发布时间：2023-09-21 10:02:21
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科学技术的高度创新带来技术的不断发展，在不同程度上促进了各个学科的前进，包括工程领域的技术改造。在机械工程这个领域中，微电子技术与计算机技术不断的向前发展，以及其机械工业中逐渐渗透出来的“机电一体化”，将机械工业的产品机构、技术结构、构成和功能、生产加工方式，以及这一列流程的管理体系都在发生着巨大的变化，是机械工业从传统的机械电气化迈向机电一体化为主要特征的新台阶。
1机电一体化技术的特征分析
1.1广而强的应用性
机电一体化技术是以机械为母体，以实践机电产品开发和机电过程控制为基础的技术，是可以渗透到机械系统和产品的普遍应用性技术，几乎不受行业限制。机电一体化技术应用计算机技术，以信息化为内涵智能化为核心，开发和生产了性能更好的功能更强的机电一体化系统和产品。
1.2多层次的系统化
机电一体化是将工业产品和过程利用各种技术综合成一个完整的系统，强调各种技术（特别是微电子技术与精密机械技术）的协同和集成，强调层次化和系统化。无论从单参数、单级控制到多参数、多级控制，还是从单件单品生产工艺到柔性及自动化生产线，直到整个系统工程设计，机电一体化技术都体现在系统各个层次的开发和应用中。
1.3整体的最优化
从系统工程观点出发，充分利用新技术及其相互交叉融合的优势，实现机电一体化系统（或产品）的高附加值、高效率、高性能、省材料、省能源、低损耗、低污染、省时省力等等。如采用数控机床、柔性生产线、工业机器人和计算机管理等高科技机电一体化技术和系统后，各企业就可以根据社会需求及时调整产品结构和生产过程，几乎不需要重新设计制造工艺设备，大大缩短了整个生产周期。
2机电一体化技术的应用分析
2.1在现代机械制造业中的应用
传统机械制造业是靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。
2.2在饮料行业中的应用
机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备，可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。
2.3在钢铁企业中的应用
计算机集成制造系统（（CIMS）企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备间的数字式、双向、多站通信链路，采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。
交流传动技术随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速，由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。开放式控制系统意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享，开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。分布式控制系统（DCS）分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。
3机电技术的未来发展趋势
3.1光机电技术的发展应用
光学技术的引用，对于光学技术先人的优势的发展实现来说，可以有效的改进机电技术中传感系统、动力系统（能源系统）与信息的处理系统，光电技术的推广对于机电产品是一个重要的发展趋势。
3.2柔性化的自律的分配系统化
在机电技术产品的未来前景里，执行和有效的控制系统是有充足的冗余度，并且有很强的柔性，对于处理突发事件，其能进行较好的解决设计，所以，被设计成为自律分配系统。在自律分配系统的运作环节中，各个相关子系统是完全可以独立工作的，子系统之间又是为同一个总系统进行服务的，并且有自身独立的自律性，可以依据周围环境的改变而作出相应的对策反应。
3.3智能化的全息系统化
在机电技术产品的发展全息性的特点表现的越来越明显，智能化水平也在逐渐的提高。这种趋势的发生主要归功于模糊技术和信息技术的快速发展，其别重要的是信息技术中的软件和芯片技术。不但如此，机电技术系统中的层次化结构也有原有的简单模式转变为复杂的、比较多的冗余度双向联系。智能化的发展对于二十一世纪机电技术发展来说是一个方向性的改变。
3.4仿生物系统化的生物软件化
在日后机电技术的装置对于信息依赖性会逐渐增强，并且在结构上也是处于静态时的，但是又有其不稳定性，相反的是其动态工作环境中却属于相对稳定的。这种现象类似于活生物，机电技术的相关产品走向涵盖生物系统化，但是想走好这条道路还需要一段漫长的时间。
3.5微型化的微型机电化
在半导体的器件制造的利用过程当中的蚀刻技术的应用，已经成功的在实验室中制造出来了亚微米级机械元件。在实际产品中体现这一技术，就可以将机械部分与控制器进行区分了。这时候机械与电子就可以相互融合，传感器、机体、CPU、执行机构等集成为一个整体，体积也会有所减小，并且组成了一种自律元件，这种微型的机械学也是机电技术的发展新方向。
4结束语
随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。
参考文献：
1.PLC特征
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）既PLC，是一种数字运算操作电子系统，是为工业环境应用而专门进行设计的。它的存储器采用了可编程序，可在内部存储并执行逻辑运算、计数、算术运算、顺序控制、定时等操作指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有高可靠性、低功耗等很多优点，它结合了传统的继电接触控制技术与现代高速发展的微机技术，并充分利用微处理器的优点，并克服了传统继电接触控制系统接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，PLC经过近些年的快速的发展，在我国电力行业中已经得到了广泛的应用。
2.在我国电力系统PLC应用现状
2.1顺序控制
我国经济在快速发展，电力市场竞争也越来越激烈，正在向着降低资源与能耗、管理高效的目标努力，因此各火电厂对辅助车间自动化控制技术的要求也就越来越高。我国科技及相关人员自引入PLC后，在不断的引入与多次的开发与实验中已将大型火电站的辅助系统已由继电器控制过渡到PLC监控，如输煤系统、除灰系统、燃油泵房系统、化水系统、除渣系统、循环水泵房系统等，充分体现了PLC的高科技含量。
火力发电辅助系统的工艺流程的控制多为顺序控制和开关量控制。这里以输煤系统为例加以介绍。火力发电系统中输煤系统的优劣直接影响着生产效率。输煤系统由最初的人力控制、强电控制已发展至现在计算机控制等几个阶段。输煤控制系统三层网络结构为主站层（由PLC和人机接口构成）、远程IO站、现场传感器等。主站层大多设置在系统集控室内，利用光纤通讯总线与远程IO站相连，远程IO站设备再通过二次控制电缆与输煤传感器连接。集控室以带联锁或解除联锁的手动控制为辅，主要是以自动控制为主。工作人员在控制室内就可以通过显示屏实现对设备进行监视和控制，特殊情况时可通过紧急事故开关和检修启停按钮对系统状态进行控制，这种技术极大提高了生产效率，也改善了生产环境，减轻了工作人员的工作量。
2.2开关量控制
（1）断路器控制
火电系统的控制器的控制元件早期以电磁型继电器为主，这种系统电磁元件数量大，这就造成触点数量多，可靠性也就会降低，该系统接线较为复杂、维修也不方便。PLC则运用大量软继电器从而提高了系统的可靠性，操作也简单方便，只需进行分合闸的即可。在操作过程当中有相应的指示信号，当系统出现故障时会给出故障信号并可自动分闸；PLC控制系统对二次接线也进行了更多的简化，且接线过程不易发生错误，无需配备专门的闪光电源，在符合要求的程序前提下只进行简单的接线即可满足要求；
PLC控制系统减轻了工作人员的检修与维护的工作量，因其简化了辅助开关数目，并可实现多台断路器的控制及信号集中的显示。
（2）自动切换
备用电源自动投入装置在火电企业中的应用增强了供电的可靠性，最初为手动或自动进行供回电线路的操作，虽只需几秒钟的时间，但对于有连续供电要求的用户也是很不方便的，为了进一步提高可靠性，由PLC够成的备用电源自动投入装置也就被研发出来，它通过编程来简化运行方式，备用电源启动或关闭是依据采集到的一次设备的正常运行信号。控制系统可完成备用电源的自动操作，有高可靠性，抗干扰能力也很强，接线简单、调试操作方便及低成本等等优点。
2.3闭环控制
PLC具有十分成熟闭环控制功能，闭环控制在电力系统自动化控制中可实现对温度、压力、流量、速度等连续变化情况的的模拟量控制。当前PLC生产厂家推出的PLC模块可实现PID控制。其设计的PID控制程序存放在模块中，用户使用时非常方便，只需设置一些参数，一个模块可以控制几路或更多闭环回路。基于PLC的PID控制，是经济实用的方法。
（1）泵类电机
火电厂泵类启动方式一般有三种：自动启动，机旁屏手动启动，现场控制箱手动启动。控制方式有PLC和常规控制，常规回路一般可作为泵类控制的安全回路及PLC控制的补充，当PLC有故障时也可以保证泵类的正常使用。
（2）调速器控制
调速器经历了机械液压调速器阶段、电气液压调速器阶段及计算机调速器阶段，其中PLC控制系统一般由转速测量单元、电子调节单元和电液执行单元构成，分别控制着调速器的转速测量、调节规律的形成和驱动导水机构的职能。
3.PLC发展前景展望
3.1可靠性及抗干扰能力需进一步增强
对于为工业生产自动化控制而进行设计的PLC来讲，大多数工业环境中可直接使用。但因使用不当或环境极为恶劣，电磁场的干扰特别强烈等情况，也有可能造成程序错而出现运算错误，导致误输入与误输出，从而造成设备或生产的损失，这样PLC的正常运行就不一定能得到保证。提高PLC抗干扰能力及抗恶劣环境的能力，增加其控制的可靠性是PLC生产厂家应注意的一个问题。
3.2 PLC在未来网络化、数字化更加强大
经进进些年的快速发展，DCS技术逐渐成熟，广泛应用于发电厂的集散型控制系统，但当前DCS的发展趋势有所减缓。如何保持DCS大跨步地发展，这就需要PLC的融入，使其有一个通用化的硬件平台。随着科技的发展，PLC系统和DCS系统在互相吸收彼此的特点，并逐步地走向同化，以更好的为我国的四化建设服务。
集散控制系统DCS经过了初创期、成熟期和扩展期，新一代控制系统FCS（现场总线控制系统）又出现了，FCS由DCS与PLC发展而来，同时保留了DCS的特点，又具有DCS与PLC的特点，FCS吸收了DCS开发研究及现场实践经验与教训，跨出了革命性的一步。随着科技的发展，现场总线技术的完善和自动化技术的发展，数字化、智能化控制仪表的进一步开发和应用，FCS必将在火电厂得到广泛应用，使电厂的自动化水平提高到一个新的水平。由此看来今后的发展趋势大体上是分散型控制系统，DCS将逐渐更新换代为全数字现场总线控制系统FCS。
结语
PLC产品在新时期会有更大的发展，其品种与规格会更完善、丰富，通过先进的通信设备及完美的人机交互界面、成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，会为我国电气自动化建设做出更大贡献力量。
参考文献
[1]范建忠，刘爱琴，吴延伟.PLC在电气自动化中的应用现状与发展前景[J].科技资讯，2009（32）.
中图分类号：F416.6文献标识码： A 文章编号：
随着我国经济的发展，农村饮水安全越来越受到社会的广泛关注，这关系到农村经济的发展，关系到农村居民生活水平的提高与农村生态环境的改善。为了加强对农村饮水安全的监管，及时了解农村供水动态，因此在水厂施行电气自动化进行实时监控是当前亟需解决的问题。
一、水厂实施电气自动化的重要意义
1、实施自动化可以提高水厂的经济效益
电气自动化系统建成后，将能远程监控水泵机组的启停及运行状态，能够使水量、水位、水质等数据采集由手工变为自动，使数据传输网络化、管理电子化，从而减少水厂运行管理人员的数量和工作量，改善工作环境，大大降低管理成本，提升经营效益。此外，通过对水源水位和清水池水位的监控，实现与泵站开停机及阀门开度的联动，不仅可以实现无人值守，还可以实现部分优化调度，实现节能降耗。
2、实施自动化是丰富行业监督管理手段的重要措施
我国农村供水工程点多、面广、量大，发展速度快，目前很多地区农村都实现了集中供水。根据《全国农村饮水安全工程“十二五”规划》，“十二五”期间全国还需建设20余万处集中式供水工程，工程数量的剧增也给传统的管理方式（人工管理、现场管理）带来了挑战。采用信息化、自动化技术，通过自主研发的嵌入式软件，可以在任何能上网的位置或通过手持移动智能终端，随时随地了解水厂的关键供水参数，为精细化的行业监管奠定技术基础。
3、实施供水自动化监管是开展高效技术培训和展示农村供水发展水平的直观窗口。
系统实施后，可通过卫星照片、标准地图等多种地图格式，分层、直观地展示辖区范围内所有农村供水工程的相关信息。如供水范围、系统组成、管网分布等，并具备地图数据的编辑、查询、统计等功能。从调研情况来看，我国的城市水厂全都应用了自动化监控技术，而农村供水由于条件和对象不同以及经济和管理水平较差等现状，对自动化监控技术的实用性、经济性和可操作性有着更高的需求。这无疑更需要自主研发创新技术，研究建立不同的监控模式，并对先进实用的技术进行推广应用。
二、水厂电气自动化系统总体架构
1、水厂级系统
水厂级监控系统主要包括自动化监控和视频安防系统两部分。电气自动化系统，结合当地地形特点、网络环境，选择适宜的通信方式，使用传感器、控制器实时监控农村供水设备、设施的运行状态，并把分散的数据采集控制点，集中传送至水厂监控中心或上位系统。视频安防系统，通过在水厂关键位置安装摄像机、云台等，在供水覆盖范围内建立视频安防系统，视频能实时传输到本地水厂的监控中心或中控室，确保水厂运行安全。
电气自动化控制系统中主要包括：电源配电柜、取水泵控制柜、变频控制柜、供水泵（含加压泵）启动柜、PLC控制柜、计算机通信柜等。这些设备通过特定的通信方式与监控中心计算机系统进行通信，并通过专用组态软件进行供水关键参数和设备设施运行状态的监控。
视频安防系统主要由室外监控前端、传输电缆和视频监控中心构成。室外监控前端包括室外云台、摄像机、解码器等，主要完成视频图像的采集；监控中心可以遥控云台，调节摄像头的角度以监控更大的区域范围。视频信号、云台控制信号通过专用线缆与视频监控中心连接；视频监控中心主要包括硬盘录像机、显示器等，可对室外监控前端传送的模拟或数字视频信号进行压缩处理和存储，同时将对云台的控制信号转变为数字信号，遥控云台动作。
2、区域级系统
该系统包括水厂自动监控系统和农村饮水安全信息管理系统两部分。以现有已实施水厂自动化监控的系统为基础，在县级或者更高区域汇总水厂级监控的实时数据；同时对未实施自动化监控的水厂，通过静态数据的录入和及时更新，实现信息化管理功能。
区域级监管系统一般安装在依托适度规模水厂的中控室、县级甚至更高级水行政主管部门中控室等，由区域监控软件和计算机硬件设备组成。系统架构如图1所示。
图1农村饮水安全区域级监管系统架构
系统特点和主要技术优势该项目建立的农村饮水安全电气自动化系统，针对目前农村供水工程特点和基层管理人员的需求开发，参考了相关技术标准，合理制定了监控指标，具有以下特点和优势：
（1）首次研究形成了多套农村饮水安全自动化监控模式：综合考虑不同水源类型、供水规模、外在环境、当地经济状况、管理能力及用户需求等，形成了包括现地控制单元、水厂级监控系统、区域级监管系统等多套模式。区域级系统具备数据采集、自动监测、信息管理等多重功能；水厂级系统明确了不同供水环节的监测、控制指标，构建了规范数据库字段，建立了多通道现地控制单元通信方式，提高了系统规范性和稳定性。
（2）自主研发了区域级水厂组态技术：通过自主研发的Web组态软件，能定制区域级系统的水厂监控组态，能远程实时模拟水厂监管现场，汇总、存储、展示实时数据，支持Web浏览器访问和在线可视化组态编辑，支持远程异地更新维护且扩充成本较低。在农村供水自控方面达到甚至超过了市场上商业级组态软件的功能，为今后建立更大区域甚至全国级的农村饮水安全电气自动化系统提供了可能。区域级监管系统水厂组态界面如图2所示。
图2 区域级监管系统的水厂组态界面
（3）自主研发了区域级地图管理及编辑技术：通过自主研发的地图引擎技术，实现区域级地图的绘图、编辑、图层管理功能，如绘制供水管网、供水设施、覆盖范围等；能分图层、直观展示农村供水工程的地理分布、供水范围、管网路由、运行状态等。在供水信息管理方面达到了GIS软件的部分或全部功能。GIS地图管理界面如图3所示。
图3 GIS地图管理界面
（4）自主研发了智能移动终端技术：通过自主研发定制的智能移动终端技术，用户只需嵌入研发的软件到平板电脑或手机上，即可在移动终端上访问区域级软件系统，满足随时随地的监控需求。
三、应用前景展望
我国城市水厂及发达国家的农村水厂全都不同程度地应用了自动化监控技术。按照“十二五规划，在“十二五”期间要基本解决新增农村饮水不安全人口的饮水问题。这就意味着农村供水的工作重心不可避免地要转移到后期管理上来。农村供水工程数量的增多意味着以人工、现场管理为主的传统技术难以适应新形势的需求，对适度规模（如千吨万人）的工程实施自动化监控技术已势在必行。
水厂电气自动化技术和系统建立了基于不同供水条件、经济基础、管理水平的农村饮水安全自动化监控模式，可满足绝大部分用户的需求；自主研发的区域级水厂组态技术，不仅可自主定制设计界面，更关键的是能降低成本，为今后建立全国级农村饮水安全电气自动化系统提供了技术支持；自主研发的智能移动终端技术使不同层级的用户可随时随地地了解并管理工程。
四、结语
随着我国自动化监控技术的发展和人们认识水平的进一步提高，自动化监控技术必将稳步发展成为农村供水的核心技术，其他供水技术在自动化、信息化的统一监管和整体布局下，才能发挥更大的作用。
