靳 玮，吴 坤，牛康廷，王芬芬

（郑州工商学院，河南 郑州 451400）

1 机电设备控制技术概况与分析

随着计算机技术的应用，新型控制策略的出现，机电设备测控在控制方法、控制功能以及操作上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微计算机为中心的网络化自动控制系统。从系统的观点出发，机电系统的共性关键技术包括：检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、机械传动技术、系统总体技术等，主要解决控制问题。

1.1 检测传感技术

机电系统在控制过程中需要从外界获取各种信息，如执行器的反馈信号等，为控制系统提供控制的信号和依据，而传感器则是系统从外界获取信息的工具。传感器的作用是将被测信号（如温度、压力等）转换成另一种易于测量和输出的物理量，其中主要以电学量为主。

传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。首先是敏感元件：进行控制信息的收集，将被测量转换为易测的信号，其次是转换元件：进行信号数据的转换，将敏感元件的信号转换为可传输、记录、处理的信号。目前，绝大部分传感器都是把转换电路及必要的辅助电源单元与敏感元件、转换元件一起做成集成化的器件。

1.2 驱动执行技术

机电系统通过传感器收集外界信号，输入信号在经过控制系统分析、计算、处理之后需要通过驱动执行机构进行输出，从而实现机电系统控制的全过程。继电器和电磁阀是工程上广泛应用的典型执行器，电机给予执行动力，分析以下三个部分。

（1）继电。继电器工作时，线圈通过电流时产生磁通，经过铁芯、空气隙和衔铁构成闭合回路。衔铁在电磁场的作用下被磁化，因而产生电磁转矩，如电磁转矩大于反作用弹簧力矩及机械摩擦力时，则衔铁被吸向电磁铁磁极，使继电器触点闭合。从本质上讲继电器就是利用弱电控制强电的开关，在电路中实现电动机或其它动力装置的启停调速，完成生产工艺对机械动作的要求和保护。常用的电磁继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器等。

（2）电磁阀。电磁阀由电磁线圈和磁芯组成，通过控制线圈的通断电带动磁芯的运转，是对机电系统的内部气路、水路、油路进行通断或控制流量的器件，在液压和气压系统中，基本都有电磁阀的使用。当有电流通过电磁阀线圈时，固定铁芯吸合动铁芯，改变滑阀芯的位置，发生励磁作用，动铁芯带动滑阀芯并压缩弹簧，从而改变流体的方向。当线圈失电时，依靠弹簧的弹力推动滑阀芯，顶回动铁芯，使流体按原来的方向流动。

（3）电机。电机在现代机电系统中常常作为电能转化为机械能的终端输出设备，配合机械部分可以实现生产机械的各种功能。常见的电机主要有直流电机、步进电机和伺服电机等。直流电机输出或输入为直流电能，能实现直流电能和机械能的相互转化；步进电机将电脉冲转化为角位移，当其收到一个脉冲信号，即将转过固定角度，通过控制脉冲个数从而控制角位移量；伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，形成闭环控制。工程实践中常根据机电系统的具体要求选择合适的电机和对应的控制方法。

1.3 信息处理技术分析

机电系统的信息处理和自动控制由系统的控制单元完成。常见机电系统控制单元包括可编程序逻辑控制器（PC 或PLC）、单片机、工业计算机数字信号处理器（DSP）、ARM 等，其中又以 PLC 和单片机工业上运用最为广泛。PLC 和单片机，两者本质相同，都是基于微处理技术的计算机，但对比两者各自的特性在选用时以下原则可供参考。

（1）因为体积小而且廉价。所以单片机方案适合大批量重复生产的民用消费品。特别是仪器仪表以及小型控制系统。

（2）PLC 比单片机更适合于工作母机控制和工业过程控制。

（3）对于单项工程或者重复数极少的项目。采用PLC 方案是明智、快捷的途径，成功率高、可靠性好，但成本较高。

（4）对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。

（5）在单片机方案和PLC 方案都适用的前提下，若控制系统对于稳定性和抗干扰性要求很高，即使设计成本较高也应采用PLC 方案。

2 机电设备电力拖动方式的发展与对比

电动机供电电流制式的不同，有直流电力拖动和交流电力拖动两种。电力电子器件发明后，以电子元件控制、由可控整流器供电的直流电力拖动系统逐渐取代了直流发电机电动机系统，并发展到采用数字电路控制的电力拖动系统。这种电力拖动系统具有精密调速和动态响应快等性能。这种以弱电控制强电的技术是现代电力拖动的重要特征和趋势。

2.1 成组拖动

成组拖动的方式为：一台电动机——一根天轴——一组生产机械设备。其特点是：机构复杂，损耗大，效率低，工作可靠性差。

2.2 单台电动机拖动

单台电动机拖动的结构方式是：一台电动机——一台设备。其特点是：当生产机械设备运动部件较多时，机构仍复杂，满足不了生产工艺要求。

2.3 多台电动机拖动

多台电动机拖动的结构式：一台专门的电动机——同一台设备的每一个运动部件。其特点为：机构简单，控制灵活，便于生产机械的自动化.例如龙门刨床的刨台，左垂直刀架，右垂直刀架，侧刀架，横梁，夹紧机构，都是分别由一台电动机拖动的。

电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同，主要形式有：继电器-接触器控制系统、连续控制方式和自动控制系统、可编程序控制器(PLC)、计算机数字控制系统等。

3 测控系统的地位与作用

“测量”和“控制”是人类认识世界和改造世界两项基本任务，而测控仪器或系统则是人类实现这两项任务工具和手段。科学的发展、突破往往是以检测仪器和技术方法上的突破为先导的。测控仪器和系统在工作生产中起着把关者和指导者的作用，广泛应用于炼油、化工、冶金、电力、电子、轻工、纺织等行业。测控技术已是当代促进生产的一个主流环节，对国民经济有巨大的“倍增器”和拉动作用，是改造传统工业必备的手段，也是产品具备竞争能力、进入市场经济必由之路，在产品质量评估及计算等有关国家法制实施中起着技术监督的“物质法官”的作用。当今信息化时代，测控技术是获取信息，作为智能行动的依据，也是一种信息的工具，起着不可或缺的信息源的作用，更是信息工业的重要组成部分。