云计算环境下机电一体化系统的设计

摘要：在现代化背景下，科技迅猛发展，机电一体化技术已经成为了现代化产业发展的重要组成。目前云计算技术已经被广泛运用到了机电一体化系统中，更好的将机械、电子、计算机、控制、传感以及智能技术全面整合到了一起，促使系统功能与性能显著提升。下面将进行深入分析，为机电一体化系统设计提供良好的参考。

关键词：云计算；机电一体化；设计

云计算作为当前科技发展中逐渐衍生出来的全新计算模式，具有可扩展性以及成本效益等优势，对我国工业自动化与智能制造领域的发展有着一定积极影响。机电一体化系统是工业自动化重要组成，对整个工业的稳定且高效生产起到重要作用。目前机电一体化系统在数据处理、远程监控以及智能决策中存在许多不足，无法满足当前工业创新改革的需求。因此在进行机电一体化系统设计的过程中需要认识到云计算所具有的优势，将其贯穿到其中，促使我国工业领域取得良好发展。

一、云计算环境下机电一体化系统的功能设计

（一）数据采集功能

数据采集功能主要就是在传感器与设备中不断的获取数据，从而掌握一些关键信息，为系统分析以及决策提供真实可靠的参考。这一功能可以将集成温度、压力以及振动等传感器数据整合到一起，并且及时的将数据信息传输出去，保证云平台可以更加高效且准确的获取信息数据[1]。除了数据采集与传输之外，还可以对数据进行预处理，进行去噪以及标准化操作，使云平台获得更加高质量的数据信息。而在数据出现问题后，也能够及时的发现，进行预警处理。

在一般情况下，机电一体化系统都是分布式架构，传感器通过有线与无线两种方式建立起与本地网络之间存在的联系，而在数据采集模块下将会更好的进行网关集成数据协议转换，与平台无缝衔接到一起[2]。在云侧，系统应当进一步完善Azure loT Hub接收与储存数据，并且采取有效的措施去处理数据信息，在发现数据存在异常现象后，将会及时的发出警报，同时采取有效的措施去解决。通过云计算，整个系统服务弹性以及服务的高可用性显著提升[3]。

（二）远程监控功能

远程监控功能主要是就是为相关工作人员更好的理解与掌握现场工作情况提供了良好的平台，使工作人员更好的监督与把控整个工作流程，并且实现远程管理与控制。在远程监控功能下，对应的设备运行参数将会通过图表、仪表盘等形式直观的呈现出来。并且工作人员可以在平台查询以往设备数据，实现对数据信息的全面分析与处理。在保证安全的情况下，工作人员可以通过这一平台发布相关的工作指令，使管理更加高效便利。

通过云计算在机电一体化系统设计中的运用，远程监控功能的前端主要是通过React.js构建响应式UI，在后端通过RESTful API通信，数据可视化主要是通过ECharts图表库实现的。后端服务基本上都是通过Spring Boot开发，集成MySQL储存历史数据。总之在各种先进技术的支持下，整个远程监控系统将会实时且动态化的反应监控数据。为了使系统能够识别出危险，及时的发出警报，需要利用规则引擎配置设置一些基础条件，随后通过邮件或者短信的方式通知。在远程控制过程中，应当完善安全认证机制，保证工作人员所下发的指令符合相关规律，并且不会引发安全事故。现场工作人员在接收到指令后才直接执行，整个管理的效率与质量显著提升。

（三）资源调度功能

资源调度功能主要就是实现对网络资源的智能化分配与计算，做好储存，满足工作人员后续查询的需求。在资源调度功能中，最关键的一点就是进行资源监控，精准的记录好资源使用的情况，其中包括了CPU负载、内存占用以及磁盘空间与网络宽带等多个方面。在这一基础上，还应当分析与探索相关需求，通过对当前资源发展情况以及预测的结果进行分析，实现全面优化配置，保证整个空间更加合理的安排。同时为了达到不同业务的需求，应当完善调度规则，包括了优先级与预留资源池等。

在云计算背景下，机电一体化系统都是将Kubernetes视为是容器编排工具，对应的内部调度器能够通过Pod资源请求以及节点容量实现智能化调度与处理。并且通过集成Prometheus与Grafana进行资源监督与控制[4]。

二、云计算环境下机电一体化系统硬件设计研究

（一）传感器选型

在云计算环境下进行机电一体化系统设计，传感器的选择至关重要，其直接关系到整个系统的数据采集的精准性以及可靠性。机电设备的需求多种多样，下面将列举以下几种常见的传感器，保证可以精准的将数据传输到云端。如果进行温度或者湿度信息采集，可以选择霍尼韦尔HIH-6I30系列传感器，其具有精度比较高，且稳定性比较强的特点，能够更好的监督整个设备运行的温度，以免出现过热或者过于潮湿的现象，从而延长设备使用寿命，同时降低安全事故发生的概率；如果需要对工业设备进行振动监测，则可以运用Endeveo 7270系列加速度计，其灵敏度比较高，可以满足工业设备监测的要求；在进行压力数据采集过程中，则可以选择横河EJA系列传感器，能够全面且大范围的监测传感器；在监测机械部件位置与移动距离时，则可以灵活运用欧姆龙E28-M12K系列光电传感器，其作为非接触式设计，能够精准检测各种距离信息，从而促使系统对精度的把控能力显著提升。

（二）控制器配置

在机电一体化系统中，控制器的选择起到了关键的作用，合适的控制器能够实现对传感器数据的精准把控，并且执行控制逻辑驱动执行器。在云计算背景下，主控制器可以设置为西门子S7---1200系列PLC，随后结合边缘计算网关与本地云端建立起到一起，实现互相协作。这一控制器具有占地比较小，并且处理能力比较强的特点，可以建立起与各种通信协议的联系，同时与传感器以及云端进行良好的数据交换，在发现故障或者一些复杂问题时也能够及时且高效的处理[5]。而边缘计算网关可以运用研华EKI-1242系列，有效建立起现场设备与云平台之间存在的联系，保证数据的透传功能显著提升，更好的进行数据处理与过滤，避免了一些不必靠信息的传递，占用云端空间。

三、结束语

根据文章叙述，在机电一体化系统设计中应当灵活运用云计算技术，保证系统功能更加完善，满足现代化工业领域发展的实际需求。云计算直接提升了数据采集功能、远程监控功能、资源调度功能。在这一背景下，应当做好机电一体化系统中的传感器以及控制器选择，保证能够达到现代化产业转型与创新的基本要求，促使机电一体化系统向着智能化与高效化的方向发展，从而得到更加广泛的运用。

参考文献：

[1]谢仁乾，朱俊杰，黄浩. 机械制造智能化技术与机电一体化的融合研究[C]// 中国电力设备管理协会. 全国绿色数智电力设备技术创新成果展示会论文集（四）. 温州海思创信息科技有限公司;温州美瑞克液压科技有限公司;， 2024： 231-233.

[2]张亦军. 管件阀门制作中的机电一体化质量控制与管理技术研究[C]// 中国智慧工程研究会. 2024人工智能与工程管理学术交流会论文集. 浙江乾泰科技有限公司;， 2024： 206-208.

[3]温永涛. 农业机械机电一体化在现代农业中的应用与发展趋势 [J]. 农机使用与维修， 2023， （08）： 111-113.

[4]杨亚莉. 智能化技术在机电一体化装配过程优化中的应用 [J]. 集成电路应用， 2023， 40 （07）： 340-341.

[5]孔磊磊. 机电一体化工程技术的应用及发展趋势分析 [J]. 产业创新研究， 2022， （22）： 85-87.

作者简介：曹家昆，1983年7月，男，汉族，河南省信阳市，博士研究生，现在职称：经济师、二级建造师（机电）、信息系统项目管理师，研究方向或从事工作：主要研究机电一体化系统的设计、应用及自动控制系统等方面的理论和技术。