关键词：自动控制系统；机械手；锻造；PLC
PLC是80年展起来的一种新型的电器控制装置，它将传统的继电器控制技术融为一体，目前正以功能强、体积小、成本低、编程简单、修改方便等显著优点被广泛应用于工业生产过程的自动控制中。近年，机械手普遍应用于一些自动化生产厂家，采用PLC控制取代传统体积大、易出故障的继电器--接触器控制，取得了良好的社会与经济效益。
1.工作过程及控制要求
机械手的工作是由气缸驱动的，气缸由对应的电磁阀控制，其中，上升、下降和左移、右移分别由双线圈两位置电磁阀控制。例如，当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止，只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移、右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制，机械手的放松、夹紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制，当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松，当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机械手下降，也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降，所以要用光电开关进行无工件检测。
机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为步进、单周期和连续操作方式。手动操作：用各按钮开关来接通或断开各负载的工作方式，选择开关旋到手动操作时各按钮就执行该操作。旋到返回原点时，机械手自动返回到它的原点位。自动操作：单步操作，每按一次启动按钮，向前执行一步动作的工作方式，单周期操作，机械手在原点位时，按下启动按钮，自动地执行一个周期的操作，操作完成后，机械手停在原点位，如果在操作过程中，按下停止按钮，则机器停留在该工序上，如果再按启动按钮，则又在该工序继续工作，最后自动停止在原点位。连续操作，机械手处在原点位时，按下启动按钮，机器就连续重复地工作，如果按下停止按钮，机器运行到原点位，再停机。机械手的结构图如图1所示。
2.机械手的任务
机械手的任务是将A工位的工件搬运到B工位。为了机械手的动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，对机械手分别进行下降，夹紧，上升，右移的限位并发出到位的输入信号。A工位上装有电光开关，用于检测A工位上是否有工件。机械手的启动由SB1控制，停止由SB2控制。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松的驱动分别由五个电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5和三个液压泵来控制。如图2所示。
图2机械手的任务控制图
控制要求：按下SB1启动按钮，机械手系统工作。首先机械手回到原点位置。当光电感应检测到有工件时，机械手自动向下。下降到位时，机械手自动夹紧，夹紧1秒机械手上升。上升到位时，机械手自动右移，右移到位时机械手自动下降。下降到位时，机械手自动放松，放松1秒后机械手自动上升。上升到位时机械手自动左移，回到原点自动循环。
3.系统软件设计
尽管系统只有两种，但实际是有五种工作方式，状态的初始化，初始化状态置位按下返回原点按钮，则表示机器初始化条件的初始状态器在返回原点方式情况置位，在单步操作方式情况复位，中间状态处于中间工序的状态器要用手动复位操作，具体有单一操作，返回原点状态器由电池支持，在掉电情况下，仍保持掉点前的条件，用功能指令，可使中间状态器同时复位如果状态器要在电源恢复供电时，从掉电前的状态开始继续工作，则不需要，初始化脉冲，此时由置位指令驱动的输出继电器就要通过由电池支持的辅助继电器来驱动。
（1）状态转换启动。在自动操作（步进、单周期、连续）期间，按下启动按钮。
（2）总装调试。软件编写完成后，在总装调试前经过模拟调试，用模拟开关模拟输入信号的状态，用输出点指示灯模拟被控对象，经过调试能正常运行。
4.锻造操作机械手的机械结构及PLC控制
锻造操作机是实现锻造车问锻造机械化与自动化的重要设备，其主要用途是夹持锻件来配合主机完成锻造工作，或坯料的装出炉运输和堆放等，因此，操作机械手必须具有以下基本功能：钳口夹紧与松开；钳杆旋转；夹钳平行升降及倾斜；台架回转或夹钳摆移；大车行走。由于该操作机械手设计主要是用于生产线上的，所以设计成为有轨锻造操作机械手，因而取消了台架回转或夹钳左右摆动功能。共有五个自由度，十个方向的动作。其中夹钳倾斜方向上的自由度依靠丝杆手工完成。其余动作均由液压汕缸、液压马达完成。
锻造操作机械手为克服锻造过程中的由于振动而引起的不稳定性，并提高工作的可靠性。采用高精度液压油缸及液压马达为动力源进行驱动。
电气控制系统的设计主要目的是控制液压系统中的四个电磁换向阀进行动作。为了在实际中使用操作灵活方便，在电气线路设计上我们的思路是设计成机械手的手动控制与自动控制相结合的原则，同时保证在二者操作过程中有互锁装置不得相互影响。这样设计的优点是当生产线上自动控制遇到故障时，关闭自动控制系统由手动控制同样可以完成。除此而外，在初调试过程中可用手动使操作机城手到达锻压机的适当位置。
电气控制及手动控制原理是主要依靠可编程控制器上的继电器，带动双向开关DK1--DK4来控制电磁换向阀上的线圈，通电吸合达到控制操作机械手液压回路，进而控制操作机械手的各个动作。
锻造操作机械手工作的场地环境十分恶劣，应尽量采用自动控制方式代替原始的手动方法。为此，经反复论证，决定采用PLC可编程控制器实现白动控制，如北京机械工业自动化研究所生产的KB系列可编程控制器，这是因为PC可完成开关量的逻辑运算和控制，有计时、计数、移位、步控及在线监视等功能，对来自按钮、限位开关、传感器等的输入信号可进行检查，又可根据程序设计输入信号状态等信息，产生所需输出信号。由于锻造机械手的自动控制最终基本上可归结为开关量的控制。因而采用PC机控制方案是可行的。这样可利用PC控制器的程序设置驱动操作机械手的电动机控制器、接触器、电磁阀及指示灯类的负载，使用灵活方便。用户不需使用复杂的计算机软件就可应用，而是采用梯形逻辑图进行编程控制。
5.结束语
通过采用机械手，不但提高了工作效率，增加了安全性，而且提高生产机械化程度。随着我国生产行业机械化程度的提高，大型流水线厂房的不断落成，机械手的应用会越来越普遍。作为一名设计人员，需要深入地了解生产工序和流程，合理运用现代化的电子、机械设备的特点，设计出功能实用、性能优异、外观美观、操作维修方便、运行安全的机械手，为我国的飞速发展做出新的贡献。
参考文献
[1]钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，1992.
[2]赵明.工厂电气控制设备[M].北京：机械工业出版社，1999.
关键词：煤炭开采；电气自动化；应用
1概述
在煤炭开采过程中，采煤工艺技术直接决定了矿井的生产能力，同时生产设备也是矿井安全高效开采的重要因素。生产设备先进性、自动化、安全性，更多的由生产设备的电气自动化水平决定，电气自动化技术在煤矿开采过程中占有重要的作用，进一步推进煤矿安全高效的开采。虽然目前我国的生产机械设备自动化技术较上个世纪煤炭开采技术有了很大的提高，但是与一些先进的采煤发达国家相比，我国的电气自动化水平在煤炭领域的应用还是很少，而且应用规模不大，煤矿生产机械设备的电气化调试还处于研发过程中，关键设备仍需要引进，总体而言我国的煤炭生产机械设备的电气化技术仍处在一个落后的阶段。所以，在当前煤矿事故不断的情况下，只有当电气自动化在煤矿领域更深入广泛的应用，提高电气设备的自动化水平，以及工作人员操作技能及自我安全意识，才能保证工作人员的生命安全，降低工人的劳动强度，最终实现无人机械化开采。所以，如何提高电气设备的自动化水平、工作人员的操作技能成为了矿井安全管理的一个重要内容。
2采煤工作面综合机械化采煤技术
采煤工作面综合机械化采煤技术是指工作面的采煤、运输、支护的过程全部自动机械化，采煤工作面综合机械化采煤技术在目前而言，较普通机械化开采、炮采而言，是一种先进的采煤工艺，大大减轻了工作人员的劳动力度，提高了工作人员的安全性，提高了工作面的生产能力，使得采煤工作面的生产效率得到提高。因此，综合机械化开采技术中，电气自动化技术在生产设备更广泛的应用，以及电气自动化水平的提高，可以更进一步加强煤矿的安全生产，是目前采煤工艺的发展一个重要方向。
2.1综合机械化采煤的各种设备
采煤工作面的机械设备主要包括采煤机、自移式液压支架、刮板输送机、带式输送机等机械化设备。采煤机，主要负责落煤；刮板输送机主要负责装煤；自移式液压支架负责在采煤机割煤后，及时的支护顶板，保护工人的安全；带式输送机负责煤炭运出工作面。在这些机械化设备中，电气自动技术在其中的应用很成熟，能够熟悉相互间的配合，工作人员仅需按动按钮，大大降低了工作人员的劳动强度，安全高效的开采煤炭资源。
2.2机械化设备的特点
机械化设备的一个重要特点就是采用了横向多电机布置技术。例如刮板输送机的供电方式是采用双电缆供电，其在遥控器上以中文显示运行情况和自检情况，通过内部集成计算机控制计算进行操作和控制。刮板输送机的具体特点包括：一是刮板输送机的为分体的框架焊接结构，灵活性强，能单独的对其安装，而且各个部分之间无动力传递关系。二是刮板运输机智能系统是计算机控制，自动化程度高，系统可靠性高，而且能够随时的显示刮板输送机的运行情况，中文字幕显示，方便易懂。三是，采用无链牵引的变频调速销轨式的牵引方式，销排式无链牵系统运行可靠，能够使采煤机更好的适应不同条件下的采煤工作面，而且有较大的牵引力，能够牵引较大重量的采煤机和自移式液压支架。
3电气自动化技术在煤炭领域的应用
采煤机、自移式液压支架、刮板输送机等机电设备首先应用在中厚煤层的地质条件下，采煤机设备随着电气自动化的不断发展，逐步向大功率、高强力的滚筒采煤机方向发展。液压支架则向高工作阻力、高支撑高度方向发展，并且发展了多种支撑形式，如支撑掩护式、支撑式、掩护式等多种适应不同地质条件的形式，同时液压支架采用了电液控制系统，电气自动化在液压支架的更大范围的应用是今后液压支架发展的一个重要方向。目前，我国只有少数的工作面应用了电液控系统的液压支架。
电气自动化技术在煤矿机械设备领域的更深入的应用，使得煤矿开采的安全性得到了大幅度的提高。我国的采煤机主要研究是远程监控系统、远程诊断检查系统以及系统的可靠性、自检性；自移式液压支架有完善的支架液压系统，正确的检测受力点的压力及状态，实现支架推移输送机自动调节位移等，这些电气自动化的水平的提高，能够实现工作面全部自动化开采。目前主要解决的是工作面设备的故障诊断、预报、自动控制等一些自动化技术的完善，以此提高电气自动化在采煤工作面的应用，提高自动化、机械化水平。
4煤炭领域应用电气自动化技术的前景
4.1系统的网络化
当前数字化应用技术在煤炭行业取得了一定范围的应用，控制网格采用现代化的冗余结构，可以大量的降低工作人员的劳动强度，可以使得部分工作能够用自动化技术完全，使得煤矿的生产效率得到了提高，同时提高了工作人员的安全性。
4.2系统监控的综合化
现阶段，电气设备在煤矿开采中部分应用比较广泛，如何确保电气设备的组织灵活、可靠、稳定成为当前研究的主要方向。所以功能显示在屏幕上，通过屏幕按钮完成，为煤矿生产系统的综合监控提供了可能性，采用了综合监控，能够形成多重冗余，进一步的推进煤矿生产设备的智能化发展。
随着经济的高度发展，和科技突发式的进步，以及人性化、人生安全的高度重视，电气自动化技术在煤矿领域的应用更加显得尤为重要。电气自动化在煤矿开采方面的深入广泛的应用，不仅能够提高煤矿的生产能力，提高工作人员的劳动效率，降低工作人员的劳动强度，同时能够最大限度的保障工作人员的生命安全，为安全高产高效矿井提供一个技术支撑。因此，在未来时间里，电气自动化技术在煤炭领域中，将会得到更大范围的应用，电气自动化技术更加的先进成熟，电气自动化技术应用前景十分广阔。
5结束语
煤炭企业的安全高产高效矿井的建立，离不开电气自动化技术在煤炭行业的应用，电气自动化技术的应用不仅能够提高煤矿的生产能力，提高工作人员的劳动效率，降低工作人员的劳动强度，同时能够最大限度的保障工作人员的生命安全，为安全高产高效矿井提供一个技术支撑。所以，煤炭企业应当积极的引进先进的电气自动化技术，积极研发电气自动化技术，最大能力的将电气自动化应用在煤矿领域，这是煤炭企业可持续发展及增强整体竞争力的必由之路。
参考文献
[1]刘化州，范慧.有关电气自动化技术在煤矿的应用分析[J].数字技术与应用，2012（4）：135-137.
[2]孙晓辉.电气自动化的发展现状与在机械采煤中的运用[J].科技资讯，2010（19）：24-28.
【关键词】机电一体化；工程机械；电子控制
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着相关技术的不断发展，其内容将不断更新。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、光学技术、电力电子技术、接口技术等群体技术，合理配置各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术，它使工业生产由“机械电气化”迈人了“机电一体化”为特征的发展阶段。
1.机电一体化概要
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2.机电一体化在工程机械中的应用
机电一体化技术从20世纪70年代中期开始在国外工程机械上得到应用。80年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起．推动了工程机械制造技术的迅速发展，特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等的发展及其在工程机械上的应用，从根本上改变了工程机械的面貌，极大促进了产品性能的提高，使工程机械进入了一个全新的发展阶段。以微机或微处理器为核心的电子控制系统目前在国外_T程机械上的应用已相当普及，并已成高性能工程机械不可缺少的组成部分。工程机械的机电一体化和智能化将是今后的发展方向现代工程施工中，工程机械的性能、自动化程度及其经济性等可直接影响到施工工艺的好坏：而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。电子控制系统已成为现代工程机械技术水平的一个重要依据。随着科学技术的不断发展及对产品性能要求不断提高，电子控制系统在工程机械中所占的比重将会越来越大，其功能将会越来越强，应用范围也将越来越广，而且其复杂程度也随之提高，这样就对使用与维修人员提出了更高的要求。
3.工程机械的电子控制系统功能
利用工程机械的机电一体化和智能化，生产效率高且能量损失小，节约能源；自动化程度高，施工质量好，精度高；性能稳定，工作可靠，安全，使用寿命长：具有较好的经济性；高的技术价格比和低的制造与使用成本；操作简单、轻便、劳动强度低，驾驶员的工作条件好，具有运行状态监视、故障自诊及自动报警功能，能及时准确地指出故障部位，减少停机维修作业时间。目前工程机械的电子控制系统主要实现如下功能。
(1)电子监控、自动报警及故障自诊。即对工程机械的发动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的运行状态监控，工作中一旦出现异常现象，能自动报警并准确地指出故障的部位，从而改善驾驶员的工作条件，提高机器的工作效率，简化设备维护检查工作，降低使用维修费用，缩短停机维修时间，延长设备的使用寿命。
(2)节能降耗，提高生产率。传统工程机械的能量利用率较低，例如液压挖掘机的燃料能量利用率仅为30％左右，如此低的能量利用率迫使工程机械的发展必须着眼于节能。日本小松公司挖掘机采用新型节能控制器。具有良好的节能效果，燃料可节省23％；日本日立公司挖掘机节能控制系统采用了卡特电子效率控制系统，通过对发动机和泵的综合控制，使功率的利用率可达98％，同时生产率也大大提高。
(3)柴油机的控制。采用电子调速器、电子油门控制装置、自动停机装置、自动升温控制装置等。
(4)提高作业精度。为保证成品料的作业精度，现代沥青及水泥混凝土拌和设备广泛采用了微机控制的电子称量系统，并使称量过程实现了自动化。自动找平系统的应用，使沥青混凝土摊铺机的施工质量有了较大的提高。采有超声波技术的自动供料系统，使沥青混凝土摊铺机的供料实现了自动调节，进一步提高了摊铺质量。推土机铲刀、平地机刮刀、铲运机铲斗刀刃的电子控制，不仅提高了作业精度和作业效率，而且也减轻了操作人员的劳动强度。
(5)作业过程的自动化或半自动化。工程机械实现自动化或半自动化控制，可以减轻操作者的劳动强度，提高生产率，并减少因操作者的经验不足对作业精度的影响，例如，日本三菱公司的挖掘机设有挖掘轨迹控制系统，操作者在控制板上设定好铲斗运动轨迹的形状后，微机控制系统能够根据各种角度传感器的信号，自动控制动臂、斗杆和铲刀的运动，实现各种特定开口和断面沟槽、斜面的精确挖掘，使挖掘作业实现了自动化。
4.结语
机电一体化决不是机械与电子两种技术的混合或简单叠加，而是两者的有机结合。机电一体化系统是先进的自动控制系统，可以处理更多被控参数的复杂情况，计算速度也更快、更准确。机电一体化技术是新技术，是在传统技术的基础上发展而来的，机电一体化技术具有明显的综合性和先进性。机电一体化技术既不同于传统的机械技术、电子技术和微电子技术，又不同于普通的计算机技术，而是将这些技术相互融合、相互渗透并产生飞跃而形成的新技术。
【参考文献】