吳 磊

（核工業(yè)大連應用技術研究所，遼寧 大連 116031）

0 引言

在科學技術飛速發(fā)展的背景下，自動化技術愈發(fā)先進，為生產(chǎn)和生活提供了極大的便利條件，將自動化技術應用到工業(yè)生產(chǎn)中，可大幅度降低人為因素對生產(chǎn)質量造成的影響。但工業(yè)自動化設備具有很強的綜合性和技術性，對設計制造和安裝調試的效果有嚴格要求。 因此，要先提升工業(yè)自動化設備運行的穩(wěn)定性，保障生產(chǎn)質量和生產(chǎn)效率，就必須從設計制造和安裝調試兩個方面同時入手。 基于此，開展工業(yè)自動化設備的設計制造及安裝調試方法的研究就顯得尤為必要。

1 工業(yè)自動化設備的特點

和其他自動化設備相比，工業(yè)生產(chǎn)中應用的自動化設備具有其獨特的特點， 主要體現(xiàn)在以下幾個方面：其一，工業(yè)自動化設備具有很高的自動化程序，幾乎無需人為干預操作， 可實現(xiàn)遠程控制和無人值班；其二，工業(yè)自動化設備具有極高的工作效率，可大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品品質；其三，工業(yè)自動化設備在運行過程中，有獨立的運行程序，生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性比較高；其四，工業(yè)自動化設備可滿足大批量、大規(guī)模生產(chǎn)，可降低生產(chǎn)成本，幫助工業(yè)企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟效益。

2 工業(yè)自動化設備的設計制造方法

工業(yè)自動化設備設計制造是非常重要的環(huán)節(jié)，對后期設備運行的質量、安全及能否滿足工程生產(chǎn)要求有較大影響。因此，在設計制造之前，需要先明確工業(yè)生產(chǎn)的具體需求、工業(yè)自動化設備質量的需求、設備的運行工作環(huán)境、生產(chǎn)參數(shù)指標等多項內容，綜合考慮存在的影響因素， 先選擇出3～5 種設計制造方案，然后通過對方案可行性、合理性的分析，選擇出最佳的設計制造方案，再交由設計制造工程師對選擇的方案進行審核，審核通過后才能著手設計制造，以保證設計制造方案的科學性，為后期研究、設計、開發(fā)、制造等提供指導。

在具體設計中， 必須選擇最優(yōu)化的設計方法，并能夠充分體現(xiàn)出自動化控制技術，目前工業(yè)自動化設備設計中應用最多的方法是狀態(tài)空間設計法，主要機理是通過先進狀態(tài)觀測器，對工業(yè)自動化設備的實際控制能力進行調整和控制，在調整和控制時需要按照計算機傳遞函數(shù)得出的結果進行調整，而不是隨意或者按照自身經(jīng)驗進行調整。 但隨著科學技術的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中對工業(yè)自動化設備的制造精度提出了更高的要求， 雖然狀況空間設計法可以獲得一定的效果，但也存在較大局限性，比如：無法清楚有效地觀察控制系統(tǒng)內部的變化情況，從而有效提高工業(yè)自動化設備的制造精度?；诖朔N情況，在設計過程中，可融入人工智能技術、現(xiàn)代控制理論、模塊控制技術等，實現(xiàn)工業(yè)自動化設備設計制造的三維立體可視化，再通過多變量系統(tǒng)、多輸入/輸出系統(tǒng)等，就可以實現(xiàn)內外全部精確控制。比如：在工業(yè)自動化設備設計制造中，可采用數(shù)字式PID 控制系統(tǒng)， 進一步明確PID 的參數(shù)，實現(xiàn)設計制造的最優(yōu)化[1]。

當工業(yè)自動化設備設計完成之后，需要對性能進行測試分析，保證各項設備都符合工業(yè)自動化生產(chǎn)的需求，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，確認各項指標都達標之后，才能進行制造。在制造中為避免發(fā)生材料和資源的無故浪費，可先進行模型制造，并對每個模塊的相關功能進行合理分析， 避免在生產(chǎn)制造過程中發(fā)生問題，通過此種方法，可及時對存在的問題、故障等異常情況進行全面排查診斷，保證工業(yè)自動化設備制造過程順利進行。

3 工業(yè)自動化設備的安裝調試方法

當工業(yè)自動化設備設計制造完成之后，在投入使用之前，還要開展安裝調試，確認各項參數(shù)和指標均達到設計要求和實際需求之后，才能投入運行。 安裝調試是一項比較系統(tǒng)且技術含量較高的工作，需要綜合考慮工業(yè)自動化設備控制系統(tǒng)硬件和軟件兩個方面的內容，其中硬件問題相對簡單，在安裝調試中只需要保證硬件的性能、型號等都滿足要求即可。 但也不能忽略硬件設備的接線和保護線按照調試，以保證工業(yè)自動化設備投入使用運行的安全性。軟件的安裝和調試則比較復雜， 需要結合工業(yè)自動化設備的特性、運行傳輸、工作環(huán)境等，對所選的軟件進行深入研究， 選出和工業(yè)自動化設備運行參數(shù)相符的軟件，是保證工業(yè)自動化設備安全、穩(wěn)定運行的關鍵。

尤其是在工業(yè)自動化設備檢查時，要結合設備的運行結構原理圖，在充分了解和掌握設備結構組成情況和各部件具體功能的基礎上， 開展有針對性測試。為保證測試結果的準確性，需要嚴格按照測試流程進行測試，先是輸入某一個輸入量，此輸入量經(jīng)過工業(yè)自動化設備之后，觀察該輸入量的變化情況。 再按照輸入量來檢測工業(yè)自動化設備的性能。 比如：PLC 可編程自動化控制系統(tǒng)是常用的工業(yè)自動化設備控制系統(tǒng)，在設備運行控制中，有兩種控制方法，一種是開環(huán)控制法，另一種是閉環(huán)控制法。 如果采用了開環(huán)控制法，則輸出量的信息很難及時反饋到輸入中，也就是說工業(yè)自動化設備中的輸入量無法根據(jù)輸出量進行有效調節(jié)，控制效果比較差。 而閉環(huán)控制法相對比較先進，可實現(xiàn)有效控制。比如：在工業(yè)自動化設備控制系統(tǒng)中，采用了PID 控制器技術，則控制規(guī)律可用以下公式表示：

與此公式相互對應的PID 調節(jié)器的傳遞函數(shù)可以下公式來表示：

此函數(shù)中Kp 表示的是比例增；u（t）表示的是控制量；e（t）表示的是偏差量[2]。

通過對工業(yè)自動化設備的控制性能測試，是安裝調試的主要環(huán)節(jié)， 主要目的是測試工業(yè)自動化設備是否具有負反饋的控制性能，從而為設備安裝調試提供數(shù)據(jù)支持和理論指導[3]。

傳感器是工業(yè)自動化設備的主要組分部分，傳感器安裝調試也是重中之重。 目前，在工業(yè)自動化設備中常用的傳感器是光電開關，具有反應速度快、靈敏度高等優(yōu)勢，此種優(yōu)勢是工業(yè)自動化設備比較重要的性能，而且結構相對簡單，布置方式也比較靈活。常用的光電開關有三種，一種是反射光電傳感器，一種對射式光電傳感器，另一種是位移傳感器。 這三種傳感器在性能和作用方面有一定差別， 在具體安裝調試中，需要結合工業(yè)自動化設備的性能及現(xiàn)場運行情況合理選擇，以最大限度地提升工業(yè)自動化設備運行的穩(wěn)定性和工作性能[4]。 比如：位移傳感器，可按照工業(yè)自動化設備位置的變化，將發(fā)生位移變化的相關信號輸入到位移傳感器中， 最后再反饋給工業(yè)自動化設備， 通過自動化控制算法就可以實現(xiàn)設備的位移控制。除此之外，在工業(yè)自動化設備安裝調試中，還要對中是編碼器的安裝及調試，目前絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)設備自動化控制都是數(shù)字信號控制，編碼器用于數(shù)字信號的傳遞，以便及時獲知設備運行情況。

4 工業(yè)自動化設備的發(fā)展趨勢

工業(yè)是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，因此，近年來，我國對工業(yè)生產(chǎn)自動化、智慧化、科技化投入了大量精力，數(shù)控技術、自動化技術、人工智能技術等高新技術被廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)展至今，基本上實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)設備的升級轉型， 機械工程領域取得了重大突破，工業(yè)自動化設備的應用范圍愈發(fā)廣泛，并取得了良好成績。但就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，仍然存在很多問題亟待解決，比如：工業(yè)自動化設備的附加值較低、很多工業(yè)自動化設備依賴國際進口、 自主設計制造創(chuàng)新能力不足等。再加上傳統(tǒng)理念和文化環(huán)境的影響，致使很多高技術人才不愿投入工業(yè)自動化設備設計研發(fā)中，缺乏技術型人才，致使我國工業(yè)發(fā)展一直難以取得重大突破性成績。在此種背景下，工業(yè)自動化設備的設計制造既能有效解決和處理當前存在的問題， 還能帶動相關產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展?？偠灾I(yè)自動化設備具有良好的發(fā)展前景和發(fā)展空間[5]。需要相關單位和政府不斷加大對工業(yè)自動化設備設計制造和安裝調試研究的投入力度，以提升設備的性能和附加值，從而設計出更加適合我國工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的工業(yè)自動化設備， 縮小和發(fā)達國家之間的差距。

5 結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了工業(yè)自動化設備的設計制造及安裝調試，分析結果表明，工業(yè)自動化設備是工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)自動化、智能化、智慧化、科技化、人性化發(fā)展的前提條件。 涉及硬件設備和軟件兩個方面，其中軟件控制算法的性能對工業(yè)自動化設備的工作性能有較大影響，需要結合工業(yè)自動化設備的特性， 按照相應的標準和規(guī)范開展設計制造研究，并選擇合理的安裝調試方法，這樣才能最大限度地提升工業(yè)自動化設備的性能，促使我國工業(yè)事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。