基于机电控制系统的自动控制一体化设计
河南工业贸易职业学院 河南省郑州市 450000
摘 要：当前，我国经济建设步伐不断加快，科技水平不断提升，行业在市场竞争中想要立于不败之地，就必须提升生产效率和生产质量。随着无线通信技术、计算机技术的不断发展，越来越多的学者将这两种技术引入到机电控制系统自动控制一体化的研究当中。目前，随着我国经济体量的迅猛增长使得工业、农业生产任务繁重，自动控制技术已经成为我国经济发展不可或缺的一部分。机电一体化、自动化技术是将传统的工业、农业所采用的生产制造方法，使用先进的机械技术、电子电工技术、传感器技术等加以改进，从而实现将电子器件的信息处理能力和控制能力融入到机械装置中。近年来，多软件协同仿真被逐渐应用在机电控制系统一体化、自动化设计当中，利用不同领域的仿真软件之间的互连接口，可实现机电控制系统所涉及的多个领域的统一建模和仿真。
关键词：机电控制系统；自动控制；一体化设计
引言
对于机电一体化技术来讲，主要就是机械、电子技术相互整合发展的产物，近年来在我国计算机技术快速发展、广泛应用的过程中，机电一体化技术已经开始迅速的进步，成为集计算机技术、信息技术、自动化控制与传感检测技术、伺服传动与机械技术等各种先进技术为一体的良好技术形式，属于目前机械领域中常用并且应用效果较为良好的技术，综合性很强，除了能够针对于传统技术有效的改进，还能与时代的步伐相贴近，具有良好的推广应用价值。
1机电一体化系统的概述及特点
机电一体化是一项涉及知识层面比较广泛的科学技术，其产生的原理主要是机械类与电子技术的有效结合，其中包含了电子工程、信息技术等方面的技术应用。在很多生产车间，或者生产企业，在产品的生产过程中，存在一些高危险系数和高工作强度的工作，导致工人无法完成或完成起来困难极大，那么机电一体化在生产中的有效运用，就能很好的避免这些情况的发生。机电一体化的运用不仅可以在生产过程中为企业节约大量的人力、物力资源，还能更多的避免生产过程中对工作人员造成的安全隐患。
与此同时，机电一体化的应用，较于传统的只采用机械技术进行工作，不仅提高了生产的安全性，完成了传统技术很难完成的高危工作，也极大的提高了生产效率，为企业节约了时间和成本，使生产企业在同行业中更具竞争力，对企业今后的发展起到了积极的推动作用。
2基于机电控制系统的自动控制一体化设计
2.1 数控领域中智能控制技术的应用
随着智能控制技术在数控系统的应用，极大的提高了数控机床的安全性，有效的延长了数控机床的使用年限。在将智能控制技术运用到数控机床系统中时，智能控制技术可以通过智能系统对相关信息进行整合，对生产数据进行有效的分析，存储，整个过程不需要工作人员操纵，同时，在智能系统的控制下，生产中的机械设备也可以进行自主控制、检查、故障排除等。由于数控行业中在技术上还存在一些问题，有些问题依靠传统的技术是很难达到生产的合格标准的，而智能控制技术的融入就很好的解决了这些生产中难度较大的问题。在进行数控操作过程中，经常会出现一些信息表述不清晰的控制任务，这就需要应用到我们只能控制技术中的含糊控制理论来完成。该技术在数控系统中的有效应用，不仅实现了对加工技术的优化整合，而且可以使数控机床在运行过程中就可以做到对自身系统的检修和故障排除，有效提升了数控机床工作的精准性和安全性。只能控制技术不仅可以对自身系统进行故障诊断，还可以协同数控系统进行查补运算和问题诊断。查补运算可以说是数控系统中最重要的，它可以在机床的整个生产过程的任何一个环节通过系统传递的不同信号进行查补，极大的加快了数据的处理速度。
2.2 舵机自动控制一体化器件选型
本文选用西门子 S7?200SMART 系列的 ST40 作为舵机自动控制系统的 CPU。该型号 CPU 具有点数丰富的 I/O 接口，可满足舵机舵偏角不同控制过程的需求。同时具有较快的指令执行、响应速度，可降低控制指令传输所引起的延时所带来的影响。由于舵机具有 4 个舵回路，即具有 4 组无刷电机、减速器、控制器和反馈器，因此舵机自动控制系统一共需要 40 个数据传输端口。识别舵面偏转角度的电位器采用霍尔位置传感器，在舵机自动控制系统中将三个霍尔位置传感器以 120°间隔环形放置。当电机转动时，永磁转子的磁极位置快速变换，霍尔位置传感器会输出电角度相差 120°的方波信号。通过对方波状态编码来识别电机运行状态。
2.3 传感器技术在机电一体化系统中的应用
传感器在机电一体化系统中承担提升转换系统性能、提升机电一体化系统工作精度、保证信号传输准确率等重要的任务，所以传感器在机电一体化系统中有着十分重要的意义。在传感器被广泛应用的情况下，工作人员也能做到时刻对系统状态有保持充分的了解，保证相关技术人员可以对机电设备工作状态做出调整，提升对设备的利用率和保证系统的使用寿命，具有较大的经济价值和保障作用。所以，传感器是机电一体化系统的神经，可以让机电一体化系统获得信息，保证工作的准确性和效率，对于提升机电一体化设备的技术水平有着决定性的作用。
2.3.1 机械加工领域传感器的应用
机电一体化系统的重要应用方向就是机械加工领域，普遍使用了传感器。因为机械的加工零件会不断位移、偏转，传感器将会对这些数据进行测量，获得真实的物理数据，以保证零件的切割精度。同时，使用传感器对零件的加工过程可以作出更主动的控制，能主动改变参数来确保机械加工的准确性和有效性。很多传感器会将切割元件过程中的数值转化成电信号发送到中心计算机，技术人员就可以对机械加工设备进行遥控，以保证机械加工工作的效率和质量。而且，通过使用传感器让系统的运行效率有了明显的提升，全面提升了机械加工工作的效益。
2.3.2 工业机器人
在技术进步的背景下，大量的工业机器人都被应用到工业生产当中。工业机器人可以有效地代替一部分人工的操作，并且克服生产过程中的恶劣环境，从而降低工业生产的成本，从而有效提升工业的加工效率和质量。同时，工业机器人能够解决工人在工作过程中存在的疲劳问题，减少因为人为因素所导致的误差率和失误率，保证工业生产的质量和效率。而为了实现工业机器人的这些功能，就需要利用传感器让工业机器人能对周围的情况、零部件的加工状态做出感知，自动地对零部件加工的位置、加工工艺做出微调，保证机器人工作的效率和有效性。所以，传感器就是机器人的感官系统，可以有效识别周边的情况，机器人会利用传感器的数据进行自主调整，技术人员也能在工业生产的过程中监控机器人的状态，并且结合实际工作需要做好调整。
2.4PLC 机电一体化技术在数控机床中的应用
2.4.1PLC 机电一体化技术在机械设计中的应用
在 PLC 机电一体化技术的辅助下，数控机床的机械设计环节无论是功能、质量还是加工精度等方面都有所提升，可以说 PLC机电一体化技术的融入，从某种程度上来说改变了原有数控机床的运行模式。原本的数控机床都是在开放的模式下运转，一方面，在开放环境中，加工过程中很容易造成切削金属屑的飞溅，对操作工人的人身安全埋下隐患；另一方面，开放环境中，给工作人员对数控操作提供了可能性，而这种人工干预很容易产生误操作的可能。而在 PLC 机电一体化技术的融入下，实现了数控机床的半封闭甚至是全封闭机械设计，在这样的加工环境下进行的机械加工，不仅保障了操作人员的人身安全，更提高了机械加工的准确率。此外，在 PLC 机电一体化技术的辅助下，机械构建能够实现对切削的金属屑的回收功能，降低了金属屑对后续加工造成的影响。另外，PLC 机电一体化技术还改善了数控机床的传统模式，由原本的统一控制主传动和进给传动，逐渐过渡到分别、独立控制，极大提升了数控机床的抗干扰能力、运行稳定性和效率。
2.4.2PLC 机电一体化技术在驱动技术的中的应用
数控机床中配置的执行元件和驱动装置是为了确保各项指令能够被准确的接收并顺利的完成。数控机床的机械设计中，将数控装置与执行元件相连，当数控装置发送指令时，执行元件能够在第一时间接收到指令，并且在驱动装置的控制下进行规范性的操作，从而使整个加工过程按照预定进行。PLC 机电一体化的在数控机床运行中的作用能够让控制过程的精度和效率得到进一步的提升，同时最大化的降低控制过程的复杂度，降低人工操作引起无误差的可能性.
结语
智能控制技术在我们日常生产和生活中的广泛应用，对我们的社会发展和行业的升级都起到了巨大的推动作用，解决了我们在工作和生产中遇到的各种困难，有效地提升了工作效率，同时也推动了我国经济的发展，在不久的将来，智能控制技术的不断升级，将会运用到我们生活中的各行各业，为加快我国经济的快速发展做出巨大贡献。
参考文献
[1]夏超，李鑫，程越.机电控制无级变速器控制单元硬件在环测试系统[J].重庆理工大学学报（自然科学），2016，30（9）：
18?25.
[2]顾龙慧.LoRa无线隧道机电设备自动测试系统研究[D].长沙：湖南大学，2019.
