時間：2023-03-17 17:59:07
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網為您精選了8篇智能化數(shù)控系統(tǒng)，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，cad/cam與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，cnc只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過cad/cam及自動編程系統(tǒng)進行編制。cad/cam和cnc之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中cnc只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正cad/cam中的設定量，因而影響cnc的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統(tǒng)cnc系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了cnc向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。
2 數(shù)控技術發(fā)展趨勢
2.1 性能發(fā)展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速cpu芯片、risc芯片、多cpu控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。
(3)工藝復合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。
(4)實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
2.2 功能發(fā)展方向
(1)用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前internet、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。
(2)科學計算可視化 科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據和解釋數(shù)據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于cad/cam，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補和補償方式多樣化 多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2d+2螺旋插補、nano插補、nurbs插補(非均勻有理b樣條插補)、樣條插補(a、b、c樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?/p>
(4)內裝高性能plc 數(shù)控系統(tǒng)內裝高性能plc控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準plc用戶程序實例，用戶可在標準plc用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。
(5)多媒體技術應用 多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現(xiàn)場設備的故障診斷、生產過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。
2.3 體系結構的發(fā)展
(1)集成化 采用高度集成化cpu、risc芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐穎pga、epld、cpld以及專用集成電路asic芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用fpd平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和crt抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。
(2)模塊化 硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如cpu、存儲器、位置伺服、plc、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。
(3)網絡化 機床聯(lián)網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
(4
)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、cad/cam、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網絡化。
3 智能化新一代pcnc數(shù)控系統(tǒng)
當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代pcnc數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。
智能化新一代pcnc數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術、網絡技術、cad/cam、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。
作者單位：張?。ū本┦袞|直門外望京路4號，北京機床研究所數(shù)控工程中心，郵編：100102）
魏紅根（北京機床研究所）
參考文獻
隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。
2 數(shù)控技術發(fā)展趨勢
2.1 性能發(fā)展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。
(3)工藝復合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。
(4)實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。科學技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
2.2 功能發(fā)展方向
(1)用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。轉貼于
(2)科學計算可視化 科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據和解釋數(shù)據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補和補償方式多樣化 多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?/p>
(4)內裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。
(5)多媒體技術應用 多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現(xiàn)場設備的故障診斷、生產過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。
2.3 體系結構的發(fā)展
(1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。
(2)模塊化 硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。
(3)網絡化 機床聯(lián)網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網絡化。
3 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)
關鍵詞：計算機技術 數(shù)控技術 制造技術
一、國內外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況
目前，數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。
二、數(shù)控技術發(fā)展趨勢
（一）性能發(fā)展方向
（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。（2）柔性化。包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。（3）工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的一種復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。（4）實時智能化。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。
（二）功能發(fā)展方向
（1）用戶界面圖形化。用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。（2）科學計算可視化。科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據和解釋數(shù)據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。（3）多媒體技術應用。多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現(xiàn)場設備的故障診斷、生產過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。
（三）體系結構的發(fā)展
（1）集成化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。（2）模塊化。硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。（3）網絡化。機床聯(lián)網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。（4）通用型開放式閉環(huán)控制模式。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網絡化。
三、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)
當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。
參考文獻：
[1]電動機降壓起動器的選擇與分析，凌浩，2000.12 vol.20 P66.
【關鍵詞】智能控制技術；機電一體化；應用
1、簡述智能控制技術
智能控制技術（ICT：Intelligent Control Technology）是控制理論發(fā)展的一個新高度，開創(chuàng)了控制理論的新時代。智能控制技術解決的對象主要是那些用無法用傳統(tǒng)方法解決的復雜系統(tǒng)的控制問題?！爸悄芸刂啤敝傅氖窃跓o外界因素干擾的情況下能夠自主地驅動智能機器來實現(xiàn)控制目標的自動控制技術。常用的智能技術主要包括模糊邏輯控制，神經網絡控制，學習控制，專家系統(tǒng)，分層遞階控制等等。以智能控制為核心的智能控制系統(tǒng)具備一定的智能行為，例如：自學習、自適應、自組織等等。它主要用來解決工程上難以用數(shù)學方法精確描述的、隨機的、模糊的、復雜的、柔性的控制問題。此外，工程機械中也經常應用智能控制系統(tǒng)，其深度和廣度也是不可小覷的。
2、智能控制系統(tǒng)類別形式與特點
目前智能控制系統(tǒng)的應用已經相對普遍了，那么當前采取的智能控制系統(tǒng)都有哪些呢？
2.1分級控制系統(tǒng)
分級控制系統(tǒng)又稱為分級階梯控制系統(tǒng)，是美國普渡大學提出的控制理論。它的理論是在自適應控制和自組織控制的基礎上提出的。它由低到高分為組織級、協(xié)調級和執(zhí)行級這三個級別。具體情況如下所述：
1）執(zhí)行級：根據上級發(fā)出的命令，執(zhí)行確定的某些動作，并完成組織分配的各項任務。
2）協(xié)調級：此級由控制管理分層和控制監(jiān)督分層組成。主要負責協(xié)調各項任務，以保證各項任務得以高質量完成。
3）組織級：它是通過用戶和人機接口進行交互，執(zhí)行最高決策的控制功能，對協(xié)調級和執(zhí)行級的任務進行組織，監(jiān)視并指導協(xié)調級和執(zhí)行級這兩個級別的行為。
2.2學習控制系統(tǒng)
學習控制系統(tǒng)是通過對內部結構進行判別、認知和調整后，利用對信號循環(huán)輸入以及數(shù)據處理來保證良好的運行效果。它是一種自動控制系統(tǒng)，能在運行過程中逐步獲得受控過程以及環(huán)境的非預知信息，積累控制經驗，不斷更新各種數(shù)據和資源，并且能在一定的評價標準體系下進行分類、估值、決策和不斷改善。
2.3專家控制系統(tǒng)
專家控制系統(tǒng)是人機相結合的一種形式，它能將人的知識、經驗、技能融合進計算機系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，計算機數(shù)據庫含有某個領域專家水平的知識和經驗和技能，且次系統(tǒng)能像人的大腦一樣對各種數(shù)據和資料進行分析、處理，然后利用這些知識、經驗和技能來解決該領域的高水平復雜疑難問題。
2.4神經網絡系統(tǒng)
神經網絡是指由大量的人工神經元互聯(lián)而組成的網絡，這些人工神經元與生物神經系統(tǒng)的神經細胞相類似，神經網絡也可以由大量象生物神經元的處理單元并聯(lián)互聯(lián)而成。智能網絡結構形式主要運用了人工神經元模式、神經細胞模式。其中，神經網絡的主要功能是模仿真人和智能控制。
機電一體化智能控制中的智能控制技術通常具有以下一種或者幾種特點：
（1）分層遞階的組織結構：“智能遞增，精度遞減”的原理在智能控制系統(tǒng)的組織結構中得到了充分體現(xiàn)，此原理也是智能控制系統(tǒng)的一大特色。其協(xié)調層次與其所體現(xiàn)的智能成正比，二者相互促進、共同提高。
（2）多模態(tài)控制：智能控制系統(tǒng)通常采用多態(tài)控制，這種多態(tài)控制通常具有具有開、閉環(huán)控制相結合，定量控制與定性決策相結合，數(shù)學模型和非數(shù)學廣義模型相結合的特點。
（3）自學習能力：學習控制系統(tǒng)是能夠對一個過程或者環(huán)境的未知特征所固有的信息進行學習，并且能將其所得到的信息與其以往的經驗相結合，用于進一步的估計、分類、控制或者決策的一種系統(tǒng)，它的整套模式使系統(tǒng)的性能得以改善和提高。和人們的學習能力一樣，智能控制系統(tǒng)的學習功能也參差不齊，高層次的學習功能主要包括知識的更新與遺忘，它使系統(tǒng)的資源處于不斷更新的狀態(tài)，是一個動態(tài)的過程；低層次的學習功能則主要包括對控制對象參數(shù)的學習，它是一個相對的靜態(tài)過程。
（4）自適應能力：智能控制系統(tǒng)中的智能行為實質是一種映射關系，反應了從輸入到輸出之間對應關系，我們可以把它看成是一種不依賴模型的自適應估計。因此，它具有很好的適應性能。由于系統(tǒng)具有插補功能，所以即使當系統(tǒng)的輸入不是以前見過的例子時，甚至當系統(tǒng)中某些部分出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)也能夠不受干擾，像沒遭到破壞之前一樣正常地工作，給出適當?shù)妮敵觥Ｈ绻悄芟到y(tǒng)更加強大的話，它還能夠自我找出故障，甚至還具備自我修復的功能，體現(xiàn)了智能控制系統(tǒng)更加強大、更加完善的適應性能。
3、智能控制技術在機電一體化系統(tǒng)中的應用
目前機電一體化中的智能控制技術的應用已經成為一種潮流與趨勢，數(shù)控機床和智能機器人就是反應這種趨勢的最好的例子。數(shù)控機床的智能化體現(xiàn)在各類傳感器對切削加工過程中以及加工過程前后的各種參數(shù)進行監(jiān)測和比較，并且通過計算機系統(tǒng)對檢測出來的數(shù)據資料進行分析整合，做出正確的判斷與綜合處理，自動對異?，F(xiàn)象進行調整與加工，以保證加工過程的順利進行與完成，從而保證加工出合格、高品質的產品。智能機器人是通過視覺、聽覺、觸覺等各類傳感器檢測工作狀態(tài)，根據實際變化過程反饋的數(shù)據、信息然后做出正確的判斷和決定。此外，智能控制系統(tǒng)在工程機械中的應用也相當廣泛，其控制方法也是十分巧妙的，具體情況如下所述：
1）挖掘機通過檢測液壓系統(tǒng)的運行參數(shù)來識別載荷的大?。喝鐧z測液壓系統(tǒng)中泵的輸油壓力，泵的控制壓力，以及各機構的情況與狀態(tài).有的還檢測先導手柄的系統(tǒng)流量和位移的情況等等。挖掘機控制器根據采集的信息，通過模擬控制理論理出所需要的信息和數(shù)據，為下一步的工作提供依據，以保證以后的工作得以順利進行。
2）基于CAN總線的汽車起重機智能控制系統(tǒng)中采用總線分段。雙CAN總線協(xié)議結構，既可以對起重機的動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等做出全面系統(tǒng)的監(jiān)測，又可以避免總線沖突，實現(xiàn)有效、快速通信。各種不同型號的汽車起重機需要具有不同配置的軟件，對此我們要注意區(qū)分。
結語
無論是國內還是國外，對于機電一體化中對智能控制系統(tǒng)方面的研究已經很深入，不管是在現(xiàn)代機械上還是在典型機械上。相較于傳統(tǒng)的釣控制方法智能控制系統(tǒng)更具有柔性和靈活性，優(yōu)勢很突出且實用性很強。以微處理器為核心的智能控制系統(tǒng)，在微電子技術、精密機械技術以及信息技術等領域展現(xiàn)出了更為廣闊的發(fā)展前景和更具優(yōu)勢的發(fā)展空間。
參考文獻
關鍵詞：智能照明優(yōu)越性 應用效果
中圖分類號：J914 文獻標識碼：A 文章編號：
智能照明系統(tǒng)的出現(xiàn)，以其控制方式、照明方式、管理方式智能化以及可觀的節(jié)能效果，逐漸取代了傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)。
一.智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應用效果分析
1、實現(xiàn)照明控制智能化。
采用智能照明控制系統(tǒng)，可以使照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)，系統(tǒng)將按先設定的若干基本狀態(tài)進行工作，這些狀態(tài)會按預先設定的時間相互自動地切換。例如，當一個工作日結束后，系統(tǒng)將自動進入晚上的工作狀態(tài)，自動并極其緩慢地調暗各區(qū)域的燈光，同時系統(tǒng)的移動探測功能也將自動生效，將無人區(qū)域的燈自動關閉，并將有人區(qū)域的燈光調至最合適的亮度。此外，還可以通過編程隨意改變各區(qū)域的光照度，以適應各種場合的不同場景要求。智能照明可將照度自動調整到工作最合適的水平。例如，在靠近窗戶等自然采光較好的場所，系統(tǒng)會很好地利用自然光照明，調節(jié)到最合適的水平。當天氣發(fā)生變化時，系統(tǒng)仍能自動將照度調節(jié)到最合適的水平?？傊?，無論在什么場所或天氣如何變化，系統(tǒng)均能保證室內照度維持在預先設定的水平。
2、改善工作環(huán)境，提高工作效率。
傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中，配有傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器的日光燈以100Hz的頻率閃動，這種頻閃使工作人員頭腦發(fā)脹、眼睛疲勞，降低了工作效率。而智能照明系統(tǒng)中的可調光電子鎮(zhèn)流器則工作在很高頻率（40~70kHz）不僅克服了頻閃，而且消除了起輝時的亮度不穩(wěn)定，在為人們提供健康、舒適環(huán)境的同時，也提高了工作效率。
3、 可觀的節(jié)能效果。
智能照明控制系統(tǒng)使用了先進的電力電子技術，能對大多數(shù)燈具（包括白熾燈、日光燈，配以特殊鎮(zhèn)流器的鈉燈、水銀燈、霓虹燈等）進行智能調光。當室外光較強時，室內照度自動調暗，室外光較弱時，室內照度則自動調亮，使室內的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。除此之外，智能照明的管理系統(tǒng)采用設置照明工作狀態(tài)等方式，通過智能化管理實現(xiàn)節(jié)能。
4、提高管理水平，減少維護費用。
智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關轉換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質的管理意識運用于照明控制系統(tǒng)中去，而且將減少大樓的運行維護費用，并帶來較大的投資回報。
二.智能照明控制系統(tǒng)的特點
一個現(xiàn)代化的智能辦公大樓，不僅要有足夠的工作照明，更應營造一個舒適的視覺環(huán)境，使員工在其中工作保持心情舒暢，提高辦公效率。因此，做好照明設計，選擇合理的照明方案，配置先進的控制系統(tǒng)，加強照明控制設計，已成為智能辦公樓的一個重要設計內容。
我們知道辦公大樓按照功能區(qū)域劃分，通常會有辦公區(qū)、門廳、會議室、多功能廳等，各個功能區(qū)域的照明具有不同的特點。辦公區(qū)域照明使用的光源主要是熒光燈與白熾燈，其中熒光燈多用于一般照明，白熾燈多用于局部照明，照度水平的設計主要取決于視覺作業(yè)的需要及經濟條件的狀況。辦公區(qū)域的工作時間主要是在白天，可以考慮利用窗外入射的大量自然光進行照度補償，不僅能節(jié)約能源，更能維持室內舒適的視覺環(huán)境。
對于一個完整的辦公樓智能照明控制系統(tǒng)來說，辦公區(qū)是辦公樓的主要組成部分，采用智能照明控制系統(tǒng)，可使其照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)。通過配置的“智能時鐘管理器”可預先設置若干基本工作狀態(tài)，通常分為白天、晚上、清掃、安全、午飯等，根據預先設定的時間段可自動的在各種狀態(tài)之間進行轉換。比如：上班時間來臨時，系統(tǒng)自動將燈打開，并將光照度自動調節(jié)在預先設定的水平。在靠窗的房間，系統(tǒng)能智能地利用室外自然光，當天氣晴朗，室內燈自動調暗；天氣陰暗，室內燈會自動調亮，以始終保持室內恒定的亮度。午餐時間，燈將自動變換到一個舒適、柔和的燈光場景，使工作人員能夠很好地休息和放松。當一個工作日結束時，在智能時鐘管理器的作用下，系統(tǒng)將自動地調暗各區(qū)域的燈光，進入晚上工作狀態(tài)。同時智能傳感器的動靜探測功能將自動生效。系統(tǒng)處于清掃狀態(tài)時，該區(qū)域的燈保持基本的亮度，當清掃人員掃到該區(qū)域時，智能傳感器的動靜探測功能自動生效，點亮該區(qū)域的燈，當清掃人員掃完該區(qū)域離開后，延時數(shù)分鐘后將燈關掉。安全狀態(tài)和清掃狀態(tài)的工作原理相似。智能照明控制系統(tǒng)還能保證辦公區(qū)域和公共區(qū)域協(xié)調的工作。如：辦公區(qū)域有員工加班時，電梯廳、走廊等公共區(qū)域的燈就保持基本的亮度，只有當辦公區(qū)域的人走完后，才將燈降低到安全狀態(tài)或關掉，避免不必要的能源浪費。
三.智能照明控制系統(tǒng)具備的優(yōu)點
智能照明控制系統(tǒng)主要分為中央集中控制系統(tǒng)及分布式控制系統(tǒng)兩種與傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)相比，在控制方式、照明方式、管理方式以及節(jié)能方面等均有不少優(yōu)點。
首先在控制方式和照明方式上，傳統(tǒng)照明控制采用手動開關，只有開和關，而且只能一路一路地開和關。而智能照明控制采用調光模塊，通過燈光的調光在不同使用場合產生不同的燈光效果，營造出不同的舒適的視覺氛圍。在控制上采用低壓二次小信號控制，控制方式多，功能強，范圍廣，自動化程度高。其次，智能照明控制系統(tǒng)由于使用了自動化照明控制，智能利用光照以及通過網絡，只需一臺計算機就可對整個大樓的照明實現(xiàn)合理的能源管理自動化，不僅減少了不必要的耗電開支，同時也降低了用戶的運行維護費用，在節(jié)能方面可比傳統(tǒng)照明控制節(jié)電20%以上。另外，在智能照明控制系統(tǒng)中，由于可通過系統(tǒng)人為地設置電壓限制，可以避免或降低電網電壓以及浪涌電壓對燈具的沖擊，從而起到保護燈具，延長燈具使用壽命的作用。實現(xiàn)智能大樓的計算機系統(tǒng)集成。
四.智能照明控制系統(tǒng)的設計方法和步驟
智能照明控制系統(tǒng)的設計一般都是在燈光設計和照明電氣設計部分完成之后來進行的。其設計一般可分為：
第一步：編制照明回路負載清單。
在這過程中應注意：首先每條照明回路的燈具應該為同類型的燈具，這樣才便于調光模塊的選擇和配置。而且每條照明回路的燈具控制性質應該是相同的，是普通供電或同為應急供電。其次，應核對每條照明回路的最大負載功率是否在需要選擇的調光器允許的額定負載容量之內。最后，還要對一些照明回路的劃分作適當?shù)恼{整，使其更適合場景配置的需要，使各路燈光可組合構成一個優(yōu)美的照明藝術環(huán)境。
第二步：按照明回路的性能選擇相關的調光器
調光器是智能照明控制系統(tǒng)的主要部件，而對于不同類型的燈具應該選用不同適合他們的調光器。比如對于冷陰極燈（發(fā)光、霓虹、充氣），這類燈采用電壓變壓器工作，所以應采用前沿相控調光器。而對于包括金屬鹵化物燈在類的各種氣體放電燈則應該選用正炫波電壓調光器。
第三步：按照明控制要求選擇控制面板和其他相關控制部件。
【關鍵詞】智能技術 電氣自動化 控制系統(tǒng)
計算機科學技術的一個重要分支是智能技術，智能技術的實現(xiàn)是依托計算機系統(tǒng)，通過模擬人工智能，促使機器做出智能化反應。目前，智能技術在電氣自動化控制系統(tǒng)中已經得到廣泛使用，有效解決了傳統(tǒng)技術難以解決的難題，電氣自動化控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性有了極大提高。鑒于此，要在未來發(fā)展過程中積極推行智能技術，加大在電氣自動化系統(tǒng)中的運用力度，加快我國電氣行業(yè)的發(fā)展進程。
1 智能技術運用效益的評價
智能技術功能的有效發(fā)揮可以幫助人們完成遠程監(jiān)控，對電氣自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)在線監(jiān)測。將智能技術應用于電氣自動化控制系統(tǒng)中，自動化體系建設資金投入大大降低，運營效率也會顯著提高，并且可以接受并且完成更多不同的任務，目前，已經得到各行業(yè)的實踐認可。智能技術在電氣自動化系統(tǒng)中的應用水平，受到計算機技術的直接影響，原因在于自動化系統(tǒng)主要依賴智能技術完成生產過程和電氣運行的在線監(jiān)測。工業(yè)生產過程中如果生產問題能夠被及時發(fā)現(xiàn)，并且提交給管理部門，這樣可以從根本上幫助企業(yè)消除安全隱患，避免不必要的經濟損失，進而提升企業(yè)經營效益。由此可見，智能技術應用于電氣自動化控制系統(tǒng)中可以促進企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。
2 電氣自動化控制系統(tǒng)設計
2.1 架構設計
在電氣設計的角度分析，電氣自動化控制系統(tǒng)的設計較為復雜，需要涉及多個學科和領域的知識，這就要求程序員在掌握過硬專業(yè)技術能力的同時，還要扎實掌握專業(yè)的電氣知識，設計人員工作過程中要經常與編程人員共同深入實踐進行操作實驗，熟練掌握操作過程，分析操作要點，預防操作不當，并且針對易引起操作不當?shù)牟糠钟枰愿倪M。對于電氣編程，編程人員首先要學習計算機理論，掌握專業(yè)的計算機語言，才能夠編寫出科學的智能化控制程序。電氣自動化控制系統(tǒng)與控制程序息息相關，自動控制可以大大減少人工控制時間，充分利用智能技術更是可以提高電氣設備運行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)流程如圖1所示。
2.2 功能設計及應用
電氣自動化系統(tǒng)的智能數(shù)據采集技術，讓人們告別了人工數(shù)據控制，數(shù)據的采集可以方便利用終端設備和控制平臺實現(xiàn)，并且第一時間記錄下采集的數(shù)據，輸入到自動化設備中執(zhí)行動作，自動化控制效率得到了大大提高。
電氣自動化控制系統(tǒng)中智能監(jiān)控技術和預警技術是核心技術，由于電氣設備運行過程中不需要人工巡查，智能技術則成為電氣設備運行期間的唯一安全保障。電氣自動化設備借助于智能監(jiān)控技術能夠實現(xiàn)自動預警，確保設備始終處于安全穩(wěn)定運行狀態(tài)，避免發(fā)生重大安全事故。
電氣自動化控制系統(tǒng)應用的另外一項重要技術是智能故障錄波技術，電氣設備運行過程中可以對設備故障錄波和記錄，并且能夠智能捕捉波形，提高了電氣自動化控制系統(tǒng)運行科學性，省去了繁瑣的人工故障記錄，提高了維護效率。
3 總結
綜上所述，電氣自動化系統(tǒng)中應用智能技術，有效提高自動化設備運行的安全性和穩(wěn)定性。本文針對當前智能技術進行評價分析，然后以工業(yè)電氣為研究對象，對電氣自動化控制系統(tǒng)架構及功能應用進行分析，試圖為之提供行之有效的可行性建議。實踐證明，隨著科學技術的進一步發(fā)展，更多新型的技術將會應用到電氣自動化控制系統(tǒng)中，電氣自動化控制系統(tǒng)將會向著更好的方向發(fā)展。
參考文獻
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作者簡介
馬逸然（1996-），山東省濟南市人。大學本科學歷。山東科技大學。研究方向為電氣工程及其自動化。
關鍵詞 廣播；智能化；總控系統(tǒng)；技術探討
中圖分類號TN93 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2014）123-0020-02
1智能化總控系統(tǒng)概述
智能優(yōu)化總控系統(tǒng)采用的事大型核心數(shù)字矩陣和網絡音頻路由的雙路由總控系統(tǒng)，相互備份，以便同步切換和統(tǒng)一控制，系統(tǒng)的安全性與可靠性也隨著后置加上四選一設備而大大提高。隨著網絡技術的高速發(fā)展，加之網絡音頻路由系統(tǒng)的綜合性能突出、價格低廉、布置簡單，總控系統(tǒng)網絡化是發(fā)展的必然趨勢，也是總控系統(tǒng)構建發(fā)展的方向，廣播領域在網絡化技術上也有了可靠的實踐和深入探索?？偪叵到y(tǒng)中的關鍵設備，有數(shù)字無源音分、數(shù)字音頻矩陣以及網絡音頻矩陣，實現(xiàn)全臺直播間、轉播、外轉等對信號的匯集、分配、傳輸、調度等功能，智能化監(jiān)測監(jiān)控應急系統(tǒng)就是在這些構架的基礎上設計的，性能卓越，智能化總控系統(tǒng)也是通過整合而來的，實現(xiàn)對全臺業(yè)務的全程監(jiān)測監(jiān)控，工作內容有：音頻工作站系統(tǒng)監(jiān)測、關鍵點音頻信號監(jiān)測監(jiān)聽等，在各項工作的嚴格監(jiān)控情況下，確保電臺信號播出的安全性，充分體現(xiàn)智能化總控系統(tǒng)的優(yōu)越性能。
2智能化總控系統(tǒng)結構與組成
智能化總控系統(tǒng)工作時，分工明確，且各個功能獨立性高，互不干擾，每個分工由各個子系統(tǒng)完成，子系統(tǒng)之間的整合讓網絡總控系統(tǒng)具備自動化能力，就是所謂的智能化總控系統(tǒng)。系統(tǒng)具體組成如下所述。
2.1網絡化音頻傳輸系統(tǒng)
音頻信號的網絡化切換與傳輸室該子系統(tǒng)的主要任務，對各個音頻路由進行監(jiān)測和控制，可監(jiān)測到每一路的音頻實時信號。在信號傳輸過程中的安全保證是由子系統(tǒng)與矩陣系統(tǒng)構成互備結構達成的。
2.2空中信號質量監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)
信號傳輸都會在空中信號落腳，因此對空中信號的監(jiān)測，可以間接獲取監(jiān)錄時廣播播出的真實情況，對于廣播電臺來說，能播出聲音是不夠的，還要求空中信號達到總局要求的指標范圍。
2.3網絡化信號監(jiān)測系統(tǒng)
對網絡化信號的監(jiān)測是采用該子系統(tǒng)的CAS1000網絡音頻傳輸與切換功能，可以對各項關鍵信號實時監(jiān)測，所有過程都是自動完成，且有故障報警功能。信號的監(jiān)測場所一般在總控室，也能通過網絡技術設立在其他辦公室進行監(jiān)測，達到信號遠程監(jiān)測的目的。讓技術管理水平上升一個新的高度。
2.4智能化音頻信號DSP處理系統(tǒng)
該子系統(tǒng)的目的是通過設置的兩臺CNP800網絡音頻處理器保證音頻信號的傳輸質量。作為一款新型網絡化數(shù)字音頻處理器――CNP800，其功能室與CAS1000音頻路由器交換網絡音頻信號，對音頻信號處理的軟件由路由來設置。
2.5工作站狀態(tài)監(jiān)測遠程控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)負責全臺廣播的網絡監(jiān)視工作。在工藝用房內由工作人員來進行網絡監(jiān)視工作站狀態(tài)，實時掌握工作站的工作狀況，并對異常進行處理，及時上報工作情況。并及時糾正工作人員在操作上出現(xiàn)的一些失誤或工作站出現(xiàn)故障時進行處理，以提高工作效率，從而防止事故的發(fā)生。開機工作中數(shù)量的統(tǒng)計可由該子系統(tǒng)來實時把握，全面對工作站的使用時間、效率以及狀況體系進行監(jiān)測。尤其體現(xiàn)在該系統(tǒng)的遠程遙控功能，既提高了工作站的集中度，又解決的維護上的一些困難，是相當有用的功能。
2.6設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
實現(xiàn)各項設備集中監(jiān)測是該子系統(tǒng)的目的，包括UPS電源、音頻路由器、調音臺、音分等的設備。此外，還能夠監(jiān)測關鍵設備的工作溫度和環(huán)境溫度。自動對設備異常情況的發(fā)生做警報。設備溫度是對設備的工作狀態(tài)的直接反映，是監(jiān)測設備的一種方法。設備故障的出現(xiàn)很可能是溫度產生了異常，所以設備故障的這種預警機制大大提高了設備工作的安全性。
2.7應急控制和智能化故障分析系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要是對網絡信號進行監(jiān)測，出現(xiàn)故障時自動報警，并對設備狀態(tài)進行監(jiān)測，由智能系統(tǒng)對故障匹配最佳的解決措施，達到最好處理效果，保證設備工作的效率。網絡音頻矩陣可以通過備份管道的切換對信號故障進行有效切斷和移除。應急音源子系統(tǒng)會自動將出現(xiàn)故障的備份通道進行應急播出處理，并自動備份。此外，系統(tǒng)自帶的手機短信通知功能可以及時將系統(tǒng)的故障情況發(fā)送給相關人員，以便及時進行處理。
2.8應急音源系統(tǒng)
每個廣播節(jié)目在播出時可以利用該子系統(tǒng)的自動判斷功能了解情況，并作出相應的應急措施，系統(tǒng)會自動匹配與當前錄播節(jié)目的原本的錄播節(jié)目來播出，倘若是直播節(jié)目，會轉為相應的音樂來進行應急，確保廣播的播出效率和質量。
3智能化總控系統(tǒng)功能分析
3.1實現(xiàn)全網絡化音頻傳輸、監(jiān)測和切換
采用目前比較先進的Cobranet網絡音頻傳輸標準，整合出更為出色的全網絡化音頻矩陣與傳輸系統(tǒng)，使系統(tǒng)變得更加明了，擺脫了大量的中間環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)后期擴容以及維護都是大有好處的。
3.2全程監(jiān)測關鍵音頻信號，并自動化處理故障
對全臺音頻信號的傳輸情況由值班人員來掌控。系統(tǒng)自帶信號故障處理的備案，并對故障發(fā)出及時警報，并按照備案進行應急處理，自動執(zhí)行備份信號的切換，避免錯播或者停播現(xiàn)象的發(fā)生。
3.3設備接口模塊化，確保系統(tǒng)安全
模塊化的CAS設備的信號輸入輸出口，具有相當好的獨立性，模塊之間互不影響，此外冗余的網絡接口是CAS設備的特點，可在安全時間內，將出現(xiàn)異常的主網路信號自動切換到網絡接口，確保信號的不間斷性。從而提高網絡矩陣的安全性，使廣播播出跟家安全可靠。
3.4良好的可擴展性
智能化總控系統(tǒng)只需接入新信號源，還可配置支持Corbranet協(xié)議的硬件設備，設備兼容性強，體現(xiàn)出擴展性好，設備添加范疇廣，即可將新的數(shù)字或模擬信號引入網絡矩陣中，或是與其他網絡連接，使監(jiān)控管理更加全面便捷。
參考文獻
關鍵詞： 靜脈輸液； 遠程監(jiān)控； 無線報警； 軟件設計
中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0114?03
Intelligent management system for monitoring transfusion
SONG Yu， WENG Xin?wu
（College of Computer Science and Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130012， China）
Abstract： A monitoring and management system for medical transfusion is introduced， which includes one transfusion center management PC， one transfusion center manager， some transfusion monitor， some handheld terminal for nurses and some relay stations. The infrared photoelectric sensors is used in transfusion monitor to detect the information of liquid level and the dripping speed， the information is transmitted to the relay station wirelessly， and then transmitted to the transfusion center manager， after processed the information is sent to transfusion center management PC for visual management through upper computer. The system has the advantages of receiving transfusion and alarm information of patient wirelessly， unified information distribution， intelligent scheduling nurses and transfusion information centralized management， and so on.
Keywords： intravenous infusion； remote monitoring； wireless alarm； software design
0 引 言
目前，公知的輸液報警裝置都是在患者輸液結束后，通過輸液監(jiān)控器以有線或無線方式向護士站或護士手持終端發(fā)送報警信號，護士根據收到的報警信號再進行相應的處理。這種方式都是被動式的處理。以護士站為中心接收報警的為例，每次護士都需要回到護士站才能得知有沒有新的報警，而沒法在處理完一個情況后立即處理下一個情況。以護士手持終端為中心接收報警為例，有時可能幾個護士同時都去處理一個情況，而不能指定某一護士去處理。上述兩種情況下都沒有使護士護理效率最大化。
針對上述不足，本文提出了一種智能化輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體結構框架
1.1 系統(tǒng)拓撲結構
本文介紹的智能化輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)包括一臺輸液中心管理PC機、一個輸液中心管理器、多個輸液監(jiān)控器、多個護士手持終端和多個中繼站。輸液中心管理PC機和輸液中心管理器置于護士站，輸液監(jiān)控器使用時置于病房的輸液管上，護士手持終端使用時每位護士一個，中繼站每個樓層置一個。輸液中心管理器和輸液中心管理PC機以串口線相連?？紤]到有的病房和護士站距離較遠，如直接由輸液監(jiān)控器向輸液中心管理器發(fā)射信號的話，可能會因為多道墻的阻隔而導致丟包率上升，因此本系統(tǒng)在每層樓道上增加一個中繼站，同一樓層病房內的輸液監(jiān)控器向該中繼站發(fā)送信號，再由中繼站向輸液中心管理器發(fā)射信號，輸液中心管理器直接或通過中繼站向護士手持終端發(fā)射信號，這就減少了無線信號被多道墻阻擋導致丟包的問題，從結構上保證了系統(tǒng)工作的可靠性。因此本系統(tǒng)采用的是樹型拓撲結構，如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)拓撲結構圖
1.2 系統(tǒng)工作原理
本系統(tǒng)的工作原理為： 輸液監(jiān)控器的傳感器把測試到的輸液液位、點滴速度信息及呼叫、摘換瓶和欠壓信號，由無線模塊把信息發(fā)送至輸液中心管理器，由輸液中心管理器對這些數(shù)據進行計算處理，再根據相關規(guī)則，將這些數(shù)據轉換為報警處理指示，轉發(fā)至護士手持終端，醫(yī)護人員根據護士手持終端提示進行操作，同時輸液中心管理器通過上位機將數(shù)據上傳至輸液中心管理PC機，方便查看、管理患者輸液情況及調度護士進行報警處理。
2 硬件電路
本系統(tǒng)主控芯片都采用ATmega16L單片機，外接8 MHz晶振，芯片內有模擬比較器、10位A/D轉換、看門狗及電源管理等功能，無線通信模塊都采用SRW1012模塊，工作頻率為435 MHz，GFSK調制方式，采用3.7 V鋰電池經XC6206P332MR穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓到3.3 V作為系統(tǒng)電源。
輸液監(jiān)控器采用槽型紅外光電開關作為輸液液位、點滴速度檢測傳感器，點滴速度檢測傳感器檢測到的信號作為ATmega16L模擬比較器的負極輸入信號，ATmega16L模擬比較器的正極輸入作為檢測門限，輸液液位檢測信號作為ATmega16L的A/D轉換輸入。輸液速度調節(jié)器采用微型步進電機作為伺服機構，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，使電機正傳或反轉帶動夾持器夾緊或放松滴管，從而達到調節(jié)滴速的目的。并設置4個功能鍵， 8位數(shù)碼管作為鍵盤顯示單元，分別顯示病房號、床位號及點滴速度。輸液監(jiān)控器硬件原理框圖如圖2所示。
圖3為輸液中心管理器硬件原理框圖。時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片，作為輸液信息的記錄時間，SD卡用于存儲輸液和報警信息，UART接口采用MAX232作為上微機電平轉換芯片，采用LCD液晶屏作為顯示屏，設有4個功能鍵，聲光振動報警單元包括一個LED和一個蜂鳴器。
圖2 輸液監(jiān)控器硬件原理框圖
圖3 輸液中心管理器硬件原理框圖
圖4為護士手持終端硬件原理框圖。護士手持終端為方便顯示輸液信息及報警情況采用 LCD作為顯示屏，設有4個功能鍵，并設有LED提示燈、蜂鳴器和振動馬達作為提示。
圖4 護士手持終端硬件原理框圖
圖5為中繼站硬件原理框圖。中繼站主要完成將輸液監(jiān)控器上傳的數(shù)據轉發(fā)至輸液中心管理器和建立網絡的功能，這需要長時間的不間斷運行，所以中繼站的功耗較大，最好能夠工作在有外接電源或容量較大的電池供電的條件下。
圖5 中繼站硬件原理框圖
3 軟件設計思想
3.1 通信協(xié)議
輸液監(jiān)控器向輸液中心管理器發(fā)送的輸液和報警信息有：病房號、病床號、輸液信號、換瓶信號、摘瓶信號、呼叫信號、欠壓信號；輸液中心管理器向輸液監(jiān)控器發(fā)送應答信號。
輸液中心管理器向護士手持終端機發(fā)送的數(shù)據有：護士手持終端機地址、病房號、病床號、輸液信號、換瓶信號、摘瓶信號、呼叫信號、欠壓信號、報警處理建議信號、撤銷報警信號；護士手持終端機向輸液中心管理器發(fā)送的數(shù)據有：護士手持終端機地址、開關機狀態(tài)、正在處理信號、處理完畢信號、處于空閑信號、應答信號。
3.2 各節(jié)點軟件設計
3.2.1 輸液監(jiān)控器軟件設計
（1） 病房號、病床號設置：按 “設定”鍵，可依次選擇病房號和病床號，選擇某一位時，該位數(shù)碼管將閃爍，按“置數(shù)”鍵在0～9循環(huán)改變其數(shù)值，設定好后，再按“設定”鍵，退出病房號、病床號設置，進入滴速設置；
（2） 滴速設置：此時滴速顯示數(shù)碼管將閃爍，置數(shù)方法和病房號設置一樣，設置好滴速后，液滴速度會自動通過滴速調節(jié)器及滴速檢測傳感器將滴速調節(jié)到設定的滴速；
（3） 摘/換瓶報警設置：按“摘換”鍵，按鍵按下表示換瓶報警類型，反之，按鍵彈起表示摘瓶報警類型；
（4） 輸液報警：液輸完畢，輸液監(jiān)控器的阻斷裝置將自動阻斷輸液，防止回血發(fā)生，同時蜂鳴器將發(fā)出“滴?滴”的鳴叫聲， LED指示燈閃爍，提醒患者，并自動向輸液中心管理器發(fā)送換瓶或摘瓶報警信號；
（5） 一鍵呼叫：如果患者有特殊護理要求，按“呼叫”鍵；護士站接到呼叫信號后，指令護士處理。
3.2.2 輸液中心管理器軟件設計
（1） 報警處理規(guī)則：輸液中心管理器接到輸液和報警信息，發(fā)出“滴?滴?滴”的提示聲，迅速將報警情況轉發(fā)給全部在線的護士手持終端機及輸液中心管理PC機；按照優(yōu)先級從高到低的換瓶、摘瓶、呼叫、電池欠壓、輸液的報警順序和時間先后順序進行排序顯示，并按照顯示的順序，指令護士輪流處理；
（2） 信息共享：當護士處理完指令事項后，護士要發(fā)處理完指令事項的信息；輸液中心管理器將收到處理完畢信號，此時會向所有在線護士手持終端機發(fā)送撤除該條報警信息，并存入FLASH存儲器，以備查看；
（3） 異常情況：在有患者輸液但沒有護士手持終端機在線時，輸液中心管理器將發(fā)出長“滴?滴”的告警聲音，直到有護士手持終端機在線，接受指令后，停止告警。
3.2.3 護士手持終端機軟件設計
（1）開關機設置：護士手持終端機開機后，自動向輸液中心管理器報告開機信息，護士手持終端機開機的數(shù)量將代表護士值班人數(shù)，護士手持終端機每次開機時，會接收到輸液中心管理器發(fā)來的所有當前輸液情況；護士手持終端機關機時，將自動發(fā)送離線信號到輸液中心管理器后再斷電，輸液中心管理器將不再發(fā)送信息至該護士手持終端機；
（2） 報警提示：護士手持終端機接到輸液中心管理器發(fā)來的指令，第二聲光振動報警單元的蜂鳴器會連續(xù)發(fā)出兩次“滴?滴?滴”的聲音提示信號，LED指示燈連續(xù)閃爍，振動馬達會連續(xù)發(fā)出“嘟?嘟?嘟”的振動提示信號，提醒護士接收報警信息和處理指令；
（3） 處理方法：護士按照輸液中心管理器發(fā)來的處理建議，通過按“確定”鍵向輸液中心管理器發(fā)送接收該處理指令；護士處理完事項后，再按“確定”鍵，護士手持終端機會自動向輸液中心管理器發(fā)送指令處理完畢信號，此時該條報警信息將刪除；
（4） 狀態(tài)設置：按“狀態(tài)”鍵選擇處于工作狀態(tài)還是空閑狀態(tài)，“狀態(tài)”鍵按下表示處于工作狀態(tài)，反之，“狀態(tài)”鍵彈起表示處于空閑狀態(tài)，處于工作狀態(tài)時則不能接收報警處理建議。
3.2.4 中繼站軟件設計
（1） 轉發(fā)數(shù)據：轉發(fā)輸液監(jiān)控器輸液信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的應答信號至輸液監(jiān)控器；轉發(fā)護士手持終端所在位置及狀態(tài)信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的報警信息及處理建議至護士手持終端；
（2） 優(yōu)先級：優(yōu)先轉發(fā)輸液監(jiān)控器給輸液中心管理器的信號，其次轉發(fā)輸液中心管理器給護士手持終端的信號，再轉發(fā)輸液中心管理器給輸液監(jiān)控器的信號，最后轉發(fā)護士手持終端給輸液中心管理器的信號；
（3） 工作狀態(tài)：在未轉發(fā)數(shù)據時處于接收狀態(tài)，先接收到的數(shù)據先轉發(fā)，未發(fā)送成功的，經短暫延遲后再發(fā)，直至轉發(fā)成功，處于發(fā)送狀態(tài)時不接收數(shù)據。
3.2.5 上位機軟件設計
輸液管理中心PC機負責對全部的節(jié)點進行可視化的管理，包括對網絡節(jié)點的實時監(jiān)控、數(shù)據處理、滴速異常報警、輸液完畢報警和系統(tǒng)參數(shù)設置等功能。軟件使用 VB 進行開發(fā)，本輸液監(jiān)控管理軟件主要適用于靜脈輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)的全部工作過程的控制，采用菜單式界面，直觀明了、操作簡單，具備監(jiān)視、控制、設定、記錄、查檔、打印、出現(xiàn)輸液故障語音提示等功能。
4 結 語
通過實際應用表明，該系統(tǒng)具有精度高、穩(wěn)定可靠、組網靈活、提前預警、統(tǒng)一分配信息、智能調度護士和輸液信息集中管理等優(yōu)勢，護士隨時隨地對整個病區(qū)的所有病房的詳細輸液信息一目了然，從而為患者能夠提供及時有效的護理以及醫(yī)院的智能化、網絡化、規(guī)范化的管理提供了極大地保障。該系統(tǒng)可進一步推廣使用在其他醫(yī)療監(jiān)護領域，如獲取病人的血壓、體溫、心率及其他病理信號。
參考文獻
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