工業(yè)自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)制造及安裝調(diào)試方法

吳 磊

（核工業(yè)大連應(yīng)用技術(shù)研究所，遼寧 大連 116031）

0 引言

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，自動化技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，為生產(chǎn)和生活提供了極大的便利條件，將自動化技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，可大幅度降低人為因素對生產(chǎn)質(zhì)量造成的影響。但工業(yè)自動化設(shè)備具有很強(qiáng)的綜合性和技術(shù)性，對設(shè)計(jì)制造和安裝調(diào)試的效果有嚴(yán)格要求。 因此，要先提升工業(yè)自動化設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，保障生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，就必須從設(shè)計(jì)制造和安裝調(diào)試兩個(gè)方面同時(shí)入手。 基于此，開展工業(yè)自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)制造及安裝調(diào)試方法的研究就顯得尤為必要。

1 工業(yè)自動化設(shè)備的特點(diǎn)

和其他自動化設(shè)備相比，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的自動化設(shè)備具有其獨(dú)特的特點(diǎn)， 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，工業(yè)自動化設(shè)備具有很高的自動化程序，幾乎無需人為干預(yù)操作， 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和無人值班；其二，工業(yè)自動化設(shè)備具有極高的工作效率，可大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品品質(zhì)；其三，工業(yè)自動化設(shè)備在運(yùn)行過程中，有獨(dú)立的運(yùn)行程序，生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性比較高；其四，工業(yè)自動化設(shè)備可滿足大批量、大規(guī)模生產(chǎn)，可降低生產(chǎn)成本，幫助工業(yè)企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

2 工業(yè)自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)制造方法

工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)制造是非常重要的環(huán)節(jié)，對后期設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量、安全及能否滿足工程生產(chǎn)要求有較大影響。因此，在設(shè)計(jì)制造之前，需要先明確工業(yè)生產(chǎn)的具體需求、工業(yè)自動化設(shè)備質(zhì)量的需求、設(shè)備的運(yùn)行工作環(huán)境、生產(chǎn)參數(shù)指標(biāo)等多項(xiàng)內(nèi)容，綜合考慮存在的影響因素， 先選擇出3～5 種設(shè)計(jì)制造方案，然后通過對方案可行性、合理性的分析，選擇出最佳的設(shè)計(jì)制造方案，再交由設(shè)計(jì)制造工程師對選擇的方案進(jìn)行審核，審核通過后才能著手設(shè)計(jì)制造，以保證設(shè)計(jì)制造方案的科學(xué)性，為后期研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造等提供指導(dǎo)。

在具體設(shè)計(jì)中， 必須選擇最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，并能夠充分體現(xiàn)出自動化控制技術(shù)，目前工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)用最多的方法是狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法，主要機(jī)理是通過先進(jìn)狀態(tài)觀測器，對工業(yè)自動化設(shè)備的實(shí)際控制能力進(jìn)行調(diào)整和控制，在調(diào)整和控制時(shí)需要按照計(jì)算機(jī)傳遞函數(shù)得出的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，而不是隨意或者按照自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。 但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中對工業(yè)自動化設(shè)備的制造精度提出了更高的要求， 雖然狀況空間設(shè)計(jì)法可以獲得一定的效果，但也存在較大局限性，比如：無法清楚有效地觀察控制系統(tǒng)內(nèi)部的變化情況，從而有效提高工業(yè)自動化設(shè)備的制造精度?；诖朔N情況，在設(shè)計(jì)過程中，可融入人工智能技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、模塊控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)制造的三維立體可視化，再通過多變量系統(tǒng)、多輸入/輸出系統(tǒng)等，就可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外全部精確控制。比如：在工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)制造中，可采用數(shù)字式PID 控制系統(tǒng)， 進(jìn)一步明確PID 的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造的最優(yōu)化[1]。

當(dāng)工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)完成之后，需要對性能進(jìn)行測試分析，保證各項(xiàng)設(shè)備都符合工業(yè)自動化生產(chǎn)的需求，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確認(rèn)各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)標(biāo)之后，才能進(jìn)行制造。在制造中為避免發(fā)生材料和資源的無故浪費(fèi)，可先進(jìn)行模型制造，并對每個(gè)模塊的相關(guān)功能進(jìn)行合理分析， 避免在生產(chǎn)制造過程中發(fā)生問題，通過此種方法，可及時(shí)對存在的問題、故障等異常情況進(jìn)行全面排查診斷，保證工業(yè)自動化設(shè)備制造過程順利進(jìn)行。

3 工業(yè)自動化設(shè)備的安裝調(diào)試方法

當(dāng)工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)制造完成之后，在投入使用之前，還要開展安裝調(diào)試，確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)和指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需求之后，才能投入運(yùn)行。 安裝調(diào)試是一項(xiàng)比較系統(tǒng)且技術(shù)含量較高的工作，需要綜合考慮工業(yè)自動化設(shè)備控制系統(tǒng)硬件和軟件兩個(gè)方面的內(nèi)容，其中硬件問題相對簡單，在安裝調(diào)試中只需要保證硬件的性能、型號等都滿足要求即可。 但也不能忽略硬件設(shè)備的接線和保護(hù)線按照調(diào)試，以保證工業(yè)自動化設(shè)備投入使用運(yùn)行的安全性。軟件的安裝和調(diào)試則比較復(fù)雜， 需要結(jié)合工業(yè)自動化設(shè)備的特性、運(yùn)行傳輸、工作環(huán)境等，對所選的軟件進(jìn)行深入研究， 選出和工業(yè)自動化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)相符的軟件，是保證工業(yè)自動化設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

尤其是在工業(yè)自動化設(shè)備檢查時(shí)，要結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行結(jié)構(gòu)原理圖，在充分了解和掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)組成情況和各部件具體功能的基礎(chǔ)上， 開展有針對性測試。為保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要嚴(yán)格按照測試流程進(jìn)行測試，先是輸入某一個(gè)輸入量，此輸入量經(jīng)過工業(yè)自動化設(shè)備之后，觀察該輸入量的變化情況。 再按照輸入量來檢測工業(yè)自動化設(shè)備的性能。 比如：PLC 可編程自動化控制系統(tǒng)是常用的工業(yè)自動化設(shè)備控制系統(tǒng)，在設(shè)備運(yùn)行控制中，有兩種控制方法，一種是開環(huán)控制法，另一種是閉環(huán)控制法。 如果采用了開環(huán)控制法，則輸出量的信息很難及時(shí)反饋到輸入中，也就是說工業(yè)自動化設(shè)備中的輸入量無法根據(jù)輸出量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，控制效果比較差。 而閉環(huán)控制法相對比較先進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)有效控制。比如：在工業(yè)自動化設(shè)備控制系統(tǒng)中，采用了PID 控制器技術(shù)，則控制規(guī)律可用以下公式表示：

與此公式相互對應(yīng)的PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以下公式來表示：

此函數(shù)中Kp 表示的是比例增；u（t）表示的是控制量；e（t）表示的是偏差量[2]。

通過對工業(yè)自動化設(shè)備的控制性能測試，是安裝調(diào)試的主要環(huán)節(jié)， 主要目的是測試工業(yè)自動化設(shè)備是否具有負(fù)反饋的控制性能，從而為設(shè)備安裝調(diào)試提供數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)[3]。

傳感器是工業(yè)自動化設(shè)備的主要組分部分，傳感器安裝調(diào)試也是重中之重。 目前，在工業(yè)自動化設(shè)備中常用的傳感器是光電開關(guān)，具有反應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)勢，此種優(yōu)勢是工業(yè)自動化設(shè)備比較重要的性能，而且結(jié)構(gòu)相對簡單，布置方式也比較靈活。常用的光電開關(guān)有三種，一種是反射光電傳感器，一種對射式光電傳感器，另一種是位移傳感器。 這三種傳感器在性能和作用方面有一定差別， 在具體安裝調(diào)試中，需要結(jié)合工業(yè)自動化設(shè)備的性能及現(xiàn)場運(yùn)行情況合理選擇，以最大限度地提升工業(yè)自動化設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和工作性能[4]。 比如：位移傳感器，可按照工業(yè)自動化設(shè)備位置的變化，將發(fā)生位移變化的相關(guān)信號輸入到位移傳感器中， 最后再反饋給工業(yè)自動化設(shè)備， 通過自動化控制算法就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的位移控制。除此之外，在工業(yè)自動化設(shè)備安裝調(diào)試中，還要對中是編碼器的安裝及調(diào)試，目前絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備自動化控制都是數(shù)字信號控制，編碼器用于數(shù)字信號的傳遞，以便及時(shí)獲知設(shè)備運(yùn)行情況。

4 工業(yè)自動化設(shè)備的發(fā)展趨勢

工業(yè)是我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，因此，近年來，我國對工業(yè)生產(chǎn)自動化、智慧化、科技化投入了大量精力，數(shù)控技術(shù)、自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)等高新技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)展至今，基本上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的升級轉(zhuǎn)型， 機(jī)械工程領(lǐng)域取得了重大突破，工業(yè)自動化設(shè)備的應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛，并取得了良好成績。但就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，仍然存在很多問題亟待解決，比如：工業(yè)自動化設(shè)備的附加值較低、很多工業(yè)自動化設(shè)備依賴國際進(jìn)口、 自主設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新能力不足等。再加上傳統(tǒng)理念和文化環(huán)境的影響，致使很多高技術(shù)人才不愿投入工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)中，缺乏技術(shù)型人才，致使我國工業(yè)發(fā)展一直難以取得重大突破性成績。在此種背景下，工業(yè)自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)制造既能有效解決和處理當(dāng)前存在的問題， 還能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展?？偠灾?，工業(yè)自動化設(shè)備具有良好的發(fā)展前景和發(fā)展空間[5]。需要相關(guān)單位和政府不斷加大對工業(yè)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)制造和安裝調(diào)試研究的投入力度，以提升設(shè)備的性能和附加值，從而設(shè)計(jì)出更加適合我國工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的工業(yè)自動化設(shè)備， 縮小和發(fā)達(dá)國家之間的差距。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了工業(yè)自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)制造及安裝調(diào)試，分析結(jié)果表明，工業(yè)自動化設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動化、智能化、智慧化、科技化、人性化發(fā)展的前提條件。 涉及硬件設(shè)備和軟件兩個(gè)方面，其中軟件控制算法的性能對工業(yè)自動化設(shè)備的工作性能有較大影響，需要結(jié)合工業(yè)自動化設(shè)備的特性， 按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范開展設(shè)計(jì)制造研究，并選擇合理的安裝調(diào)試方法，這樣才能最大限度地提升工業(yè)自動化設(shè)備的性能，促使我國工業(yè)事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。