过程控制系统在机电一体化应用探究

文/张友



过程控制系统在机电一体化应用探究

文/张友

湖南湘钢鑫通炉料有限公司

现代生产系统被革新，越来越多的智能化装置以及设备被用于现代生产活动之中，技术人员将电子技术与机械制造技术结合起来，开发出了机电一体化这种现代科技，使机械设备更具智能化应用特点。机电一体化技术属于具有综合性特点的现代科技，技术人员需要在应用具有机电一体化特点的机械设备时，引入过程控制系统，实现对设备的自动管控。本文对过程控制系统的具体应用进行研究。

过程控制系统；机电一体化；应用；现代设备

引言

从改革开放以来，我国经济的发展水平不断提高，当然这也在一定程度上加大了每个行业的竞争力。在如此复杂的市场经济环境中，只有将自身缺点进行优化、不断地完善自己，才能在如此激烈的竞争中占据一席之地。机电一体化系统对一个工业大国来说尤其重要，作为我国运用范围最广的系统，不仅要提高可靠性，还要提高其高效性。只有发现到系统中的不足，不断改进，解决问题，才能确保机电一体化在我国的重要地位不动摇。

1 机电一体化的现状

国际上机电一体化可以分为三个阶段，分别是20世纪60年代以前人们刚开始使用机电一体化这项技术的初级阶段、20世纪60年代到21世纪初期人们不断开始研究的研发阶段、21世纪后期世界各国对机电一体化有了极大关注并不断发展的阶段。目前，美国与日本作为先进技术大国，在机电一体化技术发展方面处于世界领先技术，两国均将计算机芯片制造技术、柔性制造技术、人工智能机器人等列为创新高水平研究技术，这个举措在一定程度上促进了世界对机电一体化技术的了解与研发。随着越来越多的国家加入到机电一体化研究的行列之中，光学、通信技术等都与机电一体化相互融合，并且对机电一体化系统的建模设计、分析及方法都进入了深入研究。机电一体化在世界范围内得到了迅猛的发展，使得其从单机向整个制造业的集成化过渡，产品遍布各个领域，也促使一些新技术的出现，为世界科学技术水平的提高有促进作用。

我国从20世纪80年代开始，我国便加入到世界科技发展的潮流中去，国务院随即便将机电一体化列入“863计划”。我国根据先进技术水平国家的研究成果及我国的实际科学技术水平制定出符合自己国家机电一体化发展的研究领域及方法。我国为了更好的研究此项技术，将这一研究转成专业供许多高等院校、研究机构、甚至一些大中型企业进行研究。虽然我国的机电一体化技术目前还落后于美国、日本等一些科技先进的国家，但是我国加大了对机电一体化的研究力度及经济扶持，为我国的机电一体化技术创造很好的研究环境，终有一日我国能够达到世界发达水平，并且赶超先进国家的技术水平。

2 过程控制系统基本情况分析

2.1系统内部构造分析

过程控制系统主要包括被控过程（或对象）、用于生产过程参数检测的检测与变送仪表、控制器、执行机构、报警、保护和连锁等其他部件。其中，重点在于传感器。0级包括现场设备，例如流量和温度传感器以及最终控制元件，例如控制阀。1级包括工业化输入/输出（I/O）模块及其相关的分布式电子处理器。2级包括监控计算机，其将来自系统上处理器节点的信息整理并提供操作员控制屏幕。3级是生产控制水平，不直接控制过程，而是关注监控目标。4级是生产调度水平。

2.2系统使用方式分析

过程控制系统的使用方式比较灵活，既可以通过开环的方式对其加以应用，同时也可以将其用于反馈工作中。在对被控对象进行控制的时候，既可以对离散生产事件进行管控，同时也可以对连续性的事件进行管控，一些需要自动运行的装置上的定时器正是依靠这种过程控制系统被控制的，另外在对建筑电梯加以控制的时候，也可以选用这种系统。当温度传感装置所在的环境的温度比标准设定值低的时候，就可以将热源打开，当温度达到标准值的时候，可以自动地将热源关闭，这种自动控制系统并不会出现过多的测量偏差，可靠程度极高，系统中的逻辑控制器可以对装置需要的数字信息有效读取，并通过模拟输入的方式将信息录入到系统之中，借助逻辑语句就可以将数字输出。以自动控制的闸门为例，如果闸门内部的水位与水箱的位置保持一致，系统就会给出标准的逻辑指令。

3 具体应用情况分析

本文以数控设备与几种常见的传感设备为例，对过程控制系统的具体应用效果进行研究。

3.1数控设备

现代数控技术水平提升速度快，现代生产工作中使用的数控机床与过去应用的数控机床不同，其不仅仅可以实现自动操控，同时机床的结构也获得优化，现代的数控机床有以下几种结构特点，包括紧凑型、模块化以及总线式，生产厂家可以以生产需要为准来选择出合适的数控机床。在设计数控机床时，技术人员会开展开放式的设计工作，将功能模块与硬件系统进行结合式设计，将用户原有的使用效益提升。数控机床不仅可以实现常规的数控控制需要，同时还可以实现模糊控制以及诊断故障等具有智能型特点的功能。模块化的设计可以使数控需求更容易被满足，过程控制系统使控制功能更为丰富，既可以操纵一台机床完成多种任务，还可以同时控制多台机床。多级网络设定可以使机床自动完成更具复杂度的生产任务。

3.2温度传感器

这种常见的温度传感器可以将温度数据的变动转变为其他的数据，通过电压或者表盘的机械式运动来显示温度的变化，温度传感器的绝缘功能极为重要，因此技术人员可以使用玻璃纤维以及塑料来对传感器进行绝缘处理，主要是当温度变动时，会使液体出现蒸发或者膨胀的情况，传感器的加压情况也会直接在压力表之中显示。当多个刚性的金属构件被连接到一个位置之后，通过加热会使金属构件被弯曲，其膨胀概率之间也存在差异。因此被安置在生产线之中的温度传感器的条带部分会被转化为细线圈的形态，可以将一端固定在表盘中，对指针进行移动或者转动，另外还需要将其另一段在底部加以固定。

3.3压力传感器

当燃料通过传感器时，可以机械地触发压力传感器。在其基本形式中，压力传感器显示连接到传感器的拨盘上的读数，但也可以将读数电子传输到MES应用程序。活塞压力传感器，来自生产线上的燃料的压力可以推动压缩弹簧的活塞。弹簧的运动可以指示压力。隔膜受到少量压力的影响，并在表盘上显示。Bourdon管当施加压力时被拉直。它可用于测量压力差。流量计是用于测量液体或气体的线性、非线性、质量或体积流量的仪器。当选择生产线的流量计时，需要了解有关流体的信息，运动速度以及如何记录流量。

3.4其他类型的传感器

流量计可以对生产之中的流量变化有效测定，当转子运动活动变得更为频繁之后，其流动速度也会加快。液压传感器在当前的生产系统之中也比较常见，当传感器被施加了一定的应力之后，液体承受的压力会增加，测量的任务就需要借助表盘才能顺利完成。应变设备的形状为圆筒，材质为金属，应用方便，当压缩施加给设备的应力时，就可以对气缸之中不断变化的电阻进行测定。测定数值极为精准，这也是过程控制系统的优势所在。过程控制系统的应用价值还有待进一步挖掘。

4 结束语

在使用过程控制系统之前，技术人员需要先将管控范围以及管控标准确定好，系统可以确保生产过程中的各种被控量被保持在预先给定的范围之中，从其在几种常用的具有机电一体化特点的设备之中的使用情况来观测，可以发现其不仅仅可以将生产出的产品的质量提升，同时也可以增加原有的产量，减少机电生产过程之中的能源损耗量。将新型机电设备与过程控制系统结合使用，可以使机电设备达到更为优质的应用效果，技术人员还需要深入研究过程控制系统，使我国生产的机械产品具有更高的推广价值。

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