我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)探析

莊重

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展， 各先進(jìn)國(guó)家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門(mén)類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來(lái)越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面起著極大的作用。在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分， 也得到前所未有的大發(fā)展， 國(guó)內(nèi)外各個(gè)廠家相繼推出控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要對(duì)我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化控制的若干新技術(shù)以及技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了探析，機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)科教強(qiáng)國(guó)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)影響深遠(yuǎn)。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化 高新技術(shù) 控制技術(shù)

【中圖分類號(hào)】U416【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0063-01

1.引言

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)了科技的進(jìn)步。信息時(shí)代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)， 引起后者的深刻變革。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械制造業(yè)在在這場(chǎng)新技術(shù)革命沖擊下，在我國(guó)也實(shí)現(xiàn)了大范圍的自動(dòng)化，將科技成果進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變， 微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動(dòng)力設(shè)備相結(jié)合， 促使機(jī)械工業(yè)開(kāi)始了一場(chǎng)大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命，不僅加快了機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展水平，同時(shí)也促進(jìn)了我國(guó)科學(xué)技術(shù)的商品化進(jìn)程。

機(jī)械自動(dòng)化指的就是在機(jī)械制造的過(guò)程中廣泛的進(jìn)行自動(dòng)化技術(shù)的推廣和應(yīng)用，以此達(dá)到使加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)的目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)效率的優(yōu)化，加快原材料的加工和流動(dòng)速度，這也必將促進(jìn)我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)水平不斷提高。

2. 機(jī)械自動(dòng)化控制若干新技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展， 推動(dòng)著工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)不斷進(jìn)步， 出現(xiàn)了諸如全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、運(yùn)動(dòng)控制卡等許多先進(jìn)的實(shí)用技術(shù)， 為開(kāi)發(fā)和制造工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備提供了高效率的手段。

2.1新技術(shù)探析

2.1.1全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

在一些定位精度或動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求比較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品中， 交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器（ Digit al Signal Processor， DSP） ， 可以對(duì)電機(jī)軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣， 在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 并充分發(fā)揮 DSP的高速運(yùn)算能力， 自動(dòng)完成整個(gè)伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié)， 甚至可以跟蹤負(fù)載變化， 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益； 有的驅(qū)動(dòng)器還具有快速傅立葉變換（ FFT） 的功能， 測(cè)算出設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn)，并通過(guò)陷波濾波方式消除機(jī)械共振。

2.1.2 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中， 采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)（ 拖板） 之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)， 把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零， 因而這種傳動(dòng)方式又被稱為“零傳動(dòng)”。正是由于這種“零傳動(dòng)”方式， 帶來(lái)了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無(wú)法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。高速響應(yīng)，精度高，動(dòng)剛度高，行程長(zhǎng)度不受限制，運(yùn)動(dòng)安靜、噪音低，效率高。

2.1.3 計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)

自 20 世紀(jì)60 年代美國(guó)第一臺(tái)可編程序控制器（ Programming Logical Controller， PLC） 問(wèn)世以來(lái)， PLC 控制技術(shù)已走過(guò)了 30 年的發(fā)展歷程， 尤其是隨著近代計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展， 它已在軟硬件技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走出了當(dāng)初的“順序控制”的雛形階段?？删幊逃?jì)算機(jī)控制器（ PCC） 就是代表這一發(fā)展趨勢(shì)的新一代可編程控制器。PCC 最大的特點(diǎn)在于它類似于大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。PCC 的系統(tǒng)軟件采用分時(shí)多任務(wù)機(jī)制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái)， 這樣應(yīng)用程序的運(yùn)行周期由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成， 這樣可以方便地按照控制項(xiàng)目中各部分不同的功能要求， 如運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、PlD 調(diào)節(jié)運(yùn)算、通信控制等， 分別編制出控制程序模塊（ 任務(wù)） ， 這些模塊既獨(dú)立運(yùn)行， 數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)。這些模塊經(jīng)過(guò)分步驟的獨(dú)立編制和調(diào)試之后，可一同下載至 PCC 的 CPU 中， 在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下并行運(yùn)行， 共同實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的控制要求，給工程項(xiàng)目應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的便利。

2.1.4運(yùn)動(dòng)控制卡

運(yùn)動(dòng)控制卡是一種基于工業(yè) PC 機(jī)、用于各種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合（ 包括位移、速度、加速度等） 的上位控制單元。它的出現(xiàn)主要滿足了新型數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、柔性、開(kāi)放性等要求，也滿足了各種工業(yè)設(shè)備（ 如包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等） 、國(guó)防裝備（ 如跟蹤定位系統(tǒng)等） 、智醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)研制和改造中， 急需一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊的硬件平臺(tái)，且PC機(jī)在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用， 也促使配備相應(yīng)的控制卡以充分發(fā)揮 PC機(jī)的強(qiáng)大功能。

3. 機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展中的要點(diǎn)

要將實(shí)用型的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)作為主要的方向。通過(guò)對(duì)機(jī)械制造工業(yè)發(fā)展的整體情況來(lái)看，機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展是一個(gè)由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的工程，在這個(gè)過(guò)程中，人工操作逐漸被自動(dòng)化的控制器進(jìn)行控制，生產(chǎn)方式也逐漸由傳統(tǒng)的人工方式轉(zhuǎn)變?yōu)樗刭|(zhì)化和自動(dòng)化，這是人類社會(huì)的巨大進(jìn)步，也是科技發(fā)展的重要成果。針對(duì)我國(guó)的具體國(guó)情，發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，應(yīng)該以企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展的實(shí)際需要以及市場(chǎng)需求為基本導(dǎo)向，以“科技是第一生產(chǎn)力”為指導(dǎo)，大力發(fā)展科技創(chuàng)新，加大技術(shù)投資，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈為首要任務(wù)，做到效率和質(zhì)量的有機(jī)統(tǒng)一，充分考慮市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的物資平衡，才是我們發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)所要達(dá)到的目標(biāo)。

機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的自我研發(fā)，立足于中國(guó)的具體國(guó)情。發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)時(shí)，應(yīng)將原有設(shè)備作為基礎(chǔ)，合理調(diào)整機(jī)床布局，通過(guò)添置少量的數(shù)控設(shè)備，充分發(fā)揮電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性，共同創(chuàng)造一個(gè)以人為中心、以信息自動(dòng)化為先導(dǎo)，建立自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng)。立足于自我研發(fā)，然后配套國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，共同來(lái)完成技術(shù)的升級(jí)和改造，重視降低能源消耗，并減少污染物的排放，走一條低成本的機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展之路。目前在我國(guó)， 在數(shù)量較大的同類產(chǎn)品連續(xù)流水作業(yè)的切削加工生產(chǎn)中， 自動(dòng)化設(shè)備仍以半自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床及其組成的自動(dòng)線、回轉(zhuǎn)體零部件加工自動(dòng)線等為主。針對(duì)品種較多的成品生產(chǎn)， 應(yīng)該采用可快速重新調(diào)整的設(shè)備組成成組工段或者流水線、可更換主軸箱組合機(jī)床自動(dòng)線、短自動(dòng)線和復(fù)合制造單元，從而實(shí)現(xiàn)成組自動(dòng)化。

堅(jiān)持機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展走向。目前，機(jī)械制造自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展向朝著數(shù)字化、綠色化與智能化方向發(fā)展。數(shù)字化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的核心，是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代管理科學(xué)交叉作用的共同結(jié)果，這將是機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必由之路。隨著人們對(duì)人類與環(huán)境之間的關(guān)系這一問(wèn)題認(rèn)識(shí)的逐漸加深， 實(shí)現(xiàn)人類與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須遵循的原則。

4.結(jié)論

機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用，是機(jī)械制造業(yè)一個(gè)巨大的飛躍，也是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。機(jī)械自動(dòng)化水平的發(fā)展程度，不僅影響本國(guó)機(jī)械制造業(yè)的整體發(fā)展，同時(shí)也能直接顯示出一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的提高程度。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，必然要在機(jī)械制造業(yè)上投入大量的人力與物力，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，使我國(guó)早日踏上科技強(qiáng)國(guó)的道路。

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