智能化機械設備電氣自動化技術分析

孫靈修

（國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京 210009）

1 智能化機械設備電氣自動化技術的優(yōu)勢

智能化機械設備電氣自動化技術的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三方面：其一，提升機械設備的故障報備能力。我國以往電氣自動化機械設備當中雖然已經(jīng)完成了機械化和自動化的發(fā)展目標，但是在設備的故障報備方面還存在諸多不足，缺乏一定的準確性。引入智能化技術后，可以有效提升機械設備故障報備的效率和準確程度。其二，提升生產(chǎn)效率。我國傳統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要由人力資源對機械設備進行操控，這種方式不但消耗了大量的人力成本，其工作效率也無法得到提升，而應用智能化機械設備電氣自動化技術后，可以實現(xiàn)一人面對多臺機器的合理操控，在一定程度上控制了資金成本，也提升了原本的生產(chǎn)效率。其三，提升產(chǎn)品質(zhì)量，智能化技術主要借助計算機和互聯(lián)網(wǎng)等先進的工具檢測電氣自動化機械設備，減少人工檢測存在的誤差，提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量[1]。

2 智能化機械設備電氣自動化技術分析

2.1 集成控制

機械設備應采用集成控制形式，對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行統(tǒng)一管理，提高機械設備的控制水平。機械設備的運行過程較為復雜，需要對控制過程嚴格把關，提高控制方法的有效性。集成控制需要由控制系統(tǒng)進行實現(xiàn)，可以采用PLC作為控制器，能夠與機械設備建立完善的連接，使控制效果更加的完善。集成控制是實現(xiàn)智能化控制的關鍵，需要不斷提高機械設備的集成化水平，增強設備運行狀態(tài)的推理能力，使設備能夠穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。通過集成控制，可以對設備運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理，對設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，提高設備運行的可靠性。集成控制應具有完善的系統(tǒng)結構，注重數(shù)據(jù)的共享性，對機械設備運輸數(shù)據(jù)嚴格地進行分析，進而形成有效的集成控制條件。

2.2 自動儀表

在智能化控制過程中，需要做好儀表技術的應用，對機械設備的運行狀態(tài)進行檢測，進而采取相應的控制策略。自動儀表對精度具有較高的要求，一般工業(yè)用表精度在0.5-4級之間，精度數(shù)字越小，則說明儀表的精度越高，可以對設備狀態(tài)進行準確識別。自動儀表的種類較多，包括溫度、壓力、流量等多種控制儀表，可以滿足不同機械設備的控制功能。自動儀表的選擇應根據(jù)實際情況而定，使儀表間能夠形成有效地配合，通過控制器對儀表檢測數(shù)據(jù)進行匯總，為智能化控制提供數(shù)據(jù)基礎，提高機械設備的控制效果。以數(shù)字式儀表為例，具有較強的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化能力，測準精度為0.5%，可以準確地對溫度進行測量，并且實時對溫度進行顯示。自動儀表是實現(xiàn)智能控制的重要技術，同時也是保障設備正常運行的關鍵。

2.3 過程控制

機械設備應注重過程控制，確保設備具有實時控制的條件，保障流程化生產(chǎn)過程的實現(xiàn)。過程控制需要由控制器進行實現(xiàn)，將設備的各個部分連接起來，按照一定的順利對設備進行啟動，使設備具有標準化的運行條件。過程控制是實現(xiàn)流水線生產(chǎn)的基礎，使實現(xiàn)智能化控制的重要條件。過程控制的關鍵在于程序的運用，需要根據(jù)實際生產(chǎn)情況對控制器進行編程，使機械設備得到嚴格控制。通過過程控制可以使機械設備做一些重復的工作，能夠降低人力的投入，使設備的運行控制更加的可靠。過程控制具有較高的工序要求，控制設計完成后需要進行仿真，對控制效果進行檢驗，保障機械設備過程控制能夠順利實現(xiàn)。

2.4 電力拖動

電機是為機械設備提供動能的重要裝置，需要正確地在設備中進行應用，提高設備的動力傳輸效果，保障生產(chǎn)過程能夠穩(wěn)定運行。電機使用過程中，需要做好溫度控制工作，表面溫度不能超過90℃，否將將會對電機內(nèi)部造成損傷。在動力傳輸方面，電機一般通過齒輪或皮帶來傳輸動力，帶動機械設備運轉(zhuǎn)，為生產(chǎn)過程提供良好的數(shù)據(jù)來源。電機工作過程中，對轉(zhuǎn)速具有較高的要求，在轉(zhuǎn)速變化率方面，需要控制在5%-15%之間，防止轉(zhuǎn)速變化過快，對動力傳輸效果造成影響，同時防止對電機造成損傷。以伺服電機為例，可以對速度進行準確地控制。在定位精度方面，可以達到0.001mm，保障電機能夠在指定的位置停止，使機械設備能夠?qū)崿F(xiàn)精準化地生產(chǎn)。

2.5 智能控制

智能控制具有較強的控制作用，可以提高機械設備運行的穩(wěn)定性，使控制方式更加的多樣化。通過智能控制可以提高機械工作狀態(tài)的適應性，增強運動狀態(tài)的調(diào)節(jié)能力，既可以實現(xiàn)自動化控制過程，又能夠提高控制的精度，使控制方式更加的有效化。在智能控制領域中，可供選擇的方法較多，包括模糊控制、專家控制等，可使機械設備的控制更加的完善，為設備提供良好的運行基礎。以模糊控制為例，能夠?qū)崿F(xiàn)機械設備的非線性控制，使設備的控制更加的易于實現(xiàn)，提高設備運行狀態(tài)的可靠性。而專家控制則可以模擬專家進行操作，保障機械設備控制效果的可行性，使機械設備控制朝著智能化方向發(fā)展。

2.6 故障檢測

機械設備運行過程中，難免會發(fā)生故障，需要通過自動化技術實現(xiàn)故障檢測，對設備故障進行排查。一旦機械設備出現(xiàn)故障，將會影響到機械設備的運行，甚至會對機械設備造成損傷，使其無法保持穩(wěn)定狀態(tài)。因此，故障檢測對于機械設備非常重要，使設備穩(wěn)定運行的基礎。故障檢測的重點在于故障問題的識別，一方面，需要做好故障的檢測動作，對故障的發(fā)生趨勢進行判斷，使故障能夠提前檢測出來，避免引起嚴重的故障問題。另一方面，需要通過傳感技術對故障位置進行判斷，提高故障檢測的準確性，便于故障檢修過程的進行，保障生產(chǎn)過程能夠順利地進行。

3 智能化機械設備電氣自動化技術的實際應用

3.1 農(nóng)業(yè)機械工程

機械制造的初衷主要是為了減少人們在勞動耕作中的負擔和工作量，并在此基礎上增加經(jīng)濟收益和工作效率。根據(jù)我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)行情來分析，很多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和農(nóng)作物栽培工作都可以依靠農(nóng)業(yè)機械完成，更多的機械設備已經(jīng)廣泛應用于基層生產(chǎn)當中，現(xiàn)階段主要應用于農(nóng)業(yè)的自動化機械設備主要體現(xiàn)在耕種、灌溉和收獲方面，比如我國小麥、水稻等糧食作物的收成逐漸由機械自主收集替代人工收集。我國農(nóng)業(yè)機械設備的研制獲得了顯著的成功，據(jù)相關統(tǒng)計部門的報告顯示，在2016-2019年之間，我國農(nóng)業(yè)機械帶來的全部動力呈現(xiàn)出逐漸上升的良好趨勢。其中自走式輪式谷物收割機的產(chǎn)量高達18532臺，同比增長19.71%；半喂入水稻收割機的產(chǎn)量約為3258臺，同比增長63.23%。由此可見，在智能化機械設備電氣自動化技術的影響下，我國農(nóng)業(yè)領域已經(jīng)走向機械化和自動化的發(fā)展道路中，在此過程中有效減少了人力資源和物力資源的消耗，在一定程度上也控制了成本的流失。除此之外，在自動化機械設備的制造期間也研制出了部分智能化環(huán)境配套設備，主要包括大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)、人工模擬降雨系統(tǒng)以及灌溉區(qū)域水源控制中心等等，這些技術的應用有效克服了地域條件和氣候條件等因素的制約，滿足人民群眾對糧食作物和其他農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的需求，也在無形當中推動了農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟的建設，為我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展和廣大農(nóng)民群眾帶來更多地經(jīng)濟效益。

3.2 運輸機械方面

從整體目光來看，我國運輸行業(yè)正在不斷進步和發(fā)展的階段中，人民群眾逐漸關注運輸行業(yè)的工作質(zhì)量和效率，因此相關企業(yè)和部門已經(jīng)設計研制出提升運輸效率的機械器材，并將其廣泛應用于實際的工作當中。在智能化機械設備自動化技術的大力支持下，由傳統(tǒng)的人工運輸方式轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代化運輸方式。這種創(chuàng)新型運輸模式有效提升了運輸速度和質(zhì)量，并控制運輸期間所花費的成本，在當今社會發(fā)展中，傳統(tǒng)的運輸方式已經(jīng)無法跟上現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的步伐，所以運輸行業(yè)要注重智能化機械設備電氣自動化技術的應用，積極主動利用計算機遠程操控技術，這樣才可以在一定程度上提升運輸機械器材的各項功能，同時也提升了運輸?shù)男屎唾|(zhì)量，為運輸行業(yè)的長足發(fā)展提供有力的保障。

3.3 煤礦產(chǎn)業(yè)的應用

煤礦產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要支撐，在進行煤礦開采挖掘工作期間，往往會產(chǎn)生諸多有害物質(zhì)和粉塵，對周圍居民的身體健康產(chǎn)生一定的威脅。在開展煤礦挖掘的工作過程中要時刻保持空氣的暢通，將智能化機械設備電氣自動化技術有效融入煤礦的通風體系當中，可以針對通風系統(tǒng)進行智能化的掌控，在實施工作期間，利用主站與分站的軟件進行合理掌控，可以對動態(tài)化的空氣質(zhì)量和密度進行檢測，如果空氣中存在有害物質(zhì)等，可以在第一時間開啟通風系統(tǒng)，為工作人員的身體健康提供有力的保障，機器發(fā)生故障時還可以及時處理并解決。所以在煤礦產(chǎn)業(yè)的通風體系中有效運用此項技術可以確保開采挖掘工作的安全性和可靠性。另外，將智能化機械設備電氣自動化技術應用于煤礦的井下排水體系中也會產(chǎn)生正面影響，不僅可以完成給排水的遠程操控，還可以在短時間內(nèi)準確計算出相關數(shù)據(jù)。如果排水系統(tǒng)中存在問題還可以及時勘察出故障位置并加以維護，不但提升了排水工作的效率，還為煤礦開產(chǎn)工作提供了一定的安全保障。

3.4 刀具生產(chǎn)領域

在人們的日常生活當中，刀具的使用極其普遍，但是刀具的制造流程難度較大而且對其制作的標準需求比較高，刀具的制作材料和后續(xù)的加工生產(chǎn)都要嚴格遵循規(guī)范標準開展，只有完全符合技術標準才可以構造出滿意度較高的刀具用品。智能化機械設備電氣自動化技術可以保證刀具在制作生產(chǎn)中的水準和效率。在智能機械體系中利用此項技術可以精準控制刀具的規(guī)格大小，還可以將生產(chǎn)過程的準確性大大提高。除此之外，利用此項技術還可以在一定程度上增強刀具的柔性，在刀具制作過程中利用自動化技術可以減少工作人員更多的勞動負擔[2]。

3.5 水泥產(chǎn)業(yè)

現(xiàn)階段我國建筑領域的規(guī)模和數(shù)量逐漸增大，推動了相關企業(yè)的發(fā)展與進步。水泥是建設工程中的主要原料。在社會市場激烈的競爭背景下，很多大型水泥廠為了提升自身的經(jīng)濟效益引入大量的智能化機械設備電氣自動化機械，并在此期間投入足夠的資金成本。引入此項技術后可以有效提升水泥企業(yè)的生產(chǎn)效率，智能化機械設備電氣自動技術的推進在一定程度上滿足社會發(fā)展的需求，為水泥的生產(chǎn)安全和效率提供了基礎保障。

3.6 電子信息領域

自動化技術在計算機的制造和設計環(huán)節(jié)當中發(fā)揮著至關重要的作用。比如較為常見的CAM和CAD，在零部件的構造、配置圖形的繪制以及機械器件的設計完善等方面都可以引入此項技術加以解決。在設計工作結束后，還可以利用相關的數(shù)控編程系統(tǒng)設計相關工具進行生產(chǎn)，在“設計-加工-生產(chǎn)”的流水線過程中，其中的加工配置、物流裝運、設計包裝等環(huán)節(jié)都是在高度智能自動化控制技術的幫助下完成的。另外，除了在電子設備的制造設計中有所應用以外，智能化機械設備電氣自動化技術在計算機輔助工藝中也有很大的造詣，輔助工藝的機械制造期間的核心部分，作為信息化制造的輔助橋梁，主要涵蓋的內(nèi)容包括產(chǎn)品的改良、生產(chǎn)制造互相協(xié)調(diào)等等，在此技術支持下不但可以完善各項工藝的設計，還可以有效提升機械制造系統(tǒng)的工作質(zhì)量和效率。

4 智能化機械設備電氣自動化技術的未來發(fā)展趨勢

機器學習是人工智能的重要組成部分，也是深化提升智能化機械設備電氣自動化技術的主要途徑。推動此項技術的發(fā)展可以在機械設備電氣自動化系統(tǒng)中組建出科學合理的知識框架，并通過統(tǒng)計學知識和概率論述完成機器的自主學習。如此看來，智能化設備電氣自動化技術在應用于實際的操作和控制工作期間，可以就工作人員的喜好和操作形式入手，實現(xiàn)完善的操作方案規(guī)劃，在一定程度上提升我國工業(yè)機械操作的質(zhì)量和效率。所以，深入探究機器學習是我國智能化機械設備電氣自動化技術應用的未來發(fā)展趨勢[3]。

除此之外，根據(jù)全世界機械設備電氣自動化的探析結果來看，此項技術在長期的探索分析后，已經(jīng)逐漸趨向于完善和成熟。我國智能化機械設備電氣自動化技術應用起步較晚，其水平與國外的機械強國相比仍然存在很大的差距。所以在未來的發(fā)展進程當中，相關部門和科研機構需要不斷探索機電一體化的發(fā)展渠道，在此過程中要做好傳感器、動力源和其他機械單元的有效組合與協(xié)調(diào)運作，進而實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的收益成果。