赵进1 罗添2
四川广旺能源发展(集团)有限责任公司机械制造分公司 四川 广元 628021
摘要：现阶段矿山机电一体化数控加工的技术改造已经成为增强生产能力的重要组成部分，本文先介绍了矿山机电一体化数控加工改造的技术方案，再基于PLC技术，对其中的关键技术进行分析，希望为推动技术改造工作顺利开展提供支持。
关键词：矿山；机电一体化；数控加工；技术改造；PLC
前言：现阶段机电一体化的快速发展推动了数控加工技术改造的步伐，在这种大背景下，相关企业在矿山生产过程中必须要探索新的技术改造方案，能够利用智能化技术来解决传统设备的弊端，最终全面提高设备的运行效率，增强矿山机电一体化数控加工控制水平，为促进企业发展奠定基础。
1.矿山机电一体化数控加工改革的技术方案研究
1.1振动信号控制方案
考虑到矿山在生产过程中的复杂工况，所以在机电一体化数控加工技术改造中应该关注设备在不同工况下的运行能力。而就目前而言，矿山机电一体化数控单元的振动问题已经成为影响加工精准度的重要因素，所以为了能够有效解决这一问题，则可以选择改造原有机械结构的固定频率，并增添振动信号Gaussian白噪声的方法抑制其中的振动情况[1]。其中的技术流程为：经过机电一体化信息输入功能，根据振动信号频率做从低到高的信息传输，这样能够获得固有模态振动信号的自适应函数；之后针对其中的原始振动信号，可以添加白噪声系数，并将固有模态振动信号自适应函数进行调整，在增添振动信号之后，所获得的函数IMF计算公式表达方式为：
公式（1）
在公式（1）中，i为添加振动信号白噪声的数量，其单位为“个”；k为添加振动信号白噪声的大小；n为白噪声的信噪比。
所以根据公式（1）的结构，在数据计算过程中能够获得固有模态振动信号子函数，该函数是独立的并且具有自适应特征；在获得该函数之后，按照模态振动信号自适应函数的置信区间以及信噪比水平对其中的数据做降噪处理后，能够将模态振动信号自适应函数投影至机电一体化数控加工过程中，在控制信息处理过程的基础上实现有效的信号控制，最终彻底降低多维振动信号之间的相互关系，满足自适应降噪的要求。之后按照设备改造要求，假设模态振动信号自适应函数在主成分上有具体的投影变化，所以根据自适应降噪率的数据变化，其主成分大小p表达为，则p的计算公式为：
公式（2）
在公式（2）中，e为协方差矩阵振动自适应降噪特征值的矩阵系数；x为特征值影响率；t为主成分累积降噪影响率。
通过公式（2）能够帮助相关人员更好的识别系统降噪效果，维持理想的降噪阈值，实现了对加工数控单元的改造。
1.2数控加工坐标参数调整
按照机电一体化的功能要求，在系统改造过程中需要结合矿山企业生产要求，在加工坐标系的以及加工原点的基础上形成坐标，通过坐标的方法定义加工数据，这样在技术改造中可以通过加工坐标系来记录每个刀具等零部件的运行轨道情况，最终提高数控加工的数据精度，满足技术改造的要求。
所以在本次改造中，通过NX软件设定坐标轴的功能分别选定X、Y、Z三个轴，三个坐标轴能够分别模拟机床的运行过程，并且在技术改造环节能够有效毛坯在机床上的运动变化轨迹，实现了精准控制。所以在NX软件中，技术改造的工作流程包括：在软件中设定将坐标系之后，在“加工窗口”中电机操作导航中高职，并随机选择其中的几何识图按钮，勾选“MST”。之后设定机电一体化数控的几何加工坐标轴，将加工地面设为X轴与Y轴，刀具的变化方向为Z轴。之后在软件中通过确定一个加工操作点，并将该点设置对应的功能节点组，分别为程序节点、加工几何节点、刀具节点、加工方法节点等，上述四个节点的解读如表1所示。
表 1 节点解读结果
节点名称 节点功能界定
程序节点 该节点能够用于管理系统操作过程，并对加工操作过程进行排序
加工几何节点 调整刀具的几何运行变化情况
刀具节点 其主要功能是用于调整刀具在加工过程中的刀具变化，包括按照部件几何体数据进行调整等
加工方法节点 针对加工过程中的每个节点进行调控
2.基于PLC的矿山机电一体化数控加工技术改造方案
PLC全称为可编程序控制器，在硬件上结合了存储器、CPU等功能，能够完整复杂状态的信息处理，成为机电一体化数控加工技术改造方案中的重要组成部分。在机电一体化的数控加工中，PLC的应用要点主要包括以下几种。
2.1机电DCS系统
机电DCS系统又被称为分散控制系统，在机电设备中可以经过微处理器实现分散控制功能，是一种新型的控制系统，在矿山生产中发挥着重要作用。在PLC技术中，DCS系统的出现能够有效控制机械电气装置，以分散控制的方法监督每个机电设备的运行情况，并自动分离其中的危险部分。例如在矿山生产中胶带运输机是常见机电设备，在基于PLC的数控技术改造中，通过DCS能够对胶带运输机的运行过程进行评估，当系统检测到运输机的某一节点上出现数据误差情况，则可以将政工运输带设置为多个独立的节点，在节点之间不相互干扰的情况下，系统可以快速识别其中异常并针对故障点并产生提示。
所以在技术改造阶段，通过DCS技术能够足最大限度上维持机电一体化设备的稳定性，当故障发生之后可以通过调整装置的方法维持政工系统的稳定性。
2.2机电FCS系统
FCS系统又被称为现场总线控制系统，能够构建通信网络，突显PLC技术的优势。与传统技术相比，FCS技术能够显著优化网络环境，在理想的是最通信环境下提高机电一体化设备信息传输效率，这样在数控加工改造中能够提高设备的机械化水平，增强性能[2]。
从应用现状来看，机电FCS技术通过集成DCS/PLC技术优势，采用远程I/O、阀门定位器、现场变送器等装实现两线制，提高了一体化技术水平；作为一种模拟数字混合系统结构，在技术改造中能够采用分层网络的方法控制机电一体化的数控加工过程，这样在技术改造环节就可以通过双向节点以及总线控制的方法形成一个集中的结构，可以强化整个系统的性能。
2.3其他应用方向
在数控加工技术改造中，机电一体化与PLC技术的结合则需要从矿山生产的实际情况入手，确定PLC技术的改造方案，常见措施包括：（1）控制开关量逻辑。传统模式下继电器有控制电路顺序与逻辑的功能，但是在技术改造过程中运用PLC技术，则可以同时控制矿山生产现场的多个设备，并将其应用在其他生产线中，如机床、传送带等。（2）控制模拟量。控制模拟量的主要目的是调控生产中的各种变量，通过PLC技术实现技术改造，能够以数字化的形式展示设备的模拟量情况，通过模拟量来强化控制效果，并降低因为异常模拟量所产生的影响。（3）运动控制。利用PLC的控制运动控制模块能够维持系统正常运动过程，或者根据矿山生产要求控制圆周以及其他复杂的运动过程，满足矿山生产要求。
结束语：在矿山机电一体化数控加工的技术改造环节，相关人员应该充分认识到一体化技术的优势，并通过持续完善的数控加工技术、PLC技术等推动机电一体化进程，这样才能更好的适应矿山生产要求，为未来的数控管理提供新的思路，最终为进一步提高矿山机电一体技术奠定基础。
参考文献：
[1]李荣全.工业产业背景下机电一体化技术在机械工程中的运用[J].南方农机,2020,51(20):143-144.
[2]陈志恒.机电一体化技术在机械制造业中的应用[J].黑龙江科学,2020,11(18):72-73.
?作者简介：姓名：赵进（1991.09.6-）；性别：女，民族：汉，籍贯：重庆合川人，学历：专科；现有职称：中级工程师；研究方向：机械设计。