机电一体化技术及其应用

郭宝学　孙衡　张亮

摘 要：基于机械技术引入电子计算机技术，将两者合二为一则称作为机电一体化技术，该项技术在社会进步与经济发展的各个领域中均有广泛应用，成为目前的主要工作方式。本文则首先对机电一体化技术的特点进行全面剖析，并结合笔者实际情况，对机电一体化技术在工程机械中的应用展开研究。

关键词：机电一体化;工程机械;应用

0 引言

机电一体化作为机械技术与电子技术、计算机技术的融合产物，属于跨学科应用技术，并且在此基础上发展出了大量其他类型专业技术，比如自动化控制技术、传感检测技术等。在如今社会时代快速发展以及计算机技术、电子技术的不断升级背景下，机电一体化技术也得到全面革新且在各行各业中的应用日渐广泛，特别是在工程机械行业当中，作用表现愈发明显，具有广阔的发展前景。

1 机电一体化技术特点

（1）数字化。在机电一体化技术的高速发展中，大量微型控制器得以出现且为机电产品数字化奠定了牢固基础，包括当前仍然不断更新换代的数控机床与机器人等，这些均为机电产品数字化功能的产物。而在机电产业朝着数字化方向发展的过程中，计算机网络技术的崛起与广泛应用，也为机电产品数字化设计带来了强大的技术支持，也解决了许多技术层面的发展障碍，比如当前应用范围极为广泛的虚拟化设计、计算机集成制造等方面[1]。

（2）智能化。机电一体化技术的智能化特点，意味着机电产品本身需要有一定的智能，换而言之则是要有类似于人的思考逻辑、判断推理以及自主解决问题的能力。比如，在CNC数控机床上增设人机对话功能，同时提供智能I/O接口与智能工艺数据库，无论是生产操作使用还是后期的维护管理，均能大大提高工作效率[2]。再加上如今模糊控制、神经网络、小波理论等一系列人工智能技术的发展与研究不断深入，也进一步推动了机电一体化技术的发展。

（3）模块化。正因为机电一体化产品有着大量种类，并且生产厂家数量众多，各自研发的机械接口、动力接口、环境接口均有所不同，所以要对统一化标准接口的机电一体化技术产品单元模块进行开发，存在一定的难度。比如，研发集成减速、变频调速电机于一体的动力驱动单元模块;集成视觉、图像处理、图像识别、测距等功能于一体的控制单元模块等等。如此一来，在这些标准单元模块的利用下，会有大量机电一体化产品得到开发设计，也促使机电一体化技术的全面发展。

2 机电一体化技术在履带起重机中的应用

主要分两个部分：

（1）力矩限制器部分。力矩限制器指的是该系统对起重力矩的控制系统，它由角度传感器、拉力传感器、主机和显示屏组成，角度传感器的作用是采集角度信号值，并将其传到主机系统中，经过计算得到需要的角度值数值及根据角度值和臂长折算的半径值，显示在显示屏上。

拉力传感器的作用是采集变幅钢丝绳上的拉力信号值并传输到主机中，经过计算得到产生该拉力的重物的重量值，并显示在显示屏上。

以上所说仅是显示，并不是力矩，力矩指的是根据吊车吨位大小所处工况时所能吊载的载荷，通常以KN/M表示。

主机的作用，除上述的显示角度、半径和重量外，还要合理控制吊车的载荷，就是所谓的力矩限制，在当前工况下可以起吊的最大起重量就是载荷，吊载起重量在额定载荷的90%以下时，绿灯亮。达到额定载荷90%以上时，黄灯亮。达到额定载荷100%时，红色警报灯间歇亮，达到额定载荷105%时，红色警报灯常亮同时发出声光报警并及时切断吊钩向上以及吊臂向下的动作以避免超载事故的发生。这就是力矩限制。

（2）CAN BAS系统。全称为“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。

can线的终端用两个120欧姆的电阻并联，在数据传输线上连接着多个信号接收发送单元，如柴油机的ECU，限制器的控制器主机，电控手柄，电控脚踏板，监控系统和中央处理器4片控制器，在这个组成的局域网中4片控制器占着主导地位，收集各个控制单元的信息和反馈，有的是从can线发送来的，有的是从传感器反馈回来的电流信号，在根据预设在PLC内部的指令程序，给泵、阀、马达发出可变的电流输出，和发送到显示器供操作员进行监控，在can局域网中，每个can终端出现问题时，发出的错误指令被中央处理器识别，并以错误代码的形式反映到显示器上，让维修检查人员更容易的分析判断，在这个网络中各个处理单元各负其责，根据优先级别发送接收指令至各个终端IP地址，打包好数据通过can线传输到中央控制器，其接到打包好信息后根据IP地址分析判断，并把处理结果打包数据，在发送到需要发送的IP地址上，出现信息拥堵情况，高级别的打包数据优先发送和接受，以防止数据传输通道堵塞。以保证这个局域网络稳定工作。

另外各个传感器发来的信号或以电流，电压，或可变电阻形式直接通过PLC的输入引脚传送给PLC，其根据传送来的电压电流电阻信号处理，给执行原件发出指令。例如我们起重机的钩限位开关，在吊钩接触到限位开关的重锤时，机械锁使限位开关的接点从闭点变成开点，这样限位开关的两根线一条是电源高电平线，一侧是返回到继电器的线圈控制线，这个继电器的动作使其触点信号反馈到中央控制器，当限位开关断开的瞬间，继电器失电，反馈给控制器的接点信号线失电，中央控制器得到这个指令后，通过预设程序的分析處理，反映到在给提升指令动作时控制主泵阀停止，主阀的提升电磁阀失电，手柄发送来的提升指令被停止，并且通过输出一路高电平控制钩限位报警灯提示操作员，在这一系列的反应中，中央控制器起到分析处理领导核心作用，也是can网络的实例应用[3]。

3 结束语

总而言之，机电一体化技术的诞生与发展并非独立存在的，其属于多门类科学技术的发展融合产物，更是社会生产力发展的集中表现。在履带起重机中机电一体化技术的应用，不仅能够优化机械性能与提高运转效率，更是安全的保证。当然，机电一体化技术涉及的技术众多，在科技水平不断提升的大环境下，技术融合趋势也愈发显著，因此机电一体化技术的发展前景也十分广阔。

参考文献：

[1]李捷.机电一体化技术在工程机械中的应用探讨[J].中国设备工程，2020（09）：179-180.

[2]张鹏翼.工程机械中机电一体化的运用[J].农机使用与维修，2020（04）：38.

[3]刘伟杰，马峰，刘相蕊.机电一体化技术及其应用研究[J].科技与创新，2017（18）：156-157.