基于物联网数控的机械机电自动化控制系统设计研究

章东斌

（海宁技师学院，海宁 314400）

在现代化网络技术跨越式发展的背景下，物联网为我国社会发展提供了有力支撑。作为新一代网络技术，物联网基于射频识别、红外感应器及激光扫描等设备的支持，根据网关设计构建物体与物体互联的交互形式。与传统以信息、服务器进行交互的方式相比，以物联网为核心的交互形式有利于实现对交互目标的定位、跟踪及管理，并将运行轨迹、参数及规律上传至移动终端。基于物联网数控的机械机电自动化控制系统有利于提升机械机电设备运行稳定性，同时可通过输入指令、参数自动化控制机械机电设备运行，对提高企业生产质量及效率具有深远意义。文章讨论与分析基于物联网数控的机械机电自动化控制，以期为相关研究提供参考。

1 基于物联网数控的机械机电自动化控制系统设计的重要性

目前，我国工业逐步向自动化和现代化方向发展。机械机电设备自动化控制系统的研究在全球范围内属于热点话题，为进一步提升机械机电自动化控制精准度及保障机械机电设备运行逻辑符合生产需求，各大企业纷纷依托物联网数控技术优化机械机电设备自动化控制系统。物联网数控技术作为物联网时代以“万物互联”为特征的时代产物，将其应用到机械机电自动化控制系统，可以实时获取与收集机械机电设备自动化运行中的数据、参数，帮助企业管理人员分析机械机电设备运行状态，提升机械机电自动化控制质量。通过物联网数控技术检索机械机电设备运行状态，可帮助企业判断机械机电运行逻辑是否符合企业生产需求，有利于企业生产效益最大化，同时提高机械机电设备自动化水平。

2 基于物联网数控的机械机电自动化控制系统设计

2.1 系统框架

基于物联网数控的机械机电自动化控制系统主要由传感器模块、数据采集与处理模块、控制模块及通信模块组成。通过传感器模块，机械机电设备可在物联网数控模式下实现自动化控制，并实时获取运行、生产中的数据。数据采集与处理模块是物联网数控下实现自动化控制系统设计的关键，主要负责收集与处理机械机电设备运行过程中产生的数据，具体涵盖数据提取、数据分类、数据清洗、数据转化及分析等处理过程，并将数据采集与处理结果上传至终端。控制模块是自动化控制系统设计中的关键，主要围绕企业生产流程需求确定生产步骤，并对相应运行参数进行调整，通过控制算法对反应器的化学反应过程、流量、温度等参数进行控制，以获取最好的效果。通信模块作为物联网数控的重要模块，是保障数据处理与控制算法相互联系的关键。

基于物联网数控的机械机电自动化控制系统，要求传感器、执行器、通信模块等设备互联，并从整体系统出发监控机械机电设备自动化运行及控制，具体需进行设备运行状态监测、设备生产流程控制及设备运行数据的分析。

2.1.1 运行状态监测

物联网数控可实时监测机械机电自动化设备，实时获取运行数据，有利于及时发现机械机电设备存在的问题。常见监测内容为设备温度、压力、振动等参数，有利于及时识别设备运行异常状态，减少因设备故障造成的损失[1]。

2.1.2 生产流程控制

通过物联网数控技术实现对机械机电设备运行、生产过程的全流程控制，通过植入控制算法自动化调整生产过程，并运用传感器实时采集生产数据，有利于提高整体生产质量及效率。例如，根据既定生产流程及标准参数，通过物联网数控自动化调节设备运行流量、温度参数[2]。

2.1.3 生产数据分析

通过物联网数控技术分析、采集、存储、整理生产数据后，可为企业数据分析提供决策帮助。通过设备运行故障分析和生产数据分析可进一步了解生产效率、产品质量方面存在的问题，继而为企业提供科学合理的生产计划[3]。

2.2 系统硬件设计

为了满足终端对设备运行数据的监控、交互及控制需求，机械机电自动化控制系统的硬件设计主要围绕设计需求及系统框架进行，具体硬件设计如下。

2.2.1 监控中心硬件选取

监控中心作为本次系统设计中的关键，是保障设备运行参数、状态数据实时获取与分析的关键。通过物联网数控理论数据化显示设备运行参数及状态，有利于及时识别设备运行中存在的问题，具体参数如表1所示[4]。

表1 TPS51206DSQR 技术参数

2.2.2 通信中心硬件选取

此次系统硬件选择主要以选取低功耗165 MHz 的高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）接收器ADv7611BSWZ-RL 为信息终端，搭载RT9173CPSP。分辨率为8.0 px，工作温度为-40 ～85 ℃。

RT9173CPSP 作为保障数据交换中心运行数据的准确性元件，有利于提高数据传输效率及质量，并与终端数据库对接，完成整体数据交互，为机械机电自动化控制、监控提供有力支撑。

2.2.3 远程控制硬件选取

本次远程控制硬件中央处理器（Central Processing Unit，CPU）选择主要以16 位、支持258 GB 数据空间的运行为标准，要求CPU 发出控制信息，并根据相关通信协议、硬件设备进行连接。为保障数控系统设计准确性，此次选取具有第二代双倍数据速率同步动态随机存取存储器（Double Data Rate，DDR）关断引脚的1.5A DDR 终端稳压器8-SOIC 0 to 125（LP2996MX/NOPB）作为感知元件。具体参数如表2 所示。

表2 LP2996MX/NOPB 参数

2.3 系统软件设计

2.3.1 采集程序设计

采集程序是实现机械机电设备自动化控制的重要组成部分，通过数据采集程序设计可以动态调整机械机电设备运行状态、数据及参数[5]。通过与数据交互中心、监控中心对接，监控中心根据生产需求传递机械机电设备生产流程、程度数据后实现机械机电设备自动化控制。需注意，机械机电设备采集程序设计要保障数据类型的统一，并在数据传输与交互的过程中保障数据传输的互通性，规避传统数据采集设计以“单元”为分界导致数据传输存在孤岛化的问题。具体采集系统设计程序如图1 所示。

图1 采集程序设计

2.3.2 控制程序设计

基于物联网数控的机械机电设备自动化控制程序设计应围绕物联网特征，通过分析机械机电设备运行状态、生产流程后，结合实际生产环节，编辑机械机电设备控制程序。机械机电设备自动化控制程序设计主要通过通信模块、数据采集等基础模板，根据传感器、无线通信模块与CPU 融合，依托控制程度处理与支配CPU 运行逻辑，实现机械机电设备自动化控制。

在具体设计中，应围绕设备运行监控、监控显示及数据库展开设计。第一，运行监控。通过安装物联网传感器、分析器，管理机械机电设备运行状态及流程，监控与获取设备温度、湿度等指标，将数据上传至分析器后，分析器将判断设备运行是否存在问题，如设备存在问题则将数据上传至后台系统。第二，监控显示。对机械机电设备运行状态、参数设计界面警报指示灯，生产人员可根据设备指示灯运行状态判断设备运行状态。机械机电设备正常运行状态为“绿灯”常亮，若出现设备运行故障、参数设计问题，设备指示灯会亮“红灯”。第三，数据库。监控数据库主要包含设备运行日志、设备维修记录等重要数据信息，该数据库建设标准较为关键。在具体设计中，应从机械机电自动化监控系统与物联网数控的兼容性角度出发，搭建符合企业要求的数据库。

3 讨论

目前，我国关于物联网数控应用于机械机电设备的研究仍停留在表面，其中如何保障机械机电设备自动化控制系统运行中的数据安全性，是当前物联网数控下机械机电自动化控制系统设计的关键。另外，因企业工作人员操作因素，在机械机电自动化运行中不可避免会导致数据产生波动。为保障数据安全性及机械机电设备运行稳定性，应做好机械机电设备运行产生数据的监控，提升数据安全性的同时，规避数据波动导致机械机电设备运行异常的状态发展。企业管理人员应关注机械机电设备自动化控制系统产生的数据，通过物联网数控技术实时获取与跟踪处理机械机电设备产生的数据，有利于结合终端数据库中的异常运行数量分析机械机电设备，延长设备使用年限。此外，物联网数控技术中的核心为传感器、通信技术，在物联网数控自动化控制系统设计中，应界定以太网网关、数据格式等标准，并做好硬件、软件等工作的设计，有效提升机械机电设备自动化控制运行的稳定性。基于物联网数控的机械机电自动化控制系统设计完成后，有关人员应积极利用LabVIEW 软件，机械机电设备自动化运行状态进行仿真实验，并处理系统的计算数据，保障整体系统设计的合理性。

4 结语

分析基于物联网数控的机械机电自动化控制系统设计理论后，从设计需求、系统框架及系统设计3 个维度论述基于物联网数控的机械机电自动化控制系统的设计思路。通过深度讨论与分析基于物联网数控的机械机电自动化控制系统软件、硬件设计，加强对机电机械设备自动化运行中的参数、逻辑控制、数据传输及监控设计，以此提升基于物联网数控的机械机电自动化控制系统设计质量。