浅析机电自动控制技术的应用

程波

【摘要】随着电子计算机的发展和软件开发，自动控制技术的应用已经扩展到经济生产、航空、航海和智能机器人领域中。而自动控制系统中，控制装置对被控制对象如何进行控制调节，以便完成任务取决于工作时的反馈信息，即反馈控制系统。通过这些反馈信息来调整输入量和输出量的偏差，使被控制的对象在有效范围内进行，从而完成任务。本文研讨了机电自动控制中电动机控制技术要点，进行了以门为例的机电自动控制技术的应用分析。

【关键词】机电自动控制技术应用

中图分类号：TU85文献标识码：A 文章编号：

现代科技领域中，自动控制是指在没有人直接参与的情况下，使用控制装置，使机器、设备或生产过程自动地按照预先设计好的方式运行，通过整套的系统把控制器与控制对象等部件组合在一起，来完成一定的任务。随着电子计算机的发展和软件开发，自动控制技术的应用已经扩展到经济生产、航空、航海和智能机器人领域中。而自动控制系统中，控制装置对被控制对象如何进行控制调节，以便完成任务取决于工作时的反馈信息，即反馈控制系统。通过这些反馈信息来调整输入量和输出量的偏差，使被控制的对象在有效范围内进行，从而完成任务。反馈控制系统又是由测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件等按不同的职能组成的。其中测量元件就是被控制的对象；给定元件是给出与期望的被控量相对应的输入量；比较元件是实际被测出的量与给定元件输入量作比较，得出的偏差值；执行元件是直接推动被控对象，使其发生变化；校正元件就是补偿元件，用于调整的元件。自动化控制系统按控制方式可分为反馈控制方式、开环控制方式和复合控制方式；按元件类型分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气压系统等。如何通过自动控制系统精确保持被控制量与期望量相等，不受环境和元件性能误差的影响，就要从稳定性、快速性和准确性等方面来衡量整个系统的总体精度，使其技术运用到实际应用中去。

一、机电自动控制中电动机控制技术要点

直流传动和交流传动控制系统合成机电传动控制系统。直流电动机由定子、转子、电刷、端盖、通风冷却系统等部件组成。直流电动机工作原理是建立在电磁力定律的基础上的，使N 极线圈中有效电流始终保持一个方向，S 极线圈的电流也保持一个方向，根据左手定律使线圈上两个有效边上所受到的电磁力方向始终一致，而使电枢转动。直流电动机的机械特性，运用较多的是他励式的调速系统。在实际的生产中，要根据工艺要求和所用的机械特征来选取不同特性的电动机，如在生产中使用的一般切削机床、造纸装订机等使用硬特性的电动机，而对于电动车、重型吊车等则使用软性的电动机。虽然电动机有固定的机械特性，但是为了满足更高的安全性和稳定性的要求，人们可以改变电动机的电枢电压、励磁电流或外加阻抗，来改变它原有的机械特性以达到要求。

调速装置是电动机实现自动控制的关键，调速就是指用人为的方法来改变整个装置的电气参数，在输出负载转矩不变的情况下，得到所要求的不同转速。调速的方法很多，有改变磁通调速、改变电枢电压调速、外加串联电阻调速等。自动控制电动机转动的系统，就是电气电力控制电动机带动生产机械运动的系统。交流电动机的传动与控制系统则采用交流电动机作为传动动力源，一般有同步和异步电动机2 种，而交流调速系统主要是针对异步电动机的，与直流电动机相比，它具有调速性能优良、节约能源、减少维护成本等优点，交流异步电动机还具有变频调速功能，具备了宽调速范围、高稳定性精度、快速动态响应、高工作效率等特点。因此，交、直流电动机在日常生产中运用广泛，从大型的建筑吊机，到公共场合的电梯和传动带、电瓶车，小型的有DVD 碟机、照相机等家用电器，还有在我们单位使用的污水处理泵、潜水泵、消防控制系统及中央空调控制等设备，都无一不是触及这一领域的技术，由此可见其重要性和应用的普及性。

为了使电动机按要求的转速工作，以达到完成任务的目标，一般在生产中采用带负反馈的闭环控制系统来控制。就是把系统的输出量通过检测装置，反馈回系统的输入端进行比较，得到的偏差量通过系统的调节装置产生控制信号，对偏差进行纠正，来改善输出量直至符合要求，所以提高系统的控制精确度是关键的技术。各个环节，元件的参数选用非常重要，当然除了理论上的精确计算外，还要经过不断地反复试验的检验，才能得到比较好的使用效果，从而提高生产效率和工作的安全性和稳定性。如我们单位使用的消防系统，如何在发生火灾时及时报警并自动喷淋，启动排烟装置进行排烟，自动打开体育馆主场顶层装置（即天窗）进行换气，这种一环扣一环的应急处理步骤不能有分毫之差，否则就会酿成重大事故，所以对系统的精确控制要求很高。

因此在设计选用时，要确定机电自动控制系统的使用方案，根据不同的要求、不同的场合选用合适的控制系统方案。另外，还要考虑到设备的机械结构对电气性能的影响问题，如机械设备之间的摩擦、间隙、弹性变形等对电气控制系统性能的影响，要把因此而产生的误差考虑进去，使机电控制更加稳定。

二、机电自动控制技术的应用——以门为例

现代大门大多数是导轨型伸缩门，用1 台电动机控制开启，开门的速度很慢，这就会在上下班时，因为拥挤而发生问题。另外在环境危机时也会有种种问题发生。为了彻底解决这一缺点，我们可以利用电气自动控制系统对此进行技术改造。采用交流变频技术，用PLC 改造老式继电器——接触式大门的电路接线。其具有以下特点。

1、安全性能强

要想使改造后的PLC 系统在环境恶劣时进行可靠的工作， 并且系统的控制设备也具有较强的抗干扰能力。需要加强PLC 系统的平均无故障间隔时间（通常所指的MTBF）。与PLC 老式继电器相比较，改造后的系统，在采用PLC 控制后，对于大量的开关动作，我们可以采用较先进的电子线路来完成这些开关动作。也就是说，我们采用了软件程序代替了老式继电器的复杂连线，既方便灵活，安全性也大大提高了。

2、控制较简单，通用性能强

PLC 系统本就是一种存储程序控制器，输入设备系统和输出设备系统与继电接触器控制系统相似， 但其可以连接在PLC 的I/O 端上。例如，对开关动作量的输入，可以将无源触点开关连接到PLC 系统的输入端，PLC 系统的输出是具有很强驱动能力的， 它可直接驱动接触器等执行元件命令。当同一台PLC 用在不同的控制系统对象时，也只是输入设备系统与输出设备系统的不同， 应用的软件不相同， 由于PLC 系统是采用软件编程来实现控制功能的， 对同一个控制对象来讲，当要求改变控制系统的时候，我们不必更改PLC 的硬件设备，只要改变编程软件的程序，因此说PLC 具有很好的通用性能。

3、编程等简便

目前在编程这个领域中， 大多数的PLC 均采用与实际电路接线图非常相近的梯形图编程（Ladder Programming），这种编程语言形象直观，易于掌握。而且PLC 具有故障检测、自我诊断等功能，能及时报警显示，使操作人员能迅速作出判断，排除故障；具有较强的在线编程能力，维修十分方便。

4、性价比较高

PLC 系统采用的是半导体集成电路技术，具有外形尺寸小、重量轻等特点，同时功耗也很低，它的空载功耗大约为1.2 W。由于PLC 的结构紧密，抗干扰能力很强，很方便地将其装在机械设备内部。

参考文献：

[1] 张广生. 机电控制技术应用问题研究[J]. 科技致富向导, 2011,(09) .

[2] 王荣华,张燕斌. PLC技术在矿山机电控制中应用研究[J]. 现代商贸工业, 2011,(06) .

[3] 冯细香. 机电一体化技术[J]. 职业, 2011,(27) .

[4] 牟能冶,冯春,徐海晶,张怡. 机电控制系统的仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2007,(10) .

[5] 刘志强. 机电控制系统的控制方式分析[J]. 煤炭技术, 2009,(08) .

[6] 王清平. 机电控制系统的设计[J]. 煤炭技术, 2008,(07) .

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。