（编者按）“科学技术是第一生产力”，本文属于个人专业技术探索类文章，篇幅比较冗长，有兴趣的朋友可以详读，希望能通过本文比较深入，全面的总结阐述，进一步给机电设备设计工程师找到和电气联手的认知理论切入点，反促自己设计出更符合生产要求的机电一体化设备，从而为升职加薪做充分准备。

从10月份出厂的抛丸机，最近在特斯拉客户现场与机器人对接联调，出现的最大问题是双工位自转工具不能实现在上料位和抛丸位精准停车定位，从而影响到机器人抓取工件的及时性，也就影响到了整个生产节拍。老板和售后安装调试人员都在场，想不出如何正确快速解决问题，却打电话给我说，瓦的伺服电机能用不，给他查下，他的意思显然是想换功率大的电机解决问题。我对此不理解，就对他说，定位不准确显然是电气控制问题，不该是伺服电机问题。我本想在进一步说，只要设备能正常转动，说明电机功率足够，设备转速满足生产需要，说明减速机选取合理，仅仅是定位不准，说明程序和控制方式需要调整。

说实话，设备在出厂前，并没有充分细致地调试，只是通电试运转，每个动作基本正确，就打包发货了。一旦到了现场，客户几次验收，发现了不少问题，验收一次整改一次，涉及问题，包含最初的方案，最后的细化设计，制作，安装和采购，几乎每个环节的弱点都在客户验收阶段暴露了出来。这也是非标自动化设备普遍存在的问题。最后的结果是看起来很肥的肉经过三番五次的整改，消耗了很多超出预算的成本，那这块肉也就变成了一颗大白菜。

后来我深思了一下，定位不准的原因一是电控还不够理想，需要电气师充分发挥伺服电机的功能，将运用光电、接近开关信号的点位位置控制方式改为像数控机床那样运用程序控制，不过这样对控制器的要求就变了，目前用的是通用PLC控制器，而不是可实现坐标轴联动控制的专用控制器。本设备的自转和公转都需要基本精准的坐标位置控制，都是回转运动轨迹，算出起始位到目标位的弧长，就能计算出脉冲数，从而实现伺服电机的脉冲控制。或者按数控机床的圆弧插补法也能实现圆弧运动（我是搞机械设计的，在这里谈控制，恐怕让电气工程师，软件工程师们见笑了）。

不过我又想到了编码器，用外置编码器安装在机械回转轴端是不是就可以更准确的测量其转速和位置呢，将它检测到的实际位置用脉冲反馈给PLC，如果满足PLC预设条件就做出位置准停的控制信号给伺服电机，如果没有满足，就继续上一步的伺服电机运行，这需要在调试时，反复实践，记录准确位置所需参数，最后将程序固化下来。外置编码器的信号检测和反馈传输方式和光电，接近开关的相比较，更精确更可靠，另外如果运用绝对式编码器，一旦测定控制位置，就可以在程序中设定机械零点，一旦系统断电，原来测定的机械位置漂移了，但编码器会记住机械零点，系统上电后，可以操作程序，让机械回零。

另外，由于机械制造误差和装配误差，导致自转和公转的回转中心偏心值严重超差，导致它们在回转运动时出现一侧偏松，一侧偏紧的状况。偏紧时，这一侧就容易出现通过同步带附加在电机，减速机上的阻力，从而影响到伺服电机正常性能的发挥，出现电机过载报警的问题，而且这种报警没有规律。当然这种问题可以通过更换扭矩更大的伺服电机来解决。（机械修正不太现实）再者这种机械误差也会影响到编码器的检测准确性。

我和电气工程师交谈过我的以上想法，他当时否决了我，并提出说我设计的传动比不是整数，导致他刚调好的位置，在设备转动下一圈时又变了，这让我感到无语，但又不知如何继续和他讨论下去，不过我想，电气工程师总会有办法的。到后来，一直到交付给客户正式生产，电气控制和机械传动基本保持原样运行着。

从以上问题出发，我想谈谈“机电一体化”的非标自动化设备的设计。

首先谈谈“机电一体化”的概念。严格的讲，机电一体化设备必须是引入了数字脉冲信号传输运算与控制的设备才能叫机电一体化设备，也就是说这台设备必须运用了PLC，或CNC控制器，电液伺服控制阀等数字装置及多种传感器如光电开关，编码器等才能叫机电一体化设备，由于这些数字装置和元件的运用，简化或代替了一些机械机构，让设备布局与结构变得更加简单，紧凑，控制方式更加柔性，只需在触摸屏上修改参数，就能改变设备运行的时间、位置、速度等参数，从而扩大设备的功能范围，实现“高速，高效，高精度”的目标。

由此可见机电一体化设备的设计师不但要会机械设计，还要懂电控原理及相关的伺服电机，编码器，光栅尺，光电传感器，压力传感器，变频器等，开环控制需要哪些电气元件，闭环控制需要哪些电气元件。主要还是要熟练掌握实现数字控制的伺服/步进电机和行星减速机的选型，以及滚珠丝杆，同步轮、同步带，直线导轨，圆弧导轨等传动元件的选型。真正能做到“机”中有“电”，“电”中有“机”，机电互相高度融合，相互帮助，补充，共同完成目标。

具体来讲，“机”与“电”可以实现一体化的技术要点主要体现在以下几个方面：

一，动力部分的一体化如果合同技术要求设备运行的结果是负载，位置，速度，节拍，温度，有害气体和液体排放等满足生产规范要求，首先就要对满足这些技术参数的动力源进行评估，核算，初步确定所需电机，液压缸，气缸，风机，泵等类型，从而确定相对应的与电源，布线等有关的问题。当然这一块相对简单，比如变频，刹车，过热，过载保护，限位等问题，不必赘述。

二、控制部分的一体化控制部分是机电设备的核心部分，包括控制中枢和中间传输、转换和末端执行与反馈等问题。这里面首先要基于工况，成本，操作、维护等来进行设计，从而确定控制方案和具体的元器件选型。例如一台升降机构，如果是双位置控制，那一般气缸或油缸就可以，如果是多位置控制，就要首先排除气缸和油缸，而首选丝杆升降机构，并且动力部分选用伺服或步进电机，这时候采用通用PLC是很难实现多位置控制的，需要采用专业的单轴，二轴，三轴运动控制器来实现多位置控制。这里面的的机电设计关系是机械机构决定电气控制方式，同样的升降要求，但控制位置数目不同，电气控制随即变化，升降机构简单，就可以采用普通继电器控制，如果升降过程中需要多次位置控制需要，那么非用单轴运动控制器不可。

另外如果是同一台设备运用了多台普通电机，采用PLC数字控制完全可以。例如一台抛丸机，它主要由物料输送的双吊钩行走机构，抛丸自转机构，气动大门，抛丸器，提升机，分离器，碗阀，除尘器，等组成，每个机构都有自己的传动和控制要求，涉及输入，输出，延时等很多控制信号，用PLC来对这些信号进行处理，就很容易多了。

双工位转台式全自动抛丸机

度回转清砂机构

双层可伸缩送料机

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkyy/7352.html