机械电气控制与自动化范文

【关键词】可编程控制器；机械手；模块

模块化生产加工系统（MPS，ModularProductionSystem）体现了机电一体化的技术实际应用。MPS设备是一套开放式的设备，用户可根据生产需要选择设备组成单元的数量、类型，最少时一个单元亦可自成一个独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。在由多个MPS工作单元组成的系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、电工电子技术、传感器应用技术、PLC控制技术、组态控制技术、信息技术等。利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学员在一个非常接近于实际的教学设备环境，使学员在学习过程中很自然地就将理论应用到了实际中，实现了理论与实践的完美结合，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。

该系统由上料检测站、操作手站、加工站、安装站、安装搬运站、分类站六站相互连接而成。上料检测站通过回转上料台将工件依次送到检测工位，提升装置将工件提升并检测工件颜色；操作手站将工件从上料站搬至加工站的输入工位，加工站用回转工作台将工件在四个工位间转换，钻孔单元打孔和检测打孔深度；安装站选择要安装工件的料仓、将工件从料仓中推出、将工件安装到位；安装搬运站将上站的工件拿起放入安装工位、将装好的工件拿起放下站；分类站再将工件送入相应的料仓。该系统是一套模拟装置，并且其机械手除外形尺寸比实物小外，其结构、原理及功能与实际机械手完全一致。

本文以第五站安装搬运站为例，介绍一下PLC在模块化生产培训系统应用中如何实现对各站运行过程的控制。

1、安装搬运站的结构与功能

该装置主要由气动部分和控制部分组成，其中气动部分由提取模块、直线转圆周运动装置、工件平台等组成；电气控制部分有一套可编程控制器，220V/24V/5V，控制面板上的八个按钮，两套I/O接口板，一套I/O通讯接口板，四组电控气阀（其中3个双电控电磁阀和一个单电控电磁阀）及其执行部件（气缸）组成。提取模块实际上也是一个“气动机械手”，主要由一个直线气缸（上下摆动）、摆臂和气动夹爪等组成。摆臂相当于了气动机械手的“手臂”，只是在这时不能伸缩，只能上下摆动，它由一个安装在下方的直线气缸驱动，在摆臂的前端安装有一个气动夹爪，用于抓取工件。提取模块的左右移动及旋转由两个直线气缸所控制，它通过一定的机械转换装，在实现直线运动的同时还能提供圆周运动，这样在本单元上可提供四个工位，分别为左工位（提取工位）、左上工位（安装工位）、右上工位（未用）和右工位（输出工位）。安装搬运站的操作目标是将工件从第四站加工站先搬至装配工位，完成装配过程后将装配好的工件搬运到分类存储站储存

2、安装搬运站的工作过程及控制要求

安装搬运站的工作过程实际上就是机械手的工作过程，机械手的工作是由气缸驱动的，气缸由相应的电磁阀控制。机械手的主要动作归纳为机械手的旋转、大臂的升降、气动手指的夹紧与松开，工作台的移动，这四个动作分别由四个气缸来驱动，其次采用换向阀来实现动作的交替变化。其中A、B、C、D缸分别为摆动气缸、水平伸缩气缸1、水平伸缩气缸2，夹紧气缸。分别由三位五通电磁阀，二位五通电磁阀，二位三通电磁阀控制气缸动作，电磁阀的得电状态由PLC控制。当1Y1得电时机械手向左旋转，1Y2得电时手臂伸开，机械手的上升/下降由单线圈电磁阀控制，当电磁阀4Y1得电时机械手下降。3Y1得电时松开工件，3Y2得电时夹紧工件。安装搬运站动作过程如下，系统上电，安装搬运单元处于初始状态，复位灯闪烁，按下复位按钮，复位灯熄灭，开始灯闪烁，执行复位动作，夹爪打开，摆臂上抬到位，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端，按下开始按钮，开始灯常亮，摆臂下降，夹取工件，摆臂抬起，摆臂工作台移动的同时摆臂转动，摆臂移动至安装工位，摆臂下降，放下工件，摆臂上升，延时5秒后，摆臂下降，夹取工件，摆臂抬起，摆臂工作台移动的同时摆臂转动，摆臂移动至输出工位摆臂下降，夹爪松开，放下工件，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端，等待下次启动命令。

3、PLC控制系统的设计与调试

本系统采用西门子系列的PLC，在使用时需考虑一下几点：

1）输入输出总点数控制在256点以内。

2）基本单元和扩展单元内部装有电源，对扩展模块供给DC24V电源，对特殊模块供给DC5V电源，因此扩展模块和特殊模块的耗电量应控制在基本单元及扩展单元的电源容量范围之内。

3.1输入输出端子的分配。I/O端子是PLC的重要外部部件，是PLC与外部设备（输入设备、输出设备）连接的通道，其数量、类别也是PLC的主要技术指标之一。I/O点的作用是将I/O设备与PLC进行连接，使得PLC与现场设备能够进行信息交换，以便从现场通过输入设备（元件）得到信息（输入），或经过处理后的控制命令通过输出设备（原件）送到现场（输出），从而实现自动控制的目的。根据系统要求可知PLC需要以下输入信号端：7个检测大臂及工作台运动状态的传感器分别用来检测机械手臂运动的升降极限、工作台位置以及是否夹紧工件。本站主要采用电感式传感器和光电传感器。另外控制面板上的八个按钮也是输入元件。PLC的输出信号：用来驱动3个气缸及吸盘吸气放气的电磁阀需要7个输出信号，2个用来显示工作状态的开始、复位信号指示灯。

3.2PLC控制系统软件调试。此控制系统采用西门子S7-200系列PLC226型CPU，该PLC共有24点输入，16点输出。此装置采用传感器检测位置信号，PLC控制其动作顺序。本程序应用西门子STEP7编程软件在计算机上编程，根据需要可用梯形图逻辑编程语言（LED）、功能块编程语言（FED）或语句表编程语言（STL）来编程，这三种编程语言之间可以相互转换。采用梯形图编程方法，将梯形图程序输入到计算机，用指定的电缆及转换器把计算机的USB端口与PLC的RS485通讯口相连，通过设置通讯端口参数可以实现PLC与计算机之间的通讯，就可以对程序进行在线调试。用西门子STEP7开发软件在线调试，在线调试时，梯形图上可实时显示程序的运行状况，可对程序不足之处进行调整、改进。

4、结束语

模块化生产加工培训系统（MPS）集成了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器，电气控制技术等多种技术，给学生提供了一个典型的综合的实践操作环境，使学生将曾经学过的机电一体化专业涉及到的专业知识在这里能够全面认识、综合训练和相互提升。因此该套装置非常适合对在校学生和初上岗位的工程技术人员进行培训，是培养机电一体化人才的理想设备。

【参考文献】

[1]ModularProductionSystemHandbookFesto公司，1997，10

机械电气控制与自动化范文篇2

关键词：装配线；机械手；电气混合；控制核心

作者简介：于文（1990-），江苏省扬州市人。现供职于空军南京航空四站装备修理厂。主要研究方向为电气。张贞（1988-），江苏省泰兴市人。现供职于空军南京航空四站装备修理厂。主要研究方向为机械设计及液压设计

现代工业中大量应用到了机器设备，伴随我国经济发展、现代化建设的初步完成及城市化水平的不断提升，加之信息技术的大量发展与应用、电气工程智能化的发展与应用，都有效的促进了工业产业向着新型的工业4.0方向转型；在现代工业中，自动化不仅成为了重要组成部分，也由此带动了工业化的飞跃式发展，这不仅体现了科技创新带来的益处，也反映出我国的综合实力的提升与工业化水平的不断提高。因此，应该对我国的电气工程及其自动化的经验做一些总结，并且通过其发展阶段，对其发展趋势做出正确的评估。

1概述

通常情况下，较为常见的机械手类型为搬运物料机械手，从结构方面看，它主要以三自由度圆柱坐标型为主，可分为水平手臂、腰部、机座、垂直手臂、气爪等，较为常见，现在市面上所售的服务员机器人、清理垃圾机器人等都与此相关。与搬运物料的机械手不同，在装配机械手方面有着更为独特的侧面。从动力应用的角度看，气压传动优于油压传动，可以做到清洁、价格低廉等；从现实的工业生产中可以看到汽车制造、半导体加工制造等领域在能源的选择上有了很大的进步，注重环保与节约成本；与之相比，电气混合控制系统，则是利用电、气两种能源传动系统优势之结合而创造出的新型控制系统。

2装配机械手的气动与电动控制

2.1装配线机械手结构动作与气动回路

装配机械手在自动化生产方面应该极为广泛，驱动由气动系统实现，从控制方法看，基于可编程控制器。在气动机械手结构方面，有三个气缸、一个摆动气马达。从生产工艺要求来分析，这个气动机械手的应用程序或者逻辑顺序可以依次表述为：立柱下降、伸臂、夹紧工件、缩臂、立柱顺时针转、立柱上升、放开工件、立柱逆时针转。

2.2装配线机械手电控制系统与程序设计

可编程控制器是装配机械手程序控制的核心部分，以机械手、气动系统为准，可以了解到在电气控制系统中，要求有节点（17个）、输入点（10个）、输出点（7个）、输出入供电电压（DC24V），因此，需要选择与之相适应的主控模块，如松下FPO-C16可编程控制器即属此列。从原理方面看，电控主要是系统工作启动、停止按钮、各气动执行机构极限限位开关可充当主控模板，并与输入的相关地址端子相对应，然后通过输出地址所对应的端子，完成整个动作。注意在开始或停止其循环工作时，需对初始准备状态加以恢复或开启。

2.3软件设计

（1）以基于PLC的配装机械手混合驱动程序为主题，先对气动伺服控制程序进行设计，然后再进行PLC控制程序的设计；

（2）选择RecordSelect模式，设定气缸位移、与程序输入端状态间的对应关系，再编写气动伺服程序；

（3）在PLC控制程序设置方面，要求对立柱下降、伸臂、夹紧工件、缩臂、立柱顺时针转、立柱上升、放开工件、立柱逆时针转的整个工序进行一个全面的数据编写，这方面的编写根据编码系统即可完成，或者可以采用较为简便的控制系统，进行所需参数的填写，从而完成软件设计。

2.4模拟实验的可能性

如果在具体的设计中因各种因素的关联性差，而不能有效的达到标准，或者在较为简陋的情况下，则可以根据以上所说的原理，利用计算机相关设计软件，构建起实验模型，利用数据来达到对这一设计的虚拟实现；另一方面，若设计完成也可以根据虚拟设计的思路将其进行保存或者试运行，为真实的理论应用到实践做好考验工作与检查工作，以此保障理论与实践的有效衔接，减少其间的反复工作，提升工作效率。

3展望

由于装配机械手应用普遍性的增加与扩展，随之而来的将会是统一化的电气工程标准、完善而独立的自动化系统平台构成，都根据实际的需求与发展的迫近需要而出现，系统化有助于增强管理与监督，但是，这种建立在基础的或基本要求之上的系统并不完善，还需要进一步从更高远的地方对其进行维护成本的降减，并集中的将其管理科学化，尽可能的把经营目标与企业发展协调一致。上文所说的电气混合控制系统就表明了通用化的自动化系统结构随着稳定性与高效性的发展必然会出现；尤其是随着不断的改革与创新、市场的逐渐扩大、自主研究的能力的提升、信息资源管理水平的提升，在工业生产、流手线作业方面的节能环保、低碳经济清洁等皆可以通过装配线机械手电气混合控制系统的成功应用与大规模运用而实现。从长远的发展方向看，工业社会的发展与产业结构的调整，加上金融经济的不断波动，使人们更加认识到实业的重要性与革新的必要性，因此，对其应用范围不断扩大，而且会集中、快速的扩大自动化的技术普及，并推动整个产业的转型与调整，属于一种资源配置的合理分配与调整，在未来很有可能以自动化的发展使我国的工业化水平不断的向4.0级迈进。

4结束语

总而言之，在新的时代就要坚持与时俱进、因时制宜；以上分析可以了解到电气混合驱动控制系统，充分的利用了电机伺服、气动伺服两个控制系统的优势，并将其有力的结合在一起，这一桥梁或媒介就是PLC核心，由于PLC技术在电气控制中应用的越来越广泛，它不但提高了工作效率，并保证了其运行的稳定性与安全性。但是该技术在应用的过程中，还存在很多问题,如线路老化，设备操作不规范，接触不良等。所以在这方面虽然有了长足的进步与发展，还是需要不断的加大研究力度，利用交叉学科知识与新型材料彻底解决掉其中可能出现的问题。

参考文献

[1]谢光辉,金敉娜.自动装配线螺栓紧固机械手设计[J].制造技术与机床,2014(9).

机械电气控制与自动化范文

关键词：电气工程；自动化；智能化技术

0引言

智能化技术是智能元件、智能算法等的统称，在其应用下，可以使电气工程自动化系统具有一定的人工智能操作能力，模仿人的分析决策思维，实现动态控制。目前电气工程自动化技术已经在机械领域中得到了广泛应用，通过与智能化技术结合，可以为机械生产提供更有力的支持，实现真正意义上的全自动控制。

1智能化技术在电气工程及其自动化中的应用价值

1.1自动更新控制模型

在传统电气工程自动化技术应用过程中，需要提前设计和构建各种控制模型，对机械设备进行自动化控制，实现相应的控制功能。严格而言，传统电气工程自动化技术只能实现静态控制功能，无法根据机械生产的实际情况，对控制模型进行调整。如果因环境变化导致控制模型失效，则容易引发生产安全问题。在智能化技术的应用下，电气工程自动化技术可以突破静态控制的局限性，根据实际生产作业条件的改变，随时更新控制模型，以适应新的工况。这主要是由于人工智能技术可以模仿人的思维决策功能，基于对基础数据的分析，根据系统控制要求，制定合适的控制方法。此外，在智能化技术的应用下，一些电气工程自动化控制系统不需要提前建模，可以进一步提高使用效率，随时投入到各类机械生产过程中[1]。

1.2实现全局优化求解

实现全局优化求解是智能化技术的一个显著特点，在大数据技术、传感器技术等的应用下，智能化系统可以对机械生产流程进行全面分析，基于各道工序之间的关联关系分析结果，明确其相互影响。在电气工程自动化控制系统优化过程中，可以避免陷入局部最优化问题，最大化的提升机械生产流程的总体效率。同时，可以通过运用故障自检测技术等，为机械生产流程的安全性和稳定性提供保障。在此情况下，可以充分协调不同的生产环节，并基于节能改造等方面的要求，对系统运行过程进行灵活控制，减少不必要的能源消耗[2]。

1.3规范系统工作标准

智能化技术具有强大的数据分析和计算能力，可以实现对机械设备操作的精准控制，有利于提高产品生产质量。客观而言，在机械设备生产过程中，操作误差难以完全避免。在传统的电气工程自动化技术应用过程中，主要通过将操作误差限制在一个可以接受的范围内，缩小产品质量差异。在智能化技术的应用下，可以基于对大量设备运行数据、环境数据、误差数据等进行分析，找到引起误差的根本原因。在机械生产过程中，通过采用动态控制方法，随时根据环境等影响因素的变化，采取相应的控制标准，从而不断缩小误差，提高产品生产质量。在智能化技术支持下，可以对生产流程作出进一步规范[3]。

2智能化技术在电气工程及其自动化中的应用对策

2.1生产设备的智能化改造

智能化技术在电气工程及其自动化中的应用，首先体现在智能化设备的应用方面。目前在机械生产领域，许多企业已经开始引进智能化设备和系统，通过对生产设备进行智能化改造，丰富电气工程自动化控制功能。比如各种类型的智能传感器的应用，在传感器装置中本身带有微处理器和存储设备，具有一定的编程功能，可实现通信传输、板载诊断等功能。智能传感器主要由传感器敏感元件、为处理器和信号调理电路等部分组成，主要功能包括自标定、自选量程、自校正、数据存储与处理、双向通信和决策处理功能等。将智能传感器应用到机械自动化领域，可以有效提升机械生产流程的数据采集能力，快速完成信息分析与处理工作，并根据需求对数据进行传输和应用。与传统传感器相比，智能传感器还具有精确度高、可靠性强等优点。目前机械领域常用的智能传感器包括压力智能传感器、压差智能传感器、流体高度智能传感器等。

2.2产品制造的智能化控制

从当下的市场竞争环境来看，客户对机械产品的加工制造需求更加多样化，除了产品功能、产品性能外，往往还会提出一些具体要求。智能化技术在机械制造工业中的应用，可以支持客户高端定制服务，对客户需求进行准确分析，充分满足客户对于机械产品的加工制造需求。比如目前在作业线上使用的智能化机器人，具有检测、识别对象功能的能力，可以根据工作目标快速做出决策，同时具有执行相应动作的伺服功能。在计算机和网络技术的应用下，客户可以直接与生产线对接，由客户提出产品要求，制定生产目标。然后由智能化产品管理系统对客户目标进行分解，细化到产品各项功能、性能以及产品特殊要求，然后对生产线进行自动调整，满足产品生产所需的条件。在此情况下，可以最大化的满足客户需求，提高客户满意度。

2.3生产流程的智能化管理

智能化技术在机械自动化领域的应用还体现在生产管理方面，以往虽然电气工程自动化技术也具有一定的自动化控制功能，但现场生产管理对人工依赖性仍然较高，难以实现无人值守作业目标。在智能化技术的全面应用下，大部分系统控制过程都可以由智能化系统自动完成，而且系统能够对各种生产影响因素的变化做出动态反应。因此，智能化技术的应用可以降低机械生产过程的人工参与度，进一步提高生产自动化水平。另一方面，在需要进行人工决策时，也可以由智能化系统提供支持，由智能化管理系统自动完成数据分析、汇总工作，基于数据挖掘结果和专家系统评价结果，给出相应的技术解决方案，提高重大事项决策效率。在智能化技术的应用发展下，还可以通过与同类产品生产流程进行比较分析，提出生产线改造方案，促进企业生产水平的提升。

2.4系统故障的智能化诊断

智能化诊断技术是目前智能化技术在机械自动化领域应用的重点方向。在以往的电气工程电气自动化系统的应用过程中，难以实现对各类故障风险的全面监测，而且在发现故障风险后，难以做出及时反映。智能化故障诊断技术通过采用智能元件及智能化故障监测算法，可以对系统故障进行实时监测，在复杂的机械设备中，通过采用模糊评价方法，准确评价设备故障风险，并找到故障出现原因。即使机械设备未发生过的故障，也可以通过智能化诊断分析，实现对新故障问题的有效识别。在此基础上，通过执行故障排除方法，让机械设备恢复运行。目前智能化技术在机械领域的应用已经使各类电气设备具有一定的自恢复能力，可以确保设备的长期、稳定运行。