潘彩霞

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京211100）

機(jī)電一體化應(yīng)用中的電機(jī)控制與保護(hù)路徑研究

潘彩霞

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京211100）

在過去的生產(chǎn)過程中，對(duì)機(jī)械的使用和控制基本通過人工操作來實(shí)現(xiàn)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和社會(huì)供需關(guān)系的變化傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)方式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)和市場的需要，將現(xiàn)代電子控制學(xué)和傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)管理相結(jié)合已經(jīng)成為未來的生產(chǎn)的必然選擇。在實(shí)際的機(jī)電一體化的電機(jī)控制和保護(hù)仍存在許多問題，筆者就機(jī)電一體化應(yīng)用中的電機(jī)控制和保護(hù)的相關(guān)問題進(jìn)行淺析。

機(jī)電一體化；電機(jī)；機(jī)械技術(shù)；數(shù)控

在高校理學(xué)專業(yè)中，機(jī)電一體化又被稱作機(jī)械電子學(xué)。綜合來說在現(xiàn)實(shí)生活中，機(jī)電一體化是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電子控制技術(shù)等眾多現(xiàn)代科學(xué)理論和傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)模式相結(jié)合的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)。

近些年來隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，機(jī)電一體化技術(shù)在應(yīng)用中不斷發(fā)展，社會(huì)越來越重視對(duì)機(jī)電一體化中電機(jī)的控制和保護(hù)[1]。到目前為止，我國在相應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)有所建樹，但是其中仍然存在一定的問題和不足，為了促進(jìn)機(jī)電一體化在工業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大過程中的作用的發(fā)揮，促進(jìn)機(jī)電一體化與生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，必須要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化應(yīng)用的控制與保護(hù)，而電機(jī)是機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的核心機(jī)構(gòu)有必要對(duì)其進(jìn)行特別的控制和保護(hù)[2]。

機(jī)電一體化應(yīng)用中對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制和保護(hù)旨在維持生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，從而促進(jìn)生產(chǎn)的質(zhì)量提高和效率提升，進(jìn)而構(gòu)建以機(jī)電一體化為核心的先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)模式。

1 機(jī)電一體化的具體內(nèi)容

1.1 機(jī)械技術(shù)

機(jī)電一體化是在傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)之上融入現(xiàn)代電子技術(shù)而誕生的一種較為先進(jìn)的新型生產(chǎn)技術(shù)，機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。其中機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與電子操控技術(shù)相結(jié)合，利用電子操控的高效率、優(yōu)質(zhì)量的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全流程的性能變更。在機(jī)電一體化應(yīng)用中常見的是機(jī)械技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的結(jié)合。

1.2 計(jì)算機(jī)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

機(jī)電一體化可以分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)部分，分別是“機(jī)”和“電”兩個(gè)部分?！皺C(jī)”是機(jī)電一體化中的機(jī)械部分，可以理解為硬件系統(tǒng)，而“電”就是所謂的計(jì)算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)部分，這是機(jī)電一體化技術(shù)和傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)最大的差別之處，也是機(jī)電一體化技術(shù)的核心，其是現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)、智正化生產(chǎn)及生產(chǎn)數(shù)控的精髓[3]。

1.3 傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。

2 機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，就現(xiàn)代的生產(chǎn)和生活來說，機(jī)電一體化基本應(yīng)用于所有有機(jī)械部件運(yùn)作的系統(tǒng)中，這里選擇幾個(gè)比較典型的機(jī)電一體化應(yīng)用的實(shí)例進(jìn)行淺析。

2.1 機(jī)器人

機(jī)器人是機(jī)電一體化應(yīng)用中最高端的一種類型，其具備自動(dòng)識(shí)別對(duì)象的功能，同時(shí)能夠執(zhí)行定位、抓取、搬運(yùn)等諸多復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作。機(jī)器人是在傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)之上結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而來的精密機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的多維結(jié)合體，是當(dāng)前最先進(jìn)、最精密的一種機(jī)電一體化現(xiàn)實(shí)模型之一[4]。

2.2 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化在生產(chǎn)領(lǐng)域最廣泛的應(yīng)用類別。傳統(tǒng)上我國機(jī)床生產(chǎn)由人工進(jìn)行控制和操作，一些結(jié)構(gòu)相對(duì)精密的部件或設(shè)備無法生產(chǎn)，但是在機(jī)電一體化理論下，電子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高效化、自動(dòng)化的生產(chǎn)機(jī)床[5]。并且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化的自動(dòng)化機(jī)床必然是未來制造領(lǐng)域的中堅(jiān)力量。

2.3 汽車電噴系統(tǒng)

車用電噴系統(tǒng)分為汽油電噴和柴油電噴系統(tǒng)，汽油電噴技術(shù)有較高的普及率，主要汽車企業(yè)均掌握了該技術(shù)。這種基于機(jī)電一體化理念的汽車電噴系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車燃料供給的嚴(yán)格控制，這對(duì)我國交通運(yùn)輸業(yè)的綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，是我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念下的技術(shù)攻關(guān)。

3 機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)存在的問題

3.1 控制與保護(hù)裝置無法滿足應(yīng)用需求

我國現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的電機(jī)控制與保護(hù)裝置是基于電磁理論和電熱理論同時(shí)借助熔斷器和短路保護(hù)裝置以及電磁繼電器構(gòu)建的電機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)，雖然這種系統(tǒng)是現(xiàn)階段能夠應(yīng)用于機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)的最科學(xué)的控制與保護(hù)裝置，但是綜合來說還不夠完善，主要是零件的靈敏性、有效性上存在缺失。

很多生產(chǎn)事故都與電機(jī)控制系統(tǒng)失靈有關(guān)，例如：自動(dòng)化機(jī)床不能準(zhǔn)確執(zhí)行指令造成操作人員受傷，生產(chǎn)中電機(jī)處于異常狀態(tài)不能正常生產(chǎn)作業(yè)等；這些事故有時(shí)是由于電機(jī)處于異常工作狀態(tài)，有時(shí)是過熱，有時(shí)是短路或其他異常問題，但是電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)沒有及時(shí)發(fā)揮作用，使電機(jī)在生產(chǎn)系統(tǒng)中以異常狀態(tài)保持作業(yè)，從而為生產(chǎn)事故埋下安全隱患。而往往更多的時(shí)候并非由于機(jī)電一體化系統(tǒng)中電機(jī)保護(hù)或控制系統(tǒng)缺失使電機(jī)失控，而是相應(yīng)的保護(hù)與控制系統(tǒng)在檢測到電機(jī)異常狀態(tài)后及時(shí)有效地發(fā)出警告或中止指令，這期間經(jīng)常存在一定的緩沖期或機(jī)械反應(yīng)期，而生產(chǎn)事故也大多發(fā)生在這期間。這主要是由于硬件功能上的不足，從而使電機(jī)控制與保護(hù)裝置無法完全滿足應(yīng)用需求[6]。

3.2 井下機(jī)電設(shè)備應(yīng)用方面存在的問題

井下機(jī)械設(shè)備電子化進(jìn)程在我國還未全面推廣，但是由于井下事故發(fā)生頻率較高，該問題應(yīng)當(dāng)納入研究的機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制和保護(hù)研究范疇。

目前，在井下機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用中還存在一些問題，這也就影響了電機(jī)控制與保護(hù)的功能與效果。其中最為薄弱的環(huán)節(jié)即為為鼠籠式異步電機(jī)，如果在此環(huán)節(jié)沒有進(jìn)行合理有效地應(yīng)用，那么就會(huì)導(dǎo)致許多電機(jī)的運(yùn)行故障的發(fā)生。這樣就會(huì)嚴(yán)重影響到電機(jī)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，所以相關(guān)人員必須要充分重視井下機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用問題，并且將其與電機(jī)控制與保護(hù)有機(jī)地結(jié)合起來，從而為機(jī)電一體化的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的保障。

4 機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)路徑分析

4.1 強(qiáng)化電流和電壓管控

電機(jī)是機(jī)電一體化應(yīng)用中的核心部件，其根本驅(qū)動(dòng)力是電力，通過電磁之間的轉(zhuǎn)化或電熱之間的轉(zhuǎn)化從而帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)。而以電為驅(qū)動(dòng)力的設(shè)備都有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，即電流和電壓，其是構(gòu)成電機(jī)功率的兩個(gè)重要數(shù)據(jù)。并且每一種規(guī)格的電機(jī)都有額定功率、額定電壓以及額定電流，如果電機(jī)處于正常作業(yè)狀態(tài)，那么這這幾項(xiàng)指標(biāo)在檢測中就會(huì)以正常數(shù)值呈現(xiàn)，因此一些細(xì)小的電機(jī)故障時(shí)可以通過這些數(shù)據(jù)反應(yīng)出來，并且電流、電壓等電機(jī)常規(guī)數(shù)據(jù)的獲取也相對(duì)簡單，通過常規(guī)的檢測儀表就可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化。當(dāng)電壓異常時(shí)，電機(jī)可能內(nèi)部電容出現(xiàn)問題，電阻設(shè)備發(fā)生異常；電流異常時(shí)，可能電機(jī)內(nèi)部線路存在短、斷路故障等。通過強(qiáng)化電機(jī)的電流和電壓檢測與管控進(jìn)而做到對(duì)電機(jī)故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)排除，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)的高?？刂婆c保護(hù)。

4.2 定期進(jìn)行設(shè)備全檢

電機(jī)是機(jī)電一體化應(yīng)用中的動(dòng)力供給裝置，就意味著其會(huì)長期處于高負(fù)荷工作狀態(tài)，而電機(jī)從本質(zhì)上來說也是一種機(jī)械設(shè)備，在使用的過程中難免出現(xiàn)磨損。這些磨損很有可能導(dǎo)致電機(jī)處于異常工作狀態(tài)，因此有必要定期對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電機(jī)進(jìn)行全面檢查，檢查的部分包括電機(jī)、傳導(dǎo)軸承、其他制動(dòng)部件等，對(duì)該修理的部分進(jìn)行維護(hù)、該替換的零件進(jìn)行更新等，排除有可能導(dǎo)致電機(jī)異常工作狀態(tài)的一切因素，從而保證電機(jī)時(shí)刻處于最佳工作狀態(tài)。

此外，一般而言，電機(jī)的使用壽命約為4～10萬小時(shí)，對(duì)于已經(jīng)超過服役期限的電機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行更換，以保持整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 清理電機(jī)作業(yè)環(huán)境

清理電機(jī)作業(yè)環(huán)境對(duì)各種情況下的電機(jī)控制和保護(hù)工作的促進(jìn)都有利，并且是最有效優(yōu)化井下作業(yè)電機(jī)控制和保護(hù)工作的途徑。由于井下作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，長期處于多灰塵、通風(fēng)不暢的狀態(tài)，電機(jī)在這種環(huán)境下作業(yè)很容易產(chǎn)生灰塵堆積、散熱不利的問題，而灰塵和散熱問題會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的對(duì)外輸出效率，并且井下環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢測和養(yǎng)護(hù)比較困難，這種時(shí)候就要盡可能通過改善電機(jī)作業(yè)環(huán)境來促進(jìn)井下電機(jī)的控制和保護(hù)工作進(jìn)行。例如，定期清理井下電機(jī)作業(yè)通道內(nèi)的灰塵，延緩電機(jī)發(fā)生灰塵堆積的周期；疏通井下通風(fēng)路徑，改善井下空氣循環(huán)條件，促進(jìn)井下作業(yè)電機(jī)的散熱效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)機(jī)電一體化的具體內(nèi)容與應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行探討，進(jìn)而提出機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)存在的問題，重點(diǎn)對(duì)相應(yīng)問題提出機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)路徑，以促進(jìn)機(jī)電一體化得到更廣泛和安全的應(yīng)用。

[1]王艷亮．對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)中電機(jī)控制的研究[J]．科技研究，2014（3）：89.

[2]吳定華．機(jī)電一體化中電機(jī)設(shè)備的控制保護(hù)問題分析[J]．工程技術(shù)，2016（18）：92-92.

[3]劉剛．機(jī)電一體化中電機(jī)設(shè)備的控制保護(hù)問題分析[J]．科技與創(chuàng)新，2016（18）：92-92.

[4]李紅軍．淺談機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)實(shí)用技術(shù)[J]．工程技術(shù)，2015（39）：96-96.

[5]康勁松，勞建忠．直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中永磁同步發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)研究[J]．機(jī)電一體化，2010（8）：13-17.

[6]胡展敏，袁登科．基于MRAS的永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制研究[J]．機(jī)電一體化，2014，20（11）：20-24.

Electromechanical Integration Path Research Application in the Motor Control and Protection

PAN Cai-xia
（Nanjing Communications Institute of Technology，Nanjing Jiangsu 211100，China）

In the past the production process，we use and control of mechanical basic done by manual operation. With the expanding of the scale of production and social changes in supply and demand，traditional way of mechanical production has been unable to adapt to the need of modern industry and market，modern electronic control and combination of traditional mechanical production management has become an inevitable choice for the future production.In the actual mechanical and electrical integration of motor control and protection is still exist many problems，the author in this article will discuss the mechanical and electrical integration application of motor control and protection of the relevant problems are analysed.

mechanical and electrical integration；the motor；mechanical technology

G648

A

1672-545X（2017）03-0208-02

2016-12-02

潘彩霞（1982-），江蘇人，講師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

企業(yè)管理