机电自动化控制系统的一体化设计

张弛

（大连海辉通信发展有限公司 辽宁大连 116023）

随着世界经济的不断发展，我国已经成为世界上最大的制造强国，每天都会有大量的产品从生产车间被制造出来，而这些工作也是由大量机械设备来完成的。随着机电自动化控制与一体化设计的发展，我国制造业逐渐摆脱了传统的生产模式，同时，也将可持续发展理念融入工业生产中，彻底改变了企业生产过程中存在的浪费、随意排放污染物的陋习，实现了绿色、健康生产［1］。本文通过对机电自动化控制和一体化设计的分析，并结合目前机械电子行业的发展情况，对这一新的生产体系给人们的生产生活带来的变化进行了讨论。

1 机电自动控制系统概念

机电一体化是伴随着计算机技术的飞速发展而产生，并被广泛地应用于各个行业。在现代科学技术中，机电控制是指由一个控制系统把一个控制器和一个被控物体相连，利用不同的控制装置，不需要人为地操作，就可以自动地使设备和机械按照预定的程序运行，从而完成预定的工作。机电自动化系统是一种高效、智能化、自动化的系统，因为它的工作几乎不需要人工干预。只需利用计算机、微电子等技术，对相关的数据进行分析、加工，从而使不同的生产设备同时执行不同的任务［2］。在工作生产过程中，机电设备要依据大量的资料来运行，其中涉及的技术也是多种多样，而自动控制技术则是将各种技术结合起来，形成一个整体的控制体系。利用远程监测技术，工作人员能在任何时候都能依靠计算机对生产过程实时监测，实时掌握各工序的生产状况，并尽可能地确保机电工作生产的精确度。该系统能有效地降低员工的劳动强度、减少人为错误，同时，也能降低员工在生产过程中的风险［3］。从机电行业的观点出发，采用机电一体化技术，实现一体化的生产流程，能够便于企业的管理和控制，提高企业的生产效率。

2 机电控制技术与一体化设计

车间工人们要设置好操作流程，并在任何时候都要保证设备的状态正常，其余的工作都由机械来完成。自动化与一体化是企业生产环节的灵魂，而机电一体化技术与一体化设计更需要精确度，因此，在集成系统的设计过程中，需要考虑到市场、产品性能等因素［4］。集成系统的设计完成后，需要对其应用的可行性进行检验，并对其本身的缺陷进行完善和完善，使之成为一个具有可行性的体系。在此过程中，自动化与一体化的有机结合，能使整个生产流程更加顺畅、准确。机电自动化控制系统是将机械生产设备和自动控制设备有机结合在一起，从而极大地推动了整个机械系统的集成，这对机电师而言是一项很大的挑战，其必须在两者之间寻找一个平衡，通过集成的方式将整个机电设备的性能进行优化。

3 我国控制系统的发展现状及发展趋势

目前，国内有关工业的自动控制系统主要有DCS、FCS和PLC，其中，PLC是最常见的。PLC是20世纪60年代开发的一种具有完成逻辑运算、定时、计数功能的自动控制设备。随着计算机和微电子技术的迅速发展，在单台设备、多台设备和工业生产的自动化都发挥了巨大的作用。

3.1 人机交互界面更加友好

PLC的研发人员一直在致力于提升软件的开发水平，很多公司都采用了与之相适应的动态软件组合，以改善整个系统的性能，并减少成本，从而使其成为一个具有人机友好度的控制系统。

3.2 网络通信能力加强

随着智能控制技术的不断发展，其安全性也在不断地提升。随着信息技术的飞速发展，用户对开放程度的要求越来越高，现场总线技术和以太网技术也将随之发展。

3.3 互操作性不断发展

以国家标准为基础的开放式设计，可与第三方软件、硬件技术相结合，使PLC的性能得到进一步提高，应用领域将更加广阔。在今后的发展中，PLC将永远占据工业自动化领域的主导地位，而新一代的PLC系统将会在保证其稳定性、通信性能、安全性等方面得到进一步的提高［5］。PLC的发展将更好地适应工业发展的需要，从而为自动控制系统的应用提供较为完备的解决方案。

4 机电自动化控制系统的一体化设计原则

4.1 稳定性原则

在进行机电一体化设计时，应遵循稳定原则。系统的稳定性是最重要的，不能因为外部因素而引起系统的变化，从而影响到产品的质量。

4.2 精确性原则

在机械和自动控制的一体化设计中，应坚持精准的原则。在保证系统的功能可用性的前提下，最大限度地降低错误率，设计得越精确，产品的精度也就越高。

4.3 快速响应原则

在进行机电一体化设计时，应遵循“快速反应”的原则。由于机电自动化运行体系的自身特点，一旦系统发生故障，就会对产品的性能造成很大的影响，所以容灾策略的反应速度将会对系统的性能产生很大的影响，所以，当系统发生故障时，必须要保证系统能够迅速进行响应，只有保证系统的正常运转，生产出高品质的产品。

5 机电自动化控制系统的一体化设计方向

5.1 接口标准化

目前，使用的机械设备都是由不同的厂家提供，这些设备的转换和接口并不统一，这对设备与设备之间的对接是很不利的。所以，对各种接口的标准进行模块化管理是十分必要的，这样各个厂家制造的各种机械设备都能在任意一种控制系统中使用，从而方便了供货商之间的沟通。

5.2 应用智能化

随着智能技术、心理学等计算机技术的飞速发展，使得机电控制和自动控制的结合变得更加精确，同时，也使得整个生产过程的工作效率得到了极大的提升。机电一体化和自动化控制系统的智能化是大势所趋。

5.3 市场拓展网络化

在信息技术快速发展的今天，各种信息都是通过互联网进行传递的，它的传播范围和传播速度都比以前快了许多。所以，不管是机电控制系统还是自动化控制系统，只要你的能力够强，系统足够的完善，就能够得到迅速推广，这样市场规模的扩大对于行业来说是有着极大的推动作用［6］。

6 自动控制技术一体化设计要点

对一体化设计的关键问题进行探讨，能有效地解决各种设计环节出现的问题，防止因不合理的设计而导致的系统故障，从而影响企业的生产效率。所以，对机电控制一体化设计的关键问题进行深入探讨是十分有必要的。

6.1 遵循核心理念

近年来，机电一体化设计越来越受到重视，而要把它搞好，就必须要有一个设计的核心思想。因此，要对机电产品的内在特性进行分析，探索其功能要求，加强对各种分析和设计成果的分析和研究，在坚持核心设计思想的前提下进行设计，从而保证机电产品的设计符合实际的要求［7］。

6.2 机电运行设计

在机电一体化设计中，实现机电系统的电气线路设计，主要是利用计算机和网络设备的互联，将网络设备与机电设备相连，利用网络设备来控制机电系统，从而优化现有的设备的操作流程，达到最佳的生产效果。因此，在机电设备的设计中，必须重视对机电系统的控制，使其达到最佳的设计目的，从而保证产品的质量不会受到影响，使其达到最大的经济效益，从而推动整个工业的发展。

6.3 功能模块设计

机电功能模块的设计主要是为了完善机电控制系统，并将其与机电一体化相结合，从而保证各个生产环节之间能够协调工作，从而达到综合生产的目标。因此，在设计时，要充分考虑到各个功能模块的整合路径，并通过一体化组织的方式来优化机械制造的流程，从而使机电自动控制一体化的多个功能优势得以发挥。

7 自动控制技术一体化设计方案

7.1 机械设备远程监控

通过远程监控装置，可以对机械的工作运行状况进行实时的调节，保证机器的工作状态处于最佳，从而提高设备的工作质量，保证工作人员的人身安全，从而消除传统的机器运转中的缺陷。机电一体化技术可以将生产过程中的各种信息通过显示屏和工作指示灯传送给控制中心，尤其是在设备发生故障的时候，可以根据设备的自主判断结果进行报警，同时，工作人员在收到故障信息后，能够及时组织维修人员进行维修，从而减少生产中的损失［8］。

7.2 创新材料与功能

要推动机电一体化的发展，就需要在设备的材质和功能上进行革新。首先，要尽量选择最适宜的材料，对机械的操作要求进行全面的分析，并最终做出综合结论，选择具有较高强度和较高韧性的材料。为了保证机电产品的质量，在产品的设计和制造过程中，必须要考虑到材料的寿命，采用轻型、耐磨、耐用的材料。其次，在进行系统功能创新时，必须要实现机电一体化的功能，才能满足广大用户的需要，还可以提高企业的市场竞争力，并不断优化机电一体化的功能，创造出更多的综合性系统。通过对市场和顾客的调研，设计师可以了解市场和顾客对产品的需求，对现有的产品进行分析和总结，从而达到对产品功能的革新，并对其进行动态监控，根据用户的反馈来优化产品的性能，从而不断开发出符合消费者需要的新产品。

7.3 提高机械精度

首先，采用智能操作装置，实现对机械设备的遥控，可以解决传统的机械设备制造精度低下的问题，提高企业的生产效率，保证产品的质量，提高机器的工作效率。其次，该方法还能提高生产工人的生产安全，防止生产安全事故危及人身安全。例如，在自动化的生产监控系统中，机械生产过程就会变得井然有序，能够最大限度地减少工作中发生错误，缩短工作时间，提高工作效率，并且可以精确地控制原材料的用量，保证物料的配比。因此，在设计过程中，要更加注重系统的精确度，尽可能对设备的性能进行优化，保证生产中各种产品的质量。

7.4 一体化设计

随着机电一体化技术的发展和完善，其生产的产品领域也随之扩展。但是，由于产品的种类和应用领域都有了很大的变化，因此，在进行机电一体化设计的时候，必须要不断地进行功能模块的创新和完善，从而达到更好的设计效果，保证产品的性能符合用户的要求，从而达到最好的设计效果［9］。机电一体化模块的设计，是解决产品性能不完善的重要途径，它可以提高制造商的核心竞争力，满足不同客户的需要，从而提高产品在市场上的竞争力。

7.5 系统化设计

在目前的情况下，机电一体化技术要朝着系统化的方向发展，开放式的设计可以使设计结构得到最优化，保证机电设备的功能更加完善，从而保证各个系统之间的协调工作，达到高质量的生产目标。系统化设计要遵循一定的原则，因为所有的产品和程序都是由系统设计来决定的，所以系统必须要按照既定的生产计划来进行生产，同时，还要对系统进行全面的管理，保证系统的正常运转。

7.6 计算机集成与制造

机电一体化技术和自动化控制技术的融合，使计算机集成和制造系统不再是一盘散沙，而是可以全面掌握全局的动态，这种整合可以使各生产环节的资源配置得到最优化，从而打破以往的单一部门间的制约，将产品的生产和运营的管理战略相结合，最大化发挥各生产环节潜能。

7.7 智能机器人

智能机器人也是一种集成了机电控制系统和自动化控制系统的技术，最初的机器人只能根据工作人员的命令进行一系列的操作，缺乏灵活性和多样性。而随着科技的发展，由于传感器的敏感度提高，机器人可以通过简单收集周围的环境和作业对象的数据，然后通过电脑进行分析和处理，从而进行下一步的操作。现在的机器人已经具备了一定的智能水平，能够进行复杂的运算，反馈大量的信息，并且能够根据不同的情况，进行灵活操作，这就是集成了机电控制和自动化控制的技术。

7.8 数控机床

将机电一体化技术应用于CNC 机床的效果是十分显著的，极大地提高了CNC的精度，为制造高品质、高品质的产品提供了极大的帮助。

8 结语

随着我国经济的快速发展，企业的日常生活中越来越多地采用了机电自动化和一体化设计。机电一体化的自动控制技术和一体化设计可以有效地提高企业的生产效率，节省大量的人力、物力，同时，也可以使产品的质量得到改善，推动了工业各方面的技术水平的持续提高，推动了自动化技术的蓬勃发展。本文总结与分析了机电控制技术的一体化设计中的技术要点，从最关键的因素和核心思想出发，探讨了整个系统的各个功能模块的设计，并制订出了各种优化方案，希望能够极大地提高机电产品的标准化水平，减少人工操作所产生的错误，达到生产自动化的目标，为企业创造更高的经济效益，这对促进企业生产模式的发展具有重要意义，是制造业发展进步不可缺少的技术。