過程控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

王鶴澄

摘 要：現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)被革新，越來越多的智能化裝置以及設(shè)備被用于現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)之中，技術(shù)人員將電子技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)出了機(jī)電一體化這種現(xiàn)代科技，使機(jī)械設(shè)備更具智能化應(yīng)用特點(diǎn)。機(jī)電一體化技術(shù)屬于具有綜合性特點(diǎn)的現(xiàn)代科技，技術(shù)人員需要在應(yīng)用具有機(jī)電一體化特點(diǎn)的機(jī)械設(shè)備時(shí)，引入過程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)管控。本文對(duì)過程控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)；機(jī)電一體化；應(yīng)用；現(xiàn)代設(shè)備

中圖分類號(hào)：TS203 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

過程控制系統(tǒng)屬于一種自動(dòng)運(yùn)行裝置，從其應(yīng)用情況來看，其也可以被視為工業(yè)化的控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)因其自動(dòng)管控的優(yōu)勢(shì)經(jīng)常會(huì)被應(yīng)用到第一生產(chǎn)線之中，既可以對(duì)生產(chǎn)工作進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也可以對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行采集，因此技術(shù)人員會(huì)在應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的時(shí)候，應(yīng)用這種工業(yè)型的控制系統(tǒng)。本文根據(jù)對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備的了解，對(duì)過程控制系統(tǒng)在幾種常見設(shè)備的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

1 過程控制系統(tǒng)基本情況分析

1.1 系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造分析

過程控制系統(tǒng)主要包括被控過程（或?qū)ο螅?、用于生產(chǎn)過程參數(shù)檢測(cè)的檢測(cè)與變送儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、報(bào)警、保護(hù)和連鎖等其他部件。其中，重點(diǎn)在于傳感器。0 級(jí)包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如流量和溫度傳感器以及最終控制元件，例如控制閥。1 級(jí)包括工業(yè)化輸入/輸出（I/O）模塊及其相關(guān)的分布式電子處理器。2 級(jí)包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)，其將來自系統(tǒng)上處理器節(jié)點(diǎn)的信息整理并提供操作員控制屏幕。3 級(jí)是生產(chǎn)控制水平，不直接控制過程，而是關(guān)注監(jiān)控目標(biāo)。4 級(jí)是生產(chǎn)調(diào)度水平。

1.2 系統(tǒng)使用方式分析

過程控制系統(tǒng)的使用方式比較靈活，既可以通過開環(huán)的方式對(duì)其加以應(yīng)用，同時(shí)也可以將其用于反饋工作中。在對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的時(shí)候，既可以對(duì)離散生產(chǎn)事件進(jìn)行管控，同時(shí)也可以對(duì)連續(xù)性的事件進(jìn)行管控，一些需要自動(dòng)運(yùn)行的裝置上的定時(shí)器正是依靠這種過程控制系統(tǒng)被控制的，另外在對(duì)建筑電梯加以控制的時(shí)候，也可以選用這種系統(tǒng)。當(dāng)溫度傳感裝置所在的環(huán)境的溫度比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值低的時(shí)候，就可以將熱源打開，當(dāng)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的時(shí)候，可以自動(dòng)地將熱源關(guān)閉，這種自動(dòng)控制系統(tǒng)并不會(huì)出現(xiàn)過多的測(cè)量偏差，可靠程度極高，系統(tǒng)中的邏輯控制器可以對(duì)裝置需要的數(shù)字信息有效讀取，并通過模擬輸入的方式將信息錄入到系統(tǒng)之中，借助邏輯語句就可以將數(shù)字輸出。以自動(dòng)控制的閘門為例，如果閘門內(nèi)部的水位與水箱的位置保持一致，系統(tǒng)就會(huì)給出標(biāo)準(zhǔn)的邏輯指令。

2 具體應(yīng)用情況分析

在機(jī)電一體化特點(diǎn)顯著的生產(chǎn)線之中，技術(shù)人員為了保持生產(chǎn)的穩(wěn)定性，需要測(cè)量出大量的與機(jī)電設(shè)備以及生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的信息，常見的控制信息包括流速、溫度、應(yīng)力、速度、壓力等。不同類型的繼電生產(chǎn)活動(dòng)之中的待測(cè)數(shù)據(jù)也有不同。在控制系統(tǒng)之中，傳感裝置發(fā)揮了重要作用，一般的傳感器可以對(duì)生產(chǎn)體系給出的操作行為加檢測(cè)，比如在填充瓶子的生產(chǎn)系統(tǒng)之中，傳感器就可以對(duì)溫度以及壓力數(shù)據(jù)加以測(cè)定，借助這兩種數(shù)據(jù)來進(jìn)行填充活動(dòng)，除了測(cè)定壓力以及溫度的傳感器之外，還有可以對(duì)應(yīng)力以及流量進(jìn)行測(cè)定的傳感器，這些傳感器可以被使用到不同類型的生產(chǎn)控制系統(tǒng)之中。大部分傳感器之中都應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)，本文以數(shù)控設(shè)備與幾種常見的傳感設(shè)備為例，對(duì)過程控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用效果進(jìn)行研究。

2.1 數(shù)控設(shè)備

現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)水平提升速度快，現(xiàn)代生產(chǎn)工作中使用的數(shù)控機(jī)床與過去應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床不同，其不僅僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控，同時(shí)機(jī)床的結(jié)構(gòu)也獲得優(yōu)化，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床有以下幾種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括緊湊型、模塊化以及總線式，生產(chǎn)廠家可以以生產(chǎn)需要為準(zhǔn)來選擇出合適的數(shù)控機(jī)床。在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，技術(shù)人員會(huì)開展開放式的設(shè)計(jì)工作，將功能模塊與硬件系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合式設(shè)計(jì)，將用戶原有的使用效益提升。數(shù)控機(jī)床不僅可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)的數(shù)控控制需要，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)模糊控制以及診斷故障等具有智能型特點(diǎn)的功能。模塊化的設(shè)計(jì)可以使數(shù)控需求更容易被滿足，過程控制系統(tǒng)使控制功能更為豐富，既可以操縱一臺(tái)機(jī)床完成多種任務(wù)，還可以同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)床。多級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定可以使機(jī)床自動(dòng)完成更具復(fù)雜度的生產(chǎn)任務(wù)。

2.2 溫度傳感器

這種常見的溫度傳感器可以將溫度數(shù)據(jù)的變動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌臄?shù)據(jù)，通過電壓或者表盤的機(jī)械式運(yùn)動(dòng)來顯示溫度的變化，溫度傳感器的絕緣功能極為重要，因此技術(shù)人員可以使用玻璃纖維以及塑料來對(duì)傳感器進(jìn)行絕緣處理，主要是當(dāng)溫度變動(dòng)時(shí)，會(huì)使液體出現(xiàn)蒸發(fā)或者膨脹的情況，傳感器的加壓情況也會(huì)直接在壓力表之中顯示。當(dāng)多個(gè)剛性的金屬構(gòu)件被連接到一個(gè)位置之后，通過加熱會(huì)使金屬構(gòu)件被彎曲，其膨脹概率之間也存在差異。因此被安置在生產(chǎn)線之中的溫度傳感器的條帶部分會(huì)被轉(zhuǎn)化為細(xì)線圈的形態(tài)，可以將一端固定在表盤中，對(duì)指針進(jìn)行移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，另外還需要將其另一段在底部加以固定。

2.3 壓力傳感器

當(dāng)燃料通過傳感器時(shí)，可以機(jī)械地觸發(fā)壓力傳感器。在其基本形式中，壓力傳感器顯示連接到傳感器的撥盤上的讀數(shù)，但也可以將讀數(shù)電子傳輸?shù)?MES 應(yīng)用程序。活塞壓力傳感器，來自生產(chǎn)線上的燃料的壓力可以推動(dòng)壓縮彈簧的活塞。彈簧的運(yùn)動(dòng)可以指示壓力。隔膜受到少量壓力的影響，并在表盤上顯示。Bourdon管當(dāng)施加壓力時(shí)被拉直。它可用于測(cè)量壓力差。流量計(jì)是用于測(cè)量液體或氣體的線性、非線性、質(zhì)量或體積流量的儀器。當(dāng)選擇生產(chǎn)線的流量計(jì)時(shí)，需要了解有關(guān)流體的信息，運(yùn)動(dòng)速度以及如何記錄流量。

2.4 其他類型的傳感器

流量計(jì)可以對(duì)生產(chǎn)之中的流量變化有效測(cè)定，當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)活動(dòng)變得更為頻繁之后，其流動(dòng)速度也會(huì)加快。液壓傳感器在當(dāng)前的生產(chǎn)系統(tǒng)之中也比較常見，當(dāng)傳感器被施加了一定的應(yīng)力之后，液體承受的壓力會(huì)增加，測(cè)量的任務(wù)就需要借助表盤才能順利完成。應(yīng)變?cè)O(shè)備的形狀為圓筒，材質(zhì)為金屬，應(yīng)用方便，當(dāng)壓縮施加給設(shè)備的應(yīng)力時(shí)，就可以對(duì)氣缸之中不斷變化的電阻進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定數(shù)值極為精準(zhǔn)，這也是過程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在。過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值還有待進(jìn)一步挖掘。

結(jié)語

在使用過程控制系統(tǒng)之前，技術(shù)人員需要先將管控范圍以及管控標(biāo)準(zhǔn)確定好，系統(tǒng)可以確保生產(chǎn)過程中的各種被控量被保持在預(yù)先給定的范圍之中，從其在幾種常用的具有機(jī)電一體化特點(diǎn)的設(shè)備之中的使用情況來觀測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)其不僅僅可以將生產(chǎn)出的產(chǎn)品的質(zhì)量提升，同時(shí)也可以增加原有的產(chǎn)量，減少機(jī)電生產(chǎn)過程之中的能源損耗量。將新型機(jī)電設(shè)備與過程控制系統(tǒng)結(jié)合使用，可以使機(jī)電設(shè)備達(dá)到更為優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用效果，技術(shù)人員還需要深入研究過程控制系統(tǒng)，使我國(guó)生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品具有更高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]韓瑞辰.機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015 （25）：35.

[2]丁勇. 機(jī)電一體化配料秤在燒結(jié)廠的應(yīng)用[J].科技成果管理與研究，2011（6）：80-82.

[3]朱建蕓.西門子推出8.2版simatic pcs 7過程控制系統(tǒng)[J].輕工機(jī)械，2016（3）：13.

[4]張燕.模糊pid在水箱過程控制系統(tǒng)中的研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（17）：77.

[5]齊振澤，陳茹.機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)分析[J].企業(yè)文化旬刊，2015（2）：150.endprint