓力信號加以分析，明確信號的實際輸出情況，將此類輸出狀況作為主要參考依據。隨著機電自動控制系統的持續運行，應從模塊軟件的層面入手，設置有針對性的控制措施，確保系統中所執行的命令，能夠將初始化系統驅動指定模塊等內容包含在內，并促進處理對接口命令的同步落實。在系統A/D采樣子程序的運行階段，還應遵循規范化的運行原則，加大對A/D轉換通道地址的控制力度，確保地址設置的合理性。結合通道的實際情況，設置與之相對應的采樣通道，在片選環節順利結束之后，需要設置AINO等通道。與此同時，還需要在開啟A/D轉換器的同時，采取自動化的開啟形式，保障開啟作業的及時性，促進延時處理操作的有序進行。

2.2.4 工作軟件

在自動化控制系統運行的過程中，能夠實現開關閥門等控制目標，需要借助壓力傳感器等基礎設施，為信號的傳輸奠定基礎，并且還需要借助初始化控制模塊，促進處理驅動執行模塊的同步運行。在A/D采樣子系統的運行過程中，應采取有效措施為采樣通道設置提供明確指導，堅持規范化的通道設置原則，通過對A/D轉換通道的合理把控，保障地址設置的有效性。當進入到片選環節時，需要從AINO等通道入手，確保A/D轉換器能夠被順利開通，從而確保延時等操作的順利實施。待上述轉換操作順利結束之后，可以提取出關鍵信息，并將其轉換為結果的形式輸送到采樣地址當中。若轉換尚未結束，則需要繼續進行延遲操作，確保能夠到達轉換操作的環節，從而才能夠判定全部完成。

3 結束語

機電一體化控制系統當前在各行業中得到了廣泛應用，由于此類控制系統的性能較為優良，所以受到了各個行業的高度關注。機電一體化和掌控程序在長時間的優化以及拓展過程中，逐漸朝著多元化的方向發展，并且配備了健全的配套系統，需要站在創新性和創造性的角度，對機電控制系統自動控制技術的發展予以綜合考慮，并結合行業的轉型需求，制定實用性的系統模式，為機電一體化設計提供新型思路。

參考文獻

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