机电一体化集成装配装置电气控制系统的优化研究

何慧凡

摘 要：随着我国工业自动化、智能化与现代化发展进程的逐年推进，机械制造业的自动化水平已经跃升到一个新的高度，尤其是机电一体化集成装配装置在电气控制系统中的应用，不仅解决了生产效率低、投入成本高、产品质量差的问题，而且也实现了“中国制造”向“中国智造”的平稳过渡。因此，本文通过对西门子840D与FM-NC两套数控系统采取的优化与改进措施，围绕机电一体化集成装配装置的实际应用效果予以阐述。

关键词：机电一体化;集成装配;电气控制;优化措施

机电一体化集成装配装置主要承担着各种机械零部件的自动装配任务，一方面，该装置能够根据程序指令准确抓取工件，并结合生产工艺参数对产品的精度与质量进行校验与调整，但是，这种装置在取代人工操作的同时，其加工生产过程的安全可靠性则成为机械制造企业首先需要解决的问题。在这种情况之下，对装配装置的电气控制系统进行优化与改造则显得尤为重要。

1 机电一体化集成装配装置结构组成与工作原理

1.1 结构组成

在对机电一体化集成装配装置电气控制系统采取优化措施以前，该装置主要由机械本体、控制系统、工控机测量系统、力传感器系统、真空系统、气动系统以及工装等结构组成。其中，电气控制系统主要采用西门子840D与FM-NC数控系统，分别对数字轴与模拟轴进行有效控制，840D系统主要控制7个数字轴，控制要素包括运动状态、通讯传输与协调控制。而FM-NC系统由于两个模拟轴的运动状态进行监控[1]。

1.2 工作原理

无论采用哪一种集成装配系统，其工作原理大体相同，一方面，系统可以完成各种加工零部件的抓、放动作，即把一个零件准确放置在另一个零件的内部，使其组合成一个完整的结构部件。在这抓放工序当中，系统需要具备准确的定位功能、抓取功能、移动功能、放置功能以及信息反馈功能。其中，定位功能是识别工件的准确位置，抓取功能是确定工件位置后，将工件抓起，移动功能是将工件移动至另一个与之相匹配的工件位置，放置功能是将两个工件组合在一起，信息反馈功能则是将加工与安装过程中的错误信息直接反馈给终端操作平台，以便于操作人员及时做出应急处理，该集成装配装置执行动作的顺序。

2 机电一体化集成装配装置电气控制系统的优化措施

2.1 并联冗余设计

该装配装置的气动手爪主要完成工件的抓取工作，但是，在实际生产过程中，气动手爪的张开度与闭合度难以满足实际生产需求，以至于给整个生产进度造成严重影响。因此，通过对气动手爪与真空吸取工作原理的分析，设计人员对其采取了冗余设计。其设计思路是我对传输电路采取双模块输出控制，气动手爪的闭合信号采用混合并联的冗余设计，输出信号所控制的继电器则采用并联冗余设计，而对于继电器触点控制电路，则采取串并联相结合的冗余设计。这一种冗余设计模式使气动手爪的安全性能得以进一步增强。手爪在执行张开与闭合动作时，出现误动作的概率也明显下降。

2.2 抗干扰设计

与机电一体化装配装置相配套的设备包括强电设备与弱电设备，这些设备在运转过程中，将产生大量的电磁辐射，进而给工件的加工精度造成严重影响。为了提高电气控制系统的抗干扰能力，防止内部元器件出现失效现象，设计人员基于电气控制系统的内部结构，通过采取屏蔽技术、接地技术与滤波技术，来增强系统传输信号的稳定性。

2.2.1 屏蔽技术

在电气控制系统中，电源电缆的电压通常为380V与220V的常规电压，而其余产生高电压的电缆则可以通过设置屏蔽层的方法，使电缆本身产生的电磁辐射波无法向外界传播，这就从根源上切断了干扰信号的传输通道，同时，这种屏蔽设计也对信号传输电缆起到良好的保护作用，进而达到延长设备使用寿命的目的。

2.2.2 接地技术

电路在电气控制系统当中扮演着重要角色，但是，如果电路没有接地，电路本身便不会形成回路，这就增加了电气控制系统的运行风险。因此，针对该集成装配装置，设计人员设计了保护地线、工作地线与屏蔽接地。保护地线的作用是确保电气控制系统的机柜以及装置本体能够可靠接地。工作地线主主要采取并联接地方式，来抵御外界电磁波干扰，屏蔽接地则是将所有屏蔽电缆的屏蔽层与接地铜排予以连接，这就给系统的安全稳定运行设置了一道坚固的安全防护屏障[2]。

2.2.3 应用滤波技术

滤波技术主要是指在运行软件当中对采集到的各项数据信息进行电磁兼容消除干扰的处理技术，其中，滤波器是该技术的核心装置，主要由电感、电容、电阻以及铁氧体元器件组成。应用滤波技术可以有效的阻止一些非必要频率的传播，进而保障电气控制系统能够安全稳定运行。另外，由于供电电网产生的电磁噪声也会对控制系统造成影响，因此，设计人员在840D数控系统伺服驱动系统的电源前端也安装了滤波器，这就在电磁辐射波与电气控制系统间设置了一道防火墙，进而截断了电磁辐射波的传输通道。

2.3 热设计

在机械制造领域，制造电子元器件的材料大多数都会标识一个温度极限，在生产加工过程中，如果加工温度超过了这一极限，材料的物理性能就会发生改变，在这种情况下，生产出来的产品，其功能性就会受到严重影响，尤其在具体应用时，极易缩短设备的使用寿命。针对这种情况，设计人员遵循热设计原理，针对电气控制系统中的控制机柜采取了强制制冷与冷却的设计思路，通过加装冷却风扇与空气过滤器的方法，来强行降低控制机柜内部的运行温度，这种强制制冷措施，不仅保护了系统内部的元器件，而且产品出现质量缺陷的概率也大幅降低。

结束语：

通过对机电一体化集成装配装置电气控制系统的优化与改进，不僅提高了作业生产效率，同时，也给企业节省了大量的设备维修保养资金。因此，技术人员在实际工作当中，应当不断摸索、加强学习，并积极借鉴一些成功的技术经验与应用案例，在保障电气控制系统安全稳定运行的前提下，为社会各领域制造和生产更多的优质产品。

参考文献：

[1] 胡亮亮，易义宁，蓝学. 机电一体化集成装配装置电气控制系统的 优化研究[J]. 科技资讯，2019，17（6）：24-25.

[2] 严登梅. 机电一体化集成装配装置的电气系统优化改进[J]. 中国机械，2019（4）：20-21.