机电控制系统自动控制技术与一体化设计研究

施金宏

[摘    要]机械行业在现阶段呈现出高效发展态势，并且受到社会经济发展的积极影响，对行业的发展水平提出了较高的要求，需要机械行业能够有意识、有目的提高自身生产效率。大众对于机械设备的应用提出了较为严格的要求，需要保障机械设备的优良质量，还应在符合大众需求的基础上，使机械设备朝着多元化的方向转型。机电制造企业需要对控制系统予以全方位的分析，借助自动化控制技术，实现机电一体化发展目标，使机电制造企业能够朝着规模化方向演变，为机械行业的发展带来积极作用。

[关键词]机电制造企业;控制系统;自动控制技术;一体化建设;设计目标

[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–00–04

Research on Automatic Control Technology and Integrated

Design of Electromechanical Control System

Shi Jin-hong

[Abstract]At This Stage，the Machinery Industry Presents an Efficient Development Trend，and is Positively Affected by the Social and Economic Background.It Puts Forward Higher Requirements for the Development Level of the Industry，Which Requires the Machinery Industry to Consciously and Purposefully Improve Its Production Efficiency.Volkswagen Has Put Forward Relatively Strict Requirements for the Application of Mechanical Equipment，Which Needs to Ensure the Excellent Quality of Mechanical Equipment，and Make the Transformation of Mechanical Equipment in the Direction of Diversification on the Basis of Meeting the Needs of the Public.Mechanical and Electrical Manufacturing Enterprises Need to Analyze the Control System in an All-round Way， and Realize the Development Goal of Mechanical and Electrical Integration with the Help of Automatic Control Technolog，So That Mechanical and Electrical Manufacturing Enterprises Can Transform Towards Large-scale Direction and Play a Positive Role in the Development of Machinery Industry.

[Keywords]electromechanical manufacturing enterprises;Control system; Automatic control technology;Integrated construction;design goal

1 机电控制系统自动控制技术一体化的设计原理与设计方法分析

1.1 设计原理

在打造机电控制系统的过程中，需要在信息处理技术和微电子技术的共同作用下，为技术人员提供充足的技术支持，使其可以使用远程操作的形式，促进一体化控制系统的稳定运行，并优化控制系统的综合应用效果（图1）。在使用自动化控制技术时，能够加大对控制器的控制力度，使控制器能够按照原有的既定程序，针对被控对象实施自动化的管理与监控。工作人员需要在融合机电控制系统和自动化控制技术的过程中，將一体化目标作为首要标准，促进自动检测系统的稳定运行，并加大对相关设备的控制力度，有助于提高这些设备的日常生产效率。

在设计机电控制系统的过程中，除了需要包含大量的控制器、核心器件之外，还应将检测器和执行器等基础设施包含在内。在机电控制系统运作的过程中，由系统的中心环节输入相应的信号，并借助控制器的转化作用，将输入的信号转化为控制信号的形式。此时，执行器需要及时接收控制信号，随即执行与之相对应的命令，通过对过程对象的自动控制，为信号的输出奠定基础。待检测器对输出的信号进行检测之后，能够立即生成反馈信号的形式，并将其传输至控制器内部，为下一次的操作提供助力支持。

图1 机电自动控制系统

1.2 分析常用的设计方法

1.2.1 组合法

在使用组合法过程中，需要明确机电控制系统自动控制技术与一体化设计的相关思路，从机电系统入手对电子机械予以全面整合，从而形成整体性的形式，确保各整体之间衔接紧密，并将其融入到机电一体化设计过程当中，使产品的质量得有效提升。基于优良的产品性能，形成新型的产品设计理念，在革新设计思路的基础上，避免对原始产品相关原理进行改变，并突破原始设计模式在运行环节所带来的局限性。

1.2.2 整体法

以设计数控机床为例。①需要结合数控机床的设计步骤予以全面分析，并采购与之相对应的设备，如伺服驱动装置、专用数据控制装置等等。同时，还需要配备与之相关联的机械设备，确保车床能够得到有效使用。②还需要对各个部分进行整合，确保同一台功能模块能够相互整合，并组成完整的机电一体化数控车床，使车床能够为各项功能的使用奠定基础。在使用上述方法时，可以为实践操作带来便利性支持，在机电一体化设计作业当中，当单一化的电子部分无法与整体性的机械结构相符合时，需要引导工作人员构建以整体化为主的数据思路，保障系统的各项功能能够达到预期的运行效果。

1.2.3 取代法

通过对取代法的设计思路加以分析，在设计机电一体化产品的过程中，要借助控制机构的形式，促进电子线路的稳定运行，并保证思路的完善性，使机械的运行过程得以改变，从而实现预期的使用效果。一方面，在使用微型计算机或者控制器时，需要保障控制器能够具備可编程的优势，加强机械控制机构与电子线路之间的融合力度，基于有机结合的形式，促进机械的稳定运行。另一方面，对于原始的机械机构来说，在新型理念的作用下，应使用电子线路的形式，并及时摒弃原始的步进开关、薄码盘和插销板等控制器。由于上述控制器类型属于接触式，所以可将其换用为凸轮与变速结构的形式，不仅能够优化产品的性能和质量，还可以保障机械结构的简易性，从而满足机电一体化设计的相关预想。

2 机电控制系统自动控制技术与一体化设计分析

2.1 系统硬件设计

2.1.1 A/D模数转换器

在机电控制系统自动控制技术与一体化设计作业的实施过程中，需要发挥出A/D模数转换器的功能优势，为其设置相应的接口，并将其与同单片机予以衔接，确保连接操作的便捷性与高效性，借助准确的接口操作，提高A/D模数转换器的运行水平。在12位的电容运行过程中，能够逐次逼近模数转换器，且此类转换器当中带有11个输入端，且串行控制端口与输入端的数量相同。在开展模数转换操作过程中，需要借助12位开关电容逐次逼近途径，从而完成相应的转换操作。地址输入端、输入输出时钟以及片选属于各个器件当中的关键组成部分，能够同时串联3台左右的输出端，并且以同外围串行口的形式，使主处理器能够与通信环节相连接，保证通信作业的顺利进行。

2.1.2 单片机控制芯片

在开展机电一体化产品设计作业的过程中，应确保功能设置具备多样化的特点，且总体存储量相对较大。在通常情况下，应将单片机作为主要控制芯片进行使用。在设置单片机控制芯片时，会涉及到数据存储器、串行口、中央处理单元、I/O口以及程度存储器，且上述基础设施具有重要作用，属于单片机中的关键组成部分。所以，在开展系统设计作业的过程中，应使用单片机内部总线连续处理的方式，采取有效措施减少资源用量，并且可以避免对硬件进行改变。在串行口的区域，为系统仿真操作的落实奠定了有力基础，并且可以保障单片机的稳定性和可靠性。

2.1.3 电路设计

对于传统形式的机电自动控制系统来说，在通常情况下需要借助IC元件形式，对传感器信号予以妥善处理。对于部分传感器所输出的信号，通常对于电流范围提出了明确的要求，应将其控制在4 ～20 mA。若使用的IC元件属于传统类型时，则只能完成电压信号处理、输出等作业任务。在开展机电控制系统自动控制技术与一体化设计作业时，应坚持科学化的原则，促进电流和电压转换电路设计作业的有序进行，及时筛选出电压调节装置，保障装置的适宜性。同时，还应使用电阻操作的形式，使电流能够顺利转化，并向电压方向加以转化，从基准电压入手，及时取出其中的输出电压值。为此，在使用4 mA和20 mA电流的过程中，需要将其与0 V和5 V的输出电压一一对应。此时，可以得出电阻值为208.33 Ω。在设计机电自动控制系统的过程中，需要将固定电阻数值设置为200 Ω，并且应将固定电阻与微调电阻进行串联，此时微调电阻数值为10 Ω。在设计驱动电路时，需要将电压数值保持在12 V以上，并充分的发挥出开关阀驱动的功能与效用，加大对电源的控制力度。

2.1.4 接口设计

在设计系统的显示模块接口时，需要保障控制器筛选的合理性，通常是以字符型液晶控制器为主，应在使用此类控制器时，使其能够与驱动器进行结合，保障整合环节的有效性，顺利完成驱动集成电路控制工作目标。通过对系统显示模块内部的芯片加以分析，可以看出应在芯片的使用阶段，为字符发生器的储存奠定基础。在设计系统单片机时，还应对单片机与显示模块之间的联系加以分析，并确保两者之间接口设计作业的有效落实，借助8位数据总线形式，将PO作为数据的主要输出口，保障数据信息发送和接收环节的有效性。在机电一体化自动控制系统的运行阶段，可以使用以非编码为主的键盘形式，确保二通插装阀起闭延时量设置的合理性，采取有效措施控制压力反馈数值，坚持高效化的管控措施，确保控制器冲击频率控制作业的严格性。在机电自动控制系统的运行过程中，还需用使用单片机接口的形式，使其与非同编码键盘之间建立联系，在有效衔接的基础上，构建规格为4×4的接口电路，使用定时类的扫描手段，使系统能够在既定的时间之内，对键盘的自动扫描操作予以间隔处理。在通常情况下，单片机的定时器会存在中断的现象，且实际的中断时间大概为10ms。为此，需要对定时器的溢出中断请求予以分析，促进中央处理器的稳定运行，并及时对中断请求作出响应，确保响应环节的高效性，通过对键盘的全面扫描，使单片机能够与键盘相互配合，发挥出结束命令操作环节的实效性。

2.2 分析系统软件设计

2.2.1 调节软件

在设计系统的过程中，需要结合系统的运行情况，分析程序的实际运作时间，保障时间设置的合理性，在预设的同时使用键盘进行操作，确保按键操作环节的科学性，实现对时间工作组的充分调用。例如：可以应用非编码键盘的形式，将停止键、档位建和运行键包含在内，实现对按键的全面管控。工作人员在使用系统的过程中，应加大对产品的控制力度，确保停止键、运行键按下操作的及时性，使设备能够尽快进入到“停止”“运行”等状态当中。随着主程序的不断运行，使其能够及时完成系统初始化处理等操作，并保障此类处理模式的高效性，对存储单元进行清除处理，确保清除操作的全面性。此时，系统会采用显示形式，使执行人员能够明确系统的总体监控状态，并确定开放外部冲击或者中断子控制程序等操作任务。其中，在冲击子程序的过程中，可以采用开回的形式，在上述操作完成之后，应对工作时间组予以确定，保障时间组设置的合理性，并打开定时器实现锥阀的开回或者关闭等操作目标。

2.2.2 总体设计

在设计系统软件的过程中，由于此类软件当中包括了控制程序和人机交互等两方面的内容，需要对上述内容进行逐一设计。一方面，控制程序需要与主站进行衔接，并与多个传感器保持联通。对传感器当中的动态化数据进行全面采集，加大对动态数据的处理力度，为人机交互环节的数据查询作业提供便利性支持，并确保存储作业的有效实施。另一方面，需要根据工作阶段对所需用的数据信息加以整合，并采取自动化的系统调控形式，实现自动操作运行目标，为产品生产作业的开展提供适宜化的条件支持。在人机相互配合的过程中，使用户能够采取手动控制的形式，加大对执行单元的控制力度，并根据实际的生产需求，筛选出合适的原材料，并保障原材料用量和生产温度控制的有效性。

2.2.3 智能化工作软件

在设计机电自动化控制系统的过程中，应对开关阀启闭时间进行控制，以高速形式的开关阀为主，确保时间控制方式的合理性。同时，还应结合压力变送器对所输出的压力信号加以分析，明确信号的实际输出情况，将此类输出状况作为主要参考依据。随着机电自动控制系统的持续运行，应从模块软件的层面入手，设置有针对性的控制措施，确保系统中所执行的命令，能够将初始化系统驱动指定模块等内容包含在内，并促进处理对接口命令的同步落实。在系统A/D采样子程序的运行阶段，还应遵循规范化的运行原则，加大对A/D转换通道地址的控制力度，确保地址设置的合理性。结合通道的实际情况，设置与之相对应的采样通道，在片选环节顺利结束之后，需要设置AINO等通道。与此同时，还需要在开启A/D转换器的同时，采取自动化的开启形式，保障开启作业的及时性，促进延时处理操作的有序进行。

2.2.4 工作软件

在自动化控制系统运行的过程中，能够实现开关阀门等控制目标，需要借助压力传感器等基础设施，为信号的传输奠定基础，并且还需要借助初始化控制模块，促进处理驱动执行模块的同步运行。在A/D采样子系统的运行过程中，应采取有效措施为采样通道设置提供明确指导，坚持规范化的通道设置原则，通过对A/D转换通道的合理把控，保障地址设置的有效性。当进入到片选环节时，需要从AINO等通道入手，确保A/D转换器能够被顺利开通，从而确保延时等操作的顺利实施。待上述转换操作顺利结束之后，可以提取出关键信息，并将其转换为结果的形式输送到采样地址当中。若转换尚未结束，则需要继续进行延迟操作，确保能够到达转换操作的环节，从而才能够判定全部完成。

3 结束语

机电一体化控制系统当前在各行业中得到了广泛应用，由于此类控制系统的性能较为优良，所以受到了各个行业的高度关注。机电一体化和掌控程序在长时间的优化以及拓展过程中，逐渐朝着多元化的方向发展，并且配备了健全的配套系统，需要站在创新性和创造性的角度，对机电控制系统自动控制技术的发展予以综合考虑，并结合行业的转型需求，制定实用性的系统模式，为机电一体化设计提供新型思路。

参考文献

[1] 钱春燕.浅谈机电控制系统自动控制技术与一體化设

计[J].电子测试，2021（8）：3-4.

[2] 李敏.机电控制系统自动控制技术的一体化设计分析[J].电子技术与软件工程，2021（10）：2-3.

[3] 杜彬.基于机电控制系统的自动控制一体化设计[J].现代电子技术，2021（6）：4-5.