試論計算機(jī)在機(jī)械和電子控制產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用

1、試論計算機(jī)在機(jī)械和電子控制產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用摘 要本文概括說明機(jī)械電子控制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況，重點介紹計算 機(jī)技術(shù)在機(jī)械電子控制產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)制造和人們?nèi)粘Ｉ钪械?廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞計算機(jī)技術(shù)機(jī)電一體化生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的變革，同時給相關(guān) 生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的影響，提高了生產(chǎn)水平和技術(shù)。隨著各種技術(shù)之間 相融合的發(fā)展，以計算機(jī)電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)為核心的機(jī)電控制領(lǐng)域?qū)⒔o 工業(yè)及科研等領(lǐng)域帶來更多的實際應(yīng)用。一、計算機(jī)技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展概況1.計算機(jī)控制理論的形成與技術(shù)的發(fā)展。忽略數(shù)字信號的量化效應(yīng)， 可以將計算機(jī)控制系統(tǒng)看成采樣控制系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中，將其

2、中連續(xù)的 環(huán)節(jié)離散化，則整個系統(tǒng)又可看成山不同的離散系統(tǒng)構(gòu)成。計算機(jī)控制理 論的發(fā)展主要是將釆樣理論、差分方程、變換理論、狀態(tài)空間理論和系統(tǒng) 辨識自適應(yīng)控制等理論綜合應(yīng)用到控制技術(shù)中，使計算機(jī)控制系統(tǒng)有了初 步發(fā)展。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、時變的非線性系統(tǒng)，控制系統(tǒng)則融入了魯棒控制、 模糊控制、預(yù)測控制等多種新型理論，逐步形成了工業(yè)過程控制系統(tǒng)的一 個新方向。自世界第一臺電子計算機(jī)問世后，計算機(jī)首先被用來自動檢測化工生產(chǎn)過程的過程參量并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，同時也研究了計算機(jī)的開環(huán)控 制。到二十世紀(jì)六十年代，出現(xiàn)了用于過程控制的計算機(jī)，實現(xiàn)了直接數(shù) 字控制。后經(jīng)集中式計算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的以微處理器為

3、核心的分 層式控制系統(tǒng)控制，通過計算機(jī)對牛產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作和管理控 制等。伴隨著計算機(jī)處理器等技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)控制技術(shù)也隨之發(fā)生相 應(yīng)的變革，最終應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中并對其產(chǎn)生巨大影響。2機(jī)械和電子控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀。在生產(chǎn)、科研等諸多領(lǐng)域里， 有大量的物理量需要按某種變化規(guī)律進(jìn)行控制。在二十世紀(jì)三十年代之 前，工業(yè)牛產(chǎn)多處于手工操作的狀態(tài)。最初采用基地式儀表控制壓力溫度 等在一恒定范圍內(nèi)，初步有了對工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械控制實踐。隨著電子技術(shù) 的迅速發(fā)展和計算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，直接實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)中各參量和過 程的數(shù)字控制。計算機(jī)的微型化使控制技術(shù)更加智能化，同時將機(jī)械、電 子、計算機(jī)技術(shù)和控

4、制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的機(jī)電一體化技術(shù)也得到迅猛發(fā)展， 且越來越被廣泛地應(yīng)用到各牛產(chǎn)領(lǐng)域。目前主要形成并應(yīng)用的機(jī)電控制技 術(shù)主要有pid控制，pid是經(jīng)典控制理論的代表，它吸收了智能控制思想 并利用計算機(jī)的優(yōu)勢，形成了自適應(yīng)pid和非線性pid等更利于控制的變 種pid控制器。另外還有模糊控制（flc）、變結(jié)構(gòu)控制等，均隨著計算機(jī) 領(lǐng)域的發(fā)展在不斷地拓寬。二、機(jī)電一體化的發(fā)展及在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用1.機(jī)電一體化的簡介和生產(chǎn)應(yīng)用。機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、 動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子 化設(shè)計及計算機(jī)軟件系統(tǒng)集合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱，綜合運(yùn)用機(jī)械技 術(shù)、微電子技術(shù)、

5、計算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等対各生產(chǎn)領(lǐng)域的控制過程 進(jìn)行監(jiān)督操作。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有數(shù)控機(jī)床，通過相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)，在工 業(yè)操作上結(jié)構(gòu)、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多cpu和多主線 的體系結(jié)構(gòu)，豐富了數(shù)控功能，也提高了牛產(chǎn)效率。柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用是計算機(jī)技術(shù)和制造系統(tǒng)在機(jī)電控制工業(yè)的應(yīng) 用，是計算機(jī)化的制造系統(tǒng)。它主要山計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、自動化倉庫等 組成。在工業(yè)上，它可以隨機(jī)地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能 力范圍內(nèi)的任何工件，更適用于多品種，小批量等的離散零件的批量生產(chǎn)。交流傳動技術(shù)的發(fā)展也是隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在工業(yè) 上有了重要的應(yīng)用，尤其是在鋼鐵工業(yè)中，使復(fù)雜的矢量控

6、制技術(shù)得以實 現(xiàn)，無論是大容量電機(jī)還是小容量電機(jī)現(xiàn)均可使同步電機(jī)或者異步電機(jī)實 現(xiàn)可逆滑調(diào)速。也使交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用?？删幊炭刂破?plc)是集計算機(jī)技術(shù)和自動控制化技術(shù)于一體的新 型控制系統(tǒng)。這系統(tǒng)解決了工業(yè)控制系統(tǒng)中大量開關(guān)控制的問題，逐漸 取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統(tǒng)。隨著plc技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng) 用領(lǐng)域更是不斷擴(kuò)大，可采集存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。plc 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。這種過程控制在冶金、 化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。此外，隨著工廠網(wǎng)絡(luò) 自動化的發(fā)展，plc可實現(xiàn)通信及聯(lián)網(wǎng)功能，更有助于工業(yè)生產(chǎn)的控制過

7、 程的監(jiān)控。如今，plc技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、 機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)。2.計算機(jī)在機(jī)械和電子控制產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用實例。計算機(jī)技術(shù)和機(jī)械電子控制技術(shù)一體化的有機(jī)結(jié)合，不斷使相關(guān)的新技術(shù)應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中 去，這些應(yīng)用到的領(lǐng)域已經(jīng)不再局限于工業(yè)的生產(chǎn)，更多技術(shù)是切身關(guān)系 到我們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕?。下面舉幾個具體實例來介紹計算機(jī)技術(shù)和機(jī)電 控制相結(jié)合的實際應(yīng)用。plc實現(xiàn)了機(jī)械手移動工件的控制過程。隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展, 人類活動的范圍不斷擴(kuò)大，機(jī)器人的應(yīng)用正迅速向社會生產(chǎn)和生活的各個 領(lǐng)域擴(kuò)展，并從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之

8、出 現(xiàn)。隨著機(jī)器人的生產(chǎn)和大量應(yīng)用，很多領(lǐng)域，許多單一、重復(fù)的機(jī)械工 作由機(jī)器人(也稱機(jī)械手)來完成。工業(yè)機(jī)器人是一種能進(jìn)行自動控制的、 可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機(jī)，廣泛釆用工業(yè) 機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動 環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成 本有重要意義。與計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人的廣泛使用 正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。農(nóng)業(yè)方面，機(jī)械作業(yè)過程中駕駛室內(nèi)的儀表盤正迅速由電子監(jiān)視儀表 取代并逐步山單一參數(shù)顯示方式向智能化信息顯示終端過渡，以此來改善 人機(jī)交互界面。這種智能化顯示終端又

9、被稱為虛擬化儀器顯示終端 (virtual display terminal),它代表了當(dāng)代儀器與控制裝置發(fā)展的主 流方向。它可通過屏幕任意選擇顯示機(jī)組屮不同部分的終端信息，在屏幕 上按操作者的需求，調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，顯示數(shù)據(jù)、圖形、語音等多媒體信 息。另外，還可以將數(shù)據(jù)信息動態(tài)存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能 化數(shù)據(jù)存儲卡，將農(nóng)業(yè)作業(yè)過程的數(shù)據(jù)信息通過智能卡帶冋辦公室，由計 算機(jī)應(yīng)用高級軟件進(jìn)行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過智能 卡傳送到拖拉機(jī)上的智能控制終端，實現(xiàn)自動控制農(nóng)機(jī)的操作。plc在自動售貨機(jī)中的應(yīng)用。自動售貨機(jī)通過顧客選擇商品開關(guān)，投 入的硬幣值由plc驅(qū)動數(shù)碼管顯示，

10、經(jīng)過光傳感器識別，通過判斷，進(jìn)行 下一步操作，經(jīng)過plc的系統(tǒng)控制和信號輸出完成售賣過程。計算機(jī)技術(shù) 和機(jī)電自動控制在自動售貨機(jī)中的這項應(yīng)用極大方便了人們的生活，也使 plc的應(yīng)用更加廣泛。交通信號燈系統(tǒng)也是微機(jī)軟件應(yīng)用到電子控制系統(tǒng)中的典型實例。通 過主要應(yīng)用plc技術(shù)控制十字路口的信號燈動作。準(zhǔn)確無誤地完成信號燈 的變燈動作來控制時間，這項應(yīng)用更是極人方便了人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鞯某?行。電腦橫機(jī)中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給機(jī)械編織行業(yè)帶來了巨大的變革?，F(xiàn) 在的電腦橫機(jī)是一種涉及計算機(jī)、機(jī)械、電子、控制等諸多領(lǐng)域的復(fù)雜系 統(tǒng)。電腦橫機(jī)的編織是一個極其復(fù)朵的過程，最初的橫機(jī)是手動橫機(jī)，只 能勝任比較簡單的

11、編織過程。隨著計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到電腦橫機(jī)中，通過電 腦的口動控制，設(shè)計人員可對編織花型進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計，通過計算機(jī)數(shù)字 直接控制機(jī)械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應(yīng)的機(jī)械編織動作，由計算 機(jī)指令控制系統(tǒng)完成整個設(shè)計的編織，極大地提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還冇很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種 技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，以機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合 為主體的機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。三、結(jié)束語 在機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域，電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的融入發(fā)展，機(jī)電一體化的 形成是機(jī)械工業(yè)中的重要變革。通過不斷發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)，使機(jī)電一體 化相關(guān)的技術(shù)在諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 張東寶工