過程控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化應(yīng)用探究

文/張友

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過程控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化應(yīng)用探究

文/張友

湖南湘鋼鑫通爐料有限公司

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。

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

引言

從改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平不斷提高，當(dāng)然這也在一定程度上加大了每個(gè)行業(yè)的競爭力。在如此復(fù)雜的市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，只有將自身缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化、不斷地完善自己，才能在如此激烈的競爭中占據(jù)一席之地。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)一個(gè)工業(yè)大國來說尤其重要，作為我國運(yùn)用范圍最廣的系統(tǒng)，不僅要提高可靠性，還要提高其高效性。只有發(fā)現(xiàn)到系統(tǒng)中的不足，不斷改進(jìn)，解決問題，才能確保機(jī)電一體化在我國的重要地位不動(dòng)搖。

1 機(jī)電一體化的現(xiàn)狀

國際上機(jī)電一體化可以分為三個(gè)階段，分別是20世紀(jì)60年代以前人們剛開始使用機(jī)電一體化這項(xiàng)技術(shù)的初級(jí)階段、20世紀(jì)60年代到21世紀(jì)初期人們不斷開始研究的研發(fā)階段、21世紀(jì)后期世界各國對(duì)機(jī)電一體化有了極大關(guān)注并不斷發(fā)展的階段。目前，美國與日本作為先進(jìn)技術(shù)大國，在機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展方面處于世界領(lǐng)先技術(shù)，兩國均將計(jì)算機(jī)芯片制造技術(shù)、柔性制造技術(shù)、人工智能機(jī)器人等列為創(chuàng)新高水平研究技術(shù)，這個(gè)舉措在一定程度上促進(jìn)了世界對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的了解與研發(fā)。隨著越來越多的國家加入到機(jī)電一體化研究的行列之中，光學(xué)、通信技術(shù)等都與機(jī)電一體化相互融合，并且對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析及方法都進(jìn)入了深入研究。機(jī)電一體化在世界范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展，使得其從單機(jī)向整個(gè)制造業(yè)的集成化過渡，產(chǎn)品遍布各個(gè)領(lǐng)域，也促使一些新技術(shù)的出現(xiàn)，為世界科學(xué)技術(shù)水平的提高有促進(jìn)作用。

我國從20世紀(jì)80年代開始，我國便加入到世界科技發(fā)展的潮流中去，國務(wù)院隨即便將機(jī)電一體化列入“863計(jì)劃”。我國根據(jù)先進(jìn)技術(shù)水平國家的研究成果及我國的實(shí)際科學(xué)技術(shù)水平制定出符合自己國家機(jī)電一體化發(fā)展的研究領(lǐng)域及方法。我國為了更好的研究此項(xiàng)技術(shù)，將這一研究轉(zhuǎn)成專業(yè)供許多高等院校、研究機(jī)構(gòu)、甚至一些大中型企業(yè)進(jìn)行研究。雖然我國的機(jī)電一體化技術(shù)目前還落后于美國、日本等一些科技先進(jìn)的國家，但是我國加大了對(duì)機(jī)電一體化的研究力度及經(jīng)濟(jì)扶持，為我國的機(jī)電一體化技術(shù)創(chuàng)造很好的研究環(huán)境，終有一日我國能夠達(dá)到世界發(fā)達(dá)水平，并且趕超先進(jìn)國家的技術(shù)水平。

2 過程控制系統(tǒng)基本情況分析

2.1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)檢測的檢測與變送儀表、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。

2.2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。

3 具體應(yīng)用情況分析

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。

3.1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)。

3.2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。

3.3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)組ES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。它可用于測量壓力差。流量計(jì)是用于測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。

3.4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，測量的任務(wù)就需要借助表盤才能順利完成。應(yīng)變設(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)行測定。測定數(shù)值極為精準(zhǔn)，這也是過程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值還有待進(jìn)一步挖掘。

4 結(jié)束語

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，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)，使我國生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品具有更高的推廣價(jià)值。

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