機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)研究

施金宏

[摘 ? ?要]機(jī)械行業(yè)在現(xiàn)階段呈現(xiàn)出高效發(fā)展態(tài)勢(shì)，并且受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的積極影響，對(duì)行業(yè)的發(fā)展水平提出了較高的要求，需要機(jī)械行業(yè)能夠有意識(shí)、有目的提高自身生產(chǎn)效率。大眾對(duì)于機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用提出了較為嚴(yán)格的要求，需要保障機(jī)械設(shè)備的優(yōu)良質(zhì)量，還應(yīng)在符合大眾需求的基礎(chǔ)上，使機(jī)械設(shè)備朝著多元化的方向轉(zhuǎn)型。機(jī)電制造企業(yè)需要對(duì)控制系統(tǒng)予以全方位的分析，借助自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化發(fā)展目標(biāo)，使機(jī)電制造企業(yè)能夠朝著規(guī)?；较蜓葑?，為機(jī)械行業(yè)的發(fā)展帶來積極作用。

[關(guān)鍵詞]機(jī)電制造企業(yè);控制系統(tǒng);自動(dòng)控制技術(shù);一體化建設(shè);設(shè)計(jì)目標(biāo)

[中圖分類號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)一體化的設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法分析

1.1 設(shè)計(jì)原理

在打造機(jī)電控制系統(tǒng)的過程中，需要在信息處理技術(shù)和微電子技術(shù)的共同作用下，為技術(shù)人員提供充足的技術(shù)支持，使其可以使用遠(yuǎn)程操作的形式，促進(jìn)一體化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并優(yōu)化控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用效果（圖1）。在使用自動(dòng)化控制技術(shù)時(shí)，能夠加大對(duì)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(duì)被控對(duì)象實(shí)施自動(dòng)化的管理與監(jiān)控。工作人員需要在融合機(jī)電控制系統(tǒng)和自動(dòng)化控制技術(shù)的過程中，將一體化目標(biāo)作為首要標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并加大對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制力度，有助于提高這些設(shè)備的日常生產(chǎn)效率。

在設(shè)計(jì)機(jī)電控制系統(tǒng)的過程中，除了需要包含大量的控制器、核心器件之外，還應(yīng)將檢測(cè)器和執(zhí)行器等基礎(chǔ)設(shè)施包含在內(nèi)。在機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)作的過程中，由系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)輸入相應(yīng)的信號(hào)，并借助控制器的轉(zhuǎn)化作用，將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)的形式。此時(shí)，執(zhí)行器需要及時(shí)接收控制信號(hào)，隨即執(zhí)行與之相對(duì)應(yīng)的命令，通過對(duì)過程對(duì)象的自動(dòng)控制，為信號(hào)的輸出奠定基礎(chǔ)。待檢測(cè)器對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)之后，能夠立即生成反饋信號(hào)的形式，并將其傳輸至控制器內(nèi)部，為下一次的操作提供助力支持。

圖1 機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)

1.2 分析常用的設(shè)計(jì)方法

1.2.1 組合法

在使用組合法過程中，需要明確機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)的相關(guān)思路，從機(jī)電系統(tǒng)入手對(duì)電子機(jī)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(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，使產(chǎn)品的質(zhì)量得有效提升。基于優(yōu)良的產(chǎn)品性能，形成新型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，在革新設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，避免對(duì)原始產(chǎn)品相關(guān)原理進(jìn)行改變，并突破原始設(shè)計(jì)模式在運(yùn)行環(huán)節(jié)所帶來的局限性。

1.2.2 整體法

以設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床為例。①需要結(jié)合數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟予以全面分析，并采購(gòu)與之相對(duì)應(yīng)的設(shè)備，如伺服驅(qū)動(dòng)裝置、專用數(shù)據(jù)控制裝置等等。同時(shí)，還需要配備與之相關(guān)聯(lián)的機(jī)械設(shè)備，確保車床能夠得到有效使用。②還需要對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行整合，確保同一臺(tái)功能模塊能夠相互整合，并組成完整的機(jī)電一體化數(shù)控車床，使車床能夠?yàn)楦黜?xiàng)功能的使用奠定基礎(chǔ)。在使用上述方法時(shí)，可以為實(shí)踐操作帶來便利性支持，在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)作業(yè)當(dāng)中，當(dāng)單一化的電子部分無法與整體性的機(jī)械結(jié)構(gòu)相符合時(shí)，需要引導(dǎo)工作人員構(gòu)建以整體化為主的數(shù)據(jù)思路，保障系統(tǒng)的各項(xiàng)功能能夠達(dá)到預(yù)期的運(yùn)行效果。

1.2.3 取代法

通過對(duì)取代法的設(shè)計(jì)思路加以分析，在設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的過程中，要借助控制機(jī)構(gòu)的形式，促進(jìn)電子線路的穩(wěn)定運(yùn)行，并保證思路的完善性，使機(jī)械的運(yùn)行過程得以改變，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的使用效果。一方面，在使用微型計(jì)算機(jī)或者控制器時(shí)，需要保障控制器能夠具備可編程的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)機(jī)械控制機(jī)構(gòu)與電子線路之間的融合力度，基于有機(jī)結(jié)合的形式，促進(jìn)機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，對(duì)于原始的機(jī)械機(jī)構(gòu)來說，在新型理念的作用下，應(yīng)使用電子線路的形式，并及時(shí)摒棄原始的步進(jìn)開關(guān)、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(jié)構(gòu)的形式，不僅能夠優(yōu)化產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，還可以保障機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易性，從而滿足機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的相關(guān)預(yù)想。

2 機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)分析

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器

在機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)作業(yè)的實(shí)施過程中，需要發(fā)揮出A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能優(yōu)勢(shì)，為其設(shè)置相應(yīng)的接口，并將其與同單片機(jī)予以銜接，確保連接操作的便捷性與高效性，借助準(zhǔn)確的接口操作，提高A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行水平。在12位的電容運(yùn)行過程中，能夠逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，且此類轉(zhuǎn)換器當(dāng)中帶有11個(gè)輸入端，且串行控制端口與輸入端的數(shù)量相同。在開展模數(shù)轉(zhuǎn)換操作過程中，需要借助12位開關(guān)電容逐次逼近途徑，從而完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換操作。地址輸入端、輸入輸出時(shí)鐘以及片選屬于各個(gè)器件當(dāng)中的關(guān)鍵組成部分，能夠同時(shí)串聯(lián)3臺(tái)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(huán)節(jié)相連接，保證通信作業(yè)的順利進(jìn)行。

2.1.2 單片機(jī)控制芯片

在開展機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)作業(yè)的過程中，應(yīng)確保功能設(shè)置具備多樣化的特點(diǎn)，且總體存儲(chǔ)量相對(duì)較大。在通常情況下，應(yīng)將單片機(jī)作為主要控制芯片進(jìn)行使用。在設(shè)置單片機(jī)控制芯片時(shí)，會(huì)涉及到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、串行口、中央處理單元、I/O口以及程度存儲(chǔ)器，且上述基礎(chǔ)設(shè)施具有重要作用，屬于單片機(jī)中的關(guān)鍵組成部分。所以，在開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)作業(yè)的過程中，應(yīng)使用單片機(jī)內(nèi)部總線連續(xù)處理的方式，采取有效措施減少資源用量，并且可以避免對(duì)硬件進(jìn)行改變。在串行口的區(qū)域，為系統(tǒng)仿真操作的落實(shí)奠定了有力基礎(chǔ)，并且可以保障單片機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.1.3 電路設(shè)計(jì)

對(duì)于傳統(tǒng)形式的機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，在通常情況下需要借助IC元件形式，對(duì)傳感器信號(hào)予以妥善處理。對(duì)于部分傳感器所輸出的信號(hào)，通常對(duì)于電流范圍提出了明確的要求，應(yīng)將其控制在4 ～20 mA。若使用的IC元件屬于傳統(tǒng)類型時(shí)，則只能完成電壓信號(hào)處理、輸出等作業(yè)任務(wù)。在開展機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)化的原則，促進(jìn)電流和電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)作業(yè)的有序進(jìn)行，及時(shí)篩選出電壓調(diào)節(jié)裝置，保障裝置的適宜性。同時(shí)，還應(yīng)使用電阻操作的形式，使電流能夠順利轉(zhuǎn)化，并向電壓方向加以轉(zhuǎn)化，從基準(zhǔn)電壓入手，及時(shí)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(duì)應(yīng)。此時(shí)，可以得出電阻值為208.33 Ω。在設(shè)計(jì)機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)的過程中，需要將固定電阻數(shù)值設(shè)置為200 Ω，并且應(yīng)將固定電阻與微調(diào)電阻進(jìn)行串聯(lián)，此時(shí)微調(diào)電阻數(shù)值為10 Ω。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，需要將電壓數(shù)值保持在12 V以上，并充分的發(fā)揮出開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)的功能與效用，加大對(duì)電源的控制力度。

2.1.4 接口設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的顯示模塊接口時(shí)，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(yīng)在使用此類控制器時(shí)，使其能夠與驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行結(jié)合，保障整合環(huán)節(jié)的有效性，順利完成驅(qū)動(dòng)集成電路控制工作目標(biāo)。通過對(duì)系統(tǒng)顯示模塊內(nèi)部的芯片加以分析，可以看出應(yīng)在芯片的使用階段，為字符發(fā)生器的儲(chǔ)存奠定基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)單片機(jī)時(shí)，還應(yīng)對(duì)單片機(jī)與顯示模塊之間的聯(lián)系加以分析，并確保兩者之間接口設(shè)計(jì)作業(yè)的有效落實(shí)，借助8位數(shù)據(jù)總線形式，將PO作為數(shù)據(jù)的主要輸出口，保障數(shù)據(jù)信息發(fā)送和接收環(huán)節(jié)的有效性。在機(jī)電一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)量設(shè)置的合理性，采取有效措施控制壓力反饋數(shù)值，堅(jiān)持高效化的管控措施，確?？刂破鳑_擊頻率控制作業(yè)的嚴(yán)格性。在機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，還需用使用單片機(jī)接口的形式，使其與非同編碼鍵盤之間建立聯(lián)系，在有效銜接的基礎(chǔ)上，構(gòu)建規(guī)格為4×4的接口電路，使用定時(shí)類的掃描手段，使系統(tǒng)能夠在既定的時(shí)間之內(nèi)，對(duì)鍵盤的自動(dòng)掃描操作予以間隔處理。在通常情況下，單片機(jī)的定時(shí)器會(huì)存在中斷的現(xiàn)象，且實(shí)際的中斷時(shí)間大概為10ms。為此，需要對(duì)定時(shí)器的溢出中斷請(qǐng)求予以分析，促進(jìn)中央處理器的穩(wěn)定運(yùn)行，并及時(shí)對(duì)中斷請(qǐng)求作出響應(yīng)，確保響應(yīng)環(huán)節(jié)的高效性，通過對(duì)鍵盤的全面掃描，使單片機(jī)能夠與鍵盤相互配合，發(fā)揮出結(jié)束命令操作環(huán)節(jié)的實(shí)效性。

2.2 分析系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 調(diào)節(jié)軟件

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中，需要結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行情況，分析程序的實(shí)際運(yùn)作時(shí)間，保障時(shí)間設(shè)置的合理性，在預(yù)設(shè)的同時(shí)使用鍵盤進(jìn)行操作，確保按鍵操作環(huán)節(jié)的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間工作組的充分調(diào)用。例如：可以應(yīng)用非編碼鍵盤的形式，將停止鍵、檔位建和運(yùn)行鍵包含在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的全面管控。工作人員在使用系統(tǒng)的過程中，應(yīng)加大對(duì)產(chǎn)品的控制力度，確保停止鍵、運(yùn)行鍵按下操作的及時(shí)性，使設(shè)備能夠盡快進(jìn)入到“停止”“運(yùn)行”等狀態(tài)當(dāng)中。隨著主程序的不斷運(yùn)行，使其能夠及時(shí)完成系統(tǒng)初始化處理等操作，并保障此類處理模式的高效性，對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行清除處理，確保清除操作的全面性。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采用顯示形式，使執(zhí)行人員能夠明確系統(tǒng)的總體監(jiān)控狀態(tài)，并確定開放外部沖擊或者中斷子控制程序等操作任務(wù)。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(yīng)對(duì)工作時(shí)間組予以確定，保障時(shí)間組設(shè)置的合理性，并打開定時(shí)器實(shí)現(xiàn)錐閥的開回或者關(guān)閉等操作目標(biāo)。

2.2.2 總體設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的過程中，由于此類軟件當(dāng)中包括了控制程序和人機(jī)交互等兩方面的內(nèi)容，需要對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行逐一設(shè)計(jì)。一方面，控制程序需要與主站進(jìn)行銜接，并與多個(gè)傳感器保持聯(lián)通。對(duì)傳感器當(dāng)中的動(dòng)態(tài)化數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集，加大對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的處理力度，為人機(jī)交互環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)查詢作業(yè)提供便利性支持，并確保存儲(chǔ)作業(yè)的有效實(shí)施。另一方面，需要根據(jù)工作階段對(duì)所需用的數(shù)據(jù)信息加以整合，并采取自動(dòng)化的系統(tǒng)調(diào)控形式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作運(yùn)行目標(biāo)，為產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)的開展提供適宜化的條件支持。在人機(jī)相互配合的過程中，使用戶能夠采取手動(dòng)控制的形式，加大對(duì)執(zhí)行單元的控制力度，并根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求，篩選出合適的原材料，并保障原材料用量和生產(chǎn)溫度控制的有效性。

2.2.3 智能化工作軟件

在設(shè)計(jì)機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過程中，應(yīng)對(duì)開關(guān)閥啟閉時(shí)間進(jìn)行控制，以高速形式的開關(guān)閥為主，確保時(shí)間控制方式的合理性。同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合壓力變送器對(duì)所輸出的壓力信號(hào)加以分析，明確信號(hào)的實(shí)際輸出情況，將此類輸出狀況作為主要參考依據(jù)。隨著機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，應(yīng)從模塊軟件的層面入手，設(shè)置有針對(duì)性的控制措施，確保系統(tǒng)中所執(zhí)行的命令，能夠?qū)⒊跏蓟到y(tǒng)驅(qū)動(dòng)指定模塊等內(nèi)容包含在內(nèi)，并促進(jìn)處理對(duì)接口命令的同步落實(shí)。在系統(tǒng)A/D采樣子程序的運(yùn)行階段，還應(yīng)遵循規(guī)范化的運(yùn)行原則，加大對(duì)A/D轉(zhuǎn)換通道地址的控制力度，確保地址設(shè)置的合理性。結(jié)合通道的實(shí)際情況，設(shè)置與之相對(duì)應(yīng)的采樣通道，在片選環(huán)節(jié)順利結(jié)束之后，需要設(shè)置AINO等通道。與此同時(shí)，還需要在開啟A/D轉(zhuǎn)換器的同時(shí)，采取自動(dòng)化的開啟形式，保障開啟作業(yè)的及時(shí)性，促進(jìn)延時(shí)處理操作的有序進(jìn)行。

2.2.4 工作軟件

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)閥門等控制目標(biāo)，需要借助壓力傳感器等基礎(chǔ)設(shè)施，為信號(hào)的傳輸?shù)於ɑA(chǔ)，并且還需要借助初始化控制模塊，促進(jìn)處理驅(qū)動(dòng)執(zhí)行模塊的同步運(yùn)行。在A/D采樣子系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，應(yīng)采取有效措施為采樣通道設(shè)置提供明確指導(dǎo)，堅(jiān)持規(guī)范化的通道設(shè)置原則，通過對(duì)A/D轉(zhuǎn)換通道的合理把控，保障地址設(shè)置的有效性。當(dāng)進(jìn)入到片選環(huán)節(jié)時(shí)，需要從AINO等通道入手，確保A/D轉(zhuǎn)換器能夠被順利開通，從而確保延時(shí)等操作的順利實(shí)施。待上述轉(zhuǎn)換操作順利結(jié)束之后，可以提取出關(guān)鍵信息，并將其轉(zhuǎn)換為結(jié)果的形式輸送到采樣地址當(dāng)中。若轉(zhuǎn)換尚未結(jié)束，則需要繼續(xù)進(jìn)行延遲操作，確保能夠到達(dá)轉(zhuǎn)換操作的環(huán)節(jié)，從而才能夠判定全部完成。

3 結(jié)束語

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)當(dāng)前在各行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，由于此類控制系統(tǒng)的性能較為優(yōu)良，所以受到了各個(gè)行業(yè)的高度關(guān)注。機(jī)電一體化和掌控程序在長(zhǎng)時(shí)間的優(yōu)化以及拓展過程中，逐漸朝著多元化的方向發(fā)展，并且配備了健全的配套系統(tǒng)，需要站在創(chuàng)新性和創(chuàng)造性的角度，對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展予以綜合考慮，并結(jié)合行業(yè)的轉(zhuǎn)型需求，制定實(shí)用性的系統(tǒng)模式，為機(jī)電一體化設(shè)計(jì)提供新型思路。

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