工程机械电气设备自动化技术研究

周峰，连超

（威海石岛重工有限公司，山东 威海 264309）

在国内经济发展速度不断加快的背景下，工程机械制造领域对电气设备自动化技术的应用占据关键地位。工程机械设备稳定性、适用性与整个行业的生产效率密切相关。因此，该行业对机械设备各项指标的控制要求是非常严格的。生产控制领域中电气自动化技术不但能够对工程机械设备功能进行合理优化，还可以促进系统控制效率的提升，推动机械设备自动化系统升级创新。因此，我们需要积极尝试掌握电气自动化技术控制要点，与机械设备实际情况相结合，落实一套完善的机械控制系统模式，考虑工程机械设备应用要点，解决传统机械设备控制模式中存在的一系列问题，推动机械设备控制模式的创新与优化发展。

1 工程机械电气设备自动化技术应用意义

工程机械领域电气设备自动化技术应用不断成熟与发展，为促进电气设备自动化技术与效率的合理提升，需要使工程机械电气设备工程运作呈现出标准化以及制度化发展趋势。尤其是我国当前社会经济发展速度提升，工程机械领域行业规模持续扩大，导致工程机械以及电气设备安装行业规模增大。同时，受相关行业领域发展速度进一步提升的影响，工程机械以及电气设备安装呈现出专业化发展趋势。为了满足工程机械电气设备自动化发展需求，需要落实全方位标准化管理，采取一系列科学方法对项目管理内容进行严格控制，以促进项目施工效率的提升，确保项目建设任务的顺利落实。在工程机械以及电气设备安装环节中，落实项目控制策略，确保项目战略措施实施期间自动化技术优势得到充分发挥。依赖于项目管理措施的有效落实，可减少资源浪费问题，同时推动行业经济效益水平的提升。同时，基于对电气设备自动化技术的应用，通过引入BIM 技术的方式，在工程机械电气设备安装中预先进行仿真计算，以获取准确数据并在实际安装应用中加以体现，以保障工程机械电气设备自动化技术应用价值的顺利实现。

2 工程机械电气设备自动化应用原则

（1）技术性原则。工程机械设计制造技术持续发展与更新，对保障工程机械设计制造领域自动化生产设备持续优化有重要促进的作用。在自动化生产设备应用期间，需要确保最终成品达到满意状态，使其能够符合预期设计标准，同时使机械设备使用发展需求得到充分满足。在工程机械制造设计领域中，需要对技术性指标内容进行充分考量，包括设备使用年限以及工作强度等，以提高工程机械设备与市场需求的契合性，减少设计以及制造弊端对电气设备应用所产生不良影响。同时，考虑经济性问题，自动化生产设备应用具有一定成本，若设计制造环节没有实现对成本的转化，导致电气自动化设备应用产生副作用，导致企业回报受到影响，难以实现设计成果的转化与发展。

（2）标准化原则。工程机械电气设备自动化技术应用核心目的是对成品进行批量化生产，以优化设备应用效果，支持经济利益目标的实现。为了保证工程机械生产制造效率，为成品批量化生产提供制造标准，就需要提高自动化生产技术的应用。一方面，需要落实机械设计制造产品专业化标准，形成尺寸、规格等标准，减少电气设备批量生产中存在的设计、生产误差问题，使同一批次产品质量保持一致状态。另一方面，需要针对工程机械设备设计、制造以及维护环节工作建立系列标准，落实标准化维护保养作业，以保障设备稳定以及长效运行，提高设备故障检测处理能力，达到优化设备应用效果的目的。

（3）安全性原则。作为现代化生产中的基础与标准，安全生产对避免安全事故影响工程机械设计制造有重要意义。在自动化电气设备应用期间，需要避免设备零件在生产加工期间出现异常变形问题，确保安全生产质量标准与设备功能的相符性，以促进机械设计制造工作水平的提升，保障安全生产工作有序开展。同时，自动化生产设备应用期间，需要重视对设备的合理调试，评估工程机械电气设备在运行期间面临的一系列安全风险问题，进行全面处理，以保障机械设备制造作业的顺利实现。除此以外，在设备运行期间，还需要着重考虑评估环境因素对安全生产所产生的不良影响，在满足电气设备自动化功能的同时，采取有效措施控制自动化生产设备所产生的噪声、废气等问题。

（4）复杂性。工程机械电气设备自动化调试作业实施前，需要配备专业调试人员展开检验与调试工作，对电气设备自动化技术应用期间存在的问题进行修复与处理。同时，不同调试环节还存在工作人员专业能力参差不齐因素的影响，导致调试工作面临较大难度，对工作人员素养水平以及专业水平提出了较高要求。调试修复的方法包括人工录入测试代码以及调试工具执行等内容。在此期间，及时发现破绽并对代码进行修改，避免差错事件发生。从这一角度上来说，对工程机械电气设备自动化调试工作的要求是相当严格与复杂的。

3 工程机械电气设备自动化技术应用要点

（1）机械设备虚拟模型设计。在机械制造领域中，对虚拟仿真机械设计模型技术的应用已经非常普遍与成熟。工作人员可以尝试以虚拟化机械模型为依据，展现机械系统结构内部组成特征，以精确设计机械系统各个部位结构参数。相较人工机械设计方案而言，虚拟化机械设计仿真能够大大节约设计成本，确保不同业务领域人员在机械设计中积极配合与协同。虚拟仿真技术辅助下立体化模型在工程机械设计领域中得到了广泛应用。以智能化BIM 机械设计模型为例，立体化模型能够将机械系统组成结构基本特征充分展现出来，设计人员可以对立体化机械设计方案形成全面认知，降低设计缺陷误差的发生率。在机械系统模型构建期间，要求工作人员掌握BIM 模型使用方法，正确应用系统辅助软件，以密切工程机械设计环节与制造领域技术人员的衔接关系。以板式塔为例，其内部部件、管路相对复杂，操作点以及观察点众多，需要精密确定各个部件尺寸、位置以及连接，并配合对Cinema 4D 的应用，进行部件建模处理。然后将所有部件导入一个统一的模型文件中，根据实物尺寸对模型位置以及大小进行调节，将各自材质球在部件中进行加载，以满足高度仿真需求。系统通过公式对实验数据进行处理计算，在“数据处理”界面，给出各项实验参数及求得的理论塔板数，并借助NGUI 插件绘制对角线、相平衡线、精馏段操作线、q 线、提馏段操作线、理论塔板梯级，过程直观，有助理解。设计中采取自上至下的设计方法，首先，对各个部件进行建模处理，然后采用设计表进行参数化处理，创建总布局草图以参考的平面，对各个部件进行装配定位，然后通过添加方程式的方式满足参数化驱动需求。在此过程中，首先调动零部件参数表格，对工艺参数与型号进行修改，调节设计表参数化零部件，然后对参数化配置进行修改。然后开启总装配模型对应设计参数表，对压力容器零部件的位置参数进行修改，并将设计表导入总装配模型中，驱动模型或获取压力容器对应的张培模型。最后，打开工程图自动更新并对图面进行团纵横，相关参数与零部件保持连接关系，更新后参数进行调节，无须手动进行修改。

（2）埋弧焊接技术。此项技术是指电弧在焊剂层下方燃烧，以支持焊接目标的实现，目前，被广泛应用于工程机械设备元件焊接中。从电气设备自动化技术应用角度上来说，埋弧焊接技术得到了深入应用，且技术具有成熟性特征，可以分为半自动焊接以及全自动焊接两种类型。以全自动埋弧焊接技术为例，其可以依托机械设备完成埋弧焊全部工作，保障焊接质量，支持量产目标实现。而对于零配件制造要求较高且焊接数量相对较少的焊接件而言，可以尝试应用半自动埋弧焊技术达到满意效果。在对工程机械设备零部件进行制造期间，需要根据制造需求对焊接模式进行合理选择。在电弧热的影响下，焊丝端产生熔化，为焊丝提供空间支持，确保焊丝熔化速度与焊丝送进速度达到平衡状态，以满足自动化目标的实现。

（3）轮式移动机械人动力学路径跟踪控制。作为机械人的典型类型，轮式移动机械人运动灵活，同时具有操作性强、结构简单等一系列优势，在多个行业领域有广泛应用。现代电气设备自动化技术发展过程中，轮式机械人自主行动能力越来越多，支持自主避障、路径跟踪以及轨迹跟踪等功能的实现。以路径跟踪为例，其作为工程机械领域电气设备自动化的一大研究内容，可支持自动运动功能的实现。但现阶段控制方法多建立在运动学模型上，基于对运动学误差模型的应用，对路径跟踪控制器进行设计。同时，对外部干扰因素影响下路径跟踪控制器进行设计，支持应用控制策略确保移动机械人跟踪期望路径。同时，还有研究人员尝试对机械人行走路线以及行驶速度进行分级控制，支持路径跟踪方法的实现，在此期间应用模糊神经网络技术，以支持对任意路径的精确跟踪。需要注意的是，由于基于运动学模型的控制算法并没有将移动机械人动力特性纳入考量范畴，因此研究学者尝试对路径和跟踪控制器进行设计，构建动力学模型，并通过仿真验证算法的可靠性。

（4）远程控制应用。传统工程机械依赖工作人员完成，无论对机械设备进行何种操作，最重要的工作仍然需要由工作人员负责完成。部分情况下，受作业场所条件限制的影响，机械自动操作存在一定的局限性。而工程机械电气设备自动化控制技术的发展使得工程机械装备遥控作业得到了可靠实现，一方面，保障了工作人员安全，突破对机械设备进行控制的时空限制；另一方面，可以促进机械设备生产效率的提升。尤其是对于存在危险性因素的室外工程而言，机械设备控制可以节约大量人工投入，通过安装感应器装置与显示器的方式，支持机械操作功能的顺利实现。在此期间呈现影像资料，故障发生后也能第一时间定位并进行处理。

（5）数控机床设备应用。机床设备中对多电机驱动系统的应用是非常广泛的，当前技术条件支持下，多采取横向电机布置方案。受生产规模扩大因素影响，导致装机容量持续性增加，一方面确保设备运行平稳，另一方面促进设备工作效率提升。因此，这类工程机械设备备受机床生产企业的青睐。在电气自动化技术应用期间，以计算机为核心，配合对故障诊断以及感知技术的应用，满足装备自动化技术需求。尤其是在工程机械领域CNC 技术发展背景下，传送设备呈现出多元化、重型化发展趋势，通过引入双速马达设备的方式，结合对计算机技术的应用，满足数控机床制造全程的监控功能实现。

4 结语

在当前时代发展背景下，工程机械电气设备自动化技术的合理应用能够避免风险发生，推动企业健康发展。基于对自动化技术的综合应用，可靠防护电气设备，节约人工成本，有极高的应用价值。本文尝试对工程机械电气设备自动化技术问题展开研究，首先，对工程机械电气设备自动化技术的应用意义进行分析，然后对工程机械电气设备自动化应用的基本原则进行阐述，包括技术性、标准性、安全性以及复杂性这4 个方面的内容。最后，对自动化技术的应用要点与方向进行论述，阐述了机械设备虚拟模型设计、埋弧焊接技术、轮式移动机械人动力学路径跟踪控制、远程控制应用以及数控机床设备应用这几个方面的内容。希望能够引起业内关注，以促进电气设备自动化技术的发展与完善，满足工程机械设计制造所需。