機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文-5

1、<p><b>　　繼續(xù)教育學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　2018 年 6 月 4 日</p><p><b>　　機械手控制</b></p><p>　　一、 機械手發(fā)展經(jīng)歷及主

2、要構成</p><p>　　機械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人。</p><p><b>　　（一）發(fā)展歷史</b></p><p>　　機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專

3、利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人?，F(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化

4、和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p><b>　　(二）構成部分</b></p><p>　　機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部

5、完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡?/p>

6、統(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。</p><p><b>　?。ㄈC械手分類</b></p><p>　　機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。</p><p><b

7、>　　多關節(jié)機械手的優(yōu)勢</b></p><p>　　多關節(jié)機械手的優(yōu)點是:動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對多關節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根據(jù)不同的場合有所變化，多關節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單

8、關節(jié)機械手所不能比擬的。</p><p><b>　　機械手發(fā)展大事記</b></p><p>　　1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。（電磁鐵工件抓放機構）</p><p>　　1962年，美國聯(lián)合控制公司試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。</p><p>　　1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省

9、理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。</p><p>　　聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。 </p><p>　　二、西門子公司及S7-200主要參數(shù)功能介紹</p><p>　　西門子股份公司（SIEMENS AG FWB：SIE

10、, NYSE：SI）是世界最大的機電類公司之一，1847年由維爾納·馮·西門子建立。如今，它的國際總部位于德國慕尼黑。西門子股份公司是在法蘭克福證券交易所和紐約證券交易所上市的公司。2005年，西門子全集團在190個國家和地區(qū)雇用員工460,800人，全球收入為754.45億歐元（2004年為702.37億歐元），稅后利潤較2004年的36.6億歐元降至24.2億歐元。</p><p>　　西

11、門子是一家大型國際公司，其業(yè)務遍及全球190多個國家，在全世界擁有大約600家工廠、研發(fā)中心和銷售辦事處。公司的業(yè)務主要集中于6大領域：信息和通訊、自動化和控制、電力、交通、醫(yī)療系統(tǒng)和照明。西門子的全球業(yè)務運營分別由13個業(yè)務集團負責，其中包括西門子財務服務有限公司和西門子房地資產(chǎn)管理集團。此外，西門子還擁有兩家合資企業(yè)——博士－西門子家用電器集團和富士通計算機（控股）公司。 </p><p>　　S7-200

12、是一種小型的可編程控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。</p><p><b>　　（一）適用范圍</b></p><p>　　S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制

13、到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。 </p><p>　　S7-200系列PLC可提供4個不同的基本型號的8種CPU供您使用。</p><p><b>　　模擬電位器</b><

14、;/p><p>　　CPU221/222 1個</p><p>　　CPU224/224XP/226 2個</p><p><b>　　（三）脈沖輸出</b></p><p>　　2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進電機或伺服電機實現(xiàn)定位任務。</p><p><b>　　電池

15、模塊</b></p><p>　　用于長時間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時器，計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。</p><p><b>　?。ㄎ澹└餍吞柕膬?yōu)點</b></p><p><b>　　CPU221<

16、;/b></p><p>　　本機集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點。無I/O擴展能力。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。 </p><p><b>　　CPU222</b><

17、/p><p>　　本機集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點?？蛇B接2個擴展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。</p><p><b>　　CPU224</b></p><

18、;p>　　本機集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。 </p><p&g

19、t;<b>　　CPU224XP</b></p><p>　　本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/

20、O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。 </p><p>　　三、機械手設計要求及功能</p><p>　　機械手模擬控制窗口如圖所示。圖中機械手可抓緊、放送工件，可上下、左右移動，模擬界面的右側為按控制要求設計的操作臺。</p><

21、;p><b>　　控制要求</b></p><p>　　機械手設有調(diào)整、連續(xù)、單周及步進四種工作方式，工作時要首先選擇工作方式，然后操作對應按鈕。</p><p><b>　　機械手運行方式</b></p><p><b>　　調(diào)整工作方式</b></p><p>　　可

22、按相應按鈕實現(xiàn)左移、右移、上移、下移、加緊、放松各個動作的單獨調(diào)整。</p><p><b>　　連續(xù)工作方式</b></p><p>　　按下起動按鈕，機械手按下降→加緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移的順序周而復始的連續(xù)工作；按下停止按鈕，機械手將自動結束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。</p><p><

23、;b>　　單周工作方式</b></p><p>　　按下起動按鈕后，機械手按下降→加緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移的順序自動工作一個周期停止。若要再工作一個周期，可再次按下起動按鈕。按下停止按鈕，機械手將自動結束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。</p><p><b>　　步進工作方式</b></p>

24、<p>　　每按一次起動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。</p><p><b>　　程序設計要點</b></p><p>　　由機械手的工作過程可知，這是一個典型的順序控制系統(tǒng)。為此，可從機械手的連續(xù)工作方式入手編寫程序。首先應繪出連續(xù)工作時的功能表圖，然后直接列寫邏輯表達式，用觸點線圈指令編程，也可使用置位復位指令或順序控

25、制繼電器指令來完成。為了將每一步的工作狀態(tài)顯示出來，動畫模擬軟件使用了內(nèi)部存儲器位M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M40、M41來分別表示①～⑧的運行狀態(tài)。編程過程中，需要注意特別處理的問題是①、⑤和③、⑦步的動作問題，雖然①、⑤步都是下降操作，但卻具有不同的意義，①步下降是空鉤下降，而⑤步下降則是夾著工件下降。③、⑦步的上升操作也是這樣。</p><p>　　單周期操作的程序實現(xiàn)可在連續(xù)

26、工作程序的基礎上通過經(jīng)驗修改實現(xiàn)。其要點是是設法阻止機械手在一個周期工作結束后自動進入下一周期，一般在下降的啟動回路想辦法。</p><p>　　單步操作的實現(xiàn)與單周期工作的實現(xiàn)是相似的。即設法在每一步工作結束后，不是直接啟動下一步的工作，而是等待啟動按鈕的命令后再工作。</p><p><b>　?。ㄋ模┏绦蚪Y構框圖</b></p><p>

27、<b>　　圖3.4.1</b></p><p>　　基于S7-200的機械手PLC控制程序</p><p>　　五、分析該設計優(yōu)缺點</p><p>　　該設計方式初步滿足了設計要求，實驗證明能夠按照設定的工作方式穩(wěn)定運行。以上是在同一個順序控制程序中完成的連續(xù)工作、單周期工作和單步工作的程序編制思路，實際上也可以采用分段跳轉的辦法來完成這三

28、種操作。這種方法編制的程序結構清晰，但程序數(shù)量</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機電一體化是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然結果。此簡述機電一體化技術的基本情況和發(fā)展背景,綜述國內(nèi)外機電一體化技術的現(xiàn)狀,分析機電一體化技術的發(fā)展趨勢。</p><p>　　關鍵詞：機電一體化 技術 現(xiàn)狀 發(fā)展趨</p>

29、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一篇：什么是機電一體**************************3</p><p>　　1.1機電一體化”？它的來源是什么？*******************4</p><p>　　1.2一體化技術基本概念*****************************4

30、</p><p>　　1.3體化技術五大組成要素與四大原則：*************4</p><p>　　第二篇：機電一體化發(fā)展歷程及其趨勢**************6</p><p>　　2.1一體化”的發(fā)展歷程*****************************6</p><p>　　2.2一體化”發(fā)展趨勢**********

31、*********************6</p><p>　　2.3的機電一體化產(chǎn)品*******************************7</p><p>　　2.4發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務*************7</p><p>　　第三篇：機電一體化技術及其應用*****************12</p><p&

32、gt;　　第四篇：機電一體化中的接口技術*****************17</p><p>　　第五篇：機電一體化系統(tǒng)抗干擾問題的探討*********20</p><p>　　結論*******************************************21</p><p>　　參考文獻*******************************

33、********21</p><p><b>　　第一篇</b></p><p>　　1.1機電一體化”？它的來源是什么？</p><p>　　“機電一體化”在國外被稱為Mechatronics是日本人在20世紀70年代初提出來的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics的后半部分結合在一起構成的一個新詞，意思是機械技術

34、和電子技術的有機結合。</p><p>　　這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認，我國的工程技術人員習慣上把它譯為機電一體化技術。機電一體化技術又稱為機械電子技術，是機械技術、電子技術和信息技術有機結合的產(chǎn)物。</p><p>　　1.2電一體化技術基本概念</p><p>　　機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領域迅

35、猛滲透，機械電子技術深度結合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結構目標，以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則

36、運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術。</p><p>　　1.3一體化技術五大組成要素與四大原則：</p><p><b>　　1、五大組成要素：</b></p><p>　　一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素五大組成

37、要素有機結合而成。（請參考機電之家機電一體化頻道）</p><p>　　機械本體（結構組成要素）</p><p>　　是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。</p><p>　　動力驅動部分（動力組成要素）</p><p>　　依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。</p>&

38、lt;p>　　測試傳感部分（感知組成要素）</p><p>　　對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息。</p><p>　　控制及信息處理部分（職能組成要素）</p><p>　　將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信

39、息處理結果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。</p><p>　　執(zhí)行機構（運動組成要素）</p><p>　　根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能</p><p>　　2、機電一體化四大原則：</p><p>　　構成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結構耦合、運動傳遞、信息控

40、制與能量轉換四大原則。</p><p><b>　　接口耦合：</b></p><p>　　兩個需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準確的交換、傳

41、遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進行交換與傳遞。</p><p><b>　　能量轉換：</b></p><p>　　兩個需要進行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉換和交流，必須進行能量的轉換，能量的轉換包括執(zhí)行器，驅動器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉換方法及原理。&

42、lt;/p><p><b>　　信息控制：</b></p><p>　　在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅動功能。</p><p><b>　　運動傳遞：<

43、;/b></p><p>　　運動傳遞使構成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優(yōu)化。</p><p>　　3、所謂自動化技術，是指人類利用各種技術手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實預期的目標、功能。一個自動化系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實現(xiàn)

44、自動運行目標。</p><p><b>　　第二篇</b></p><p>　　一體化技術發(fā)展歷程及其趨勢 </p><p>　　自電子技術一問世，電子技術與機械技術的結合就開始了，只是出現(xiàn)了半導體集成電路，尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后，“機電一體化”技術之后有了明顯進展，引起了人們的廣泛注意。</p><

45、;p>　　2.1化”的發(fā)展歷程</p><p>　　1.數(shù)控機床的問世，寫下了“機電一體化”歷史的第一頁；</p><p>　　2.微電子技術為“機電一體化''帶來勃勃生機；</p><p>　　3.可編程序控制器、“電力電子”等的發(fā)展為“機電一體化”提供了堅強基礎；</p><p>　　4.激光技術、模糊技術、信息技術

46、等新技術使“機電一體化”躍上新臺階。</p><p><b>　　2.2”發(fā)展趨勢</b></p><p>　　1.光機電一體化。一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的。因此，引進光學技術，實現(xiàn)光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。光機電一體化是機電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢。<

47、/p><p>　　2.配系統(tǒng)化——柔性化。未來的機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成 “自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力（柔性）

48、，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。</p><p>　　3.全息系統(tǒng)化——智能化。今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。</p><p>　　4.“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化。今后的機電一體化裝置對信息的

49、依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產(chǎn)品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點是硬件（肌體）——軟件（大腦）一體，不可分割?？磥?，機電

50、一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。</p><p>　　5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。</p&g

51、t;<p>　　2.3的機電一體化產(chǎn)品</p><p>　　機電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)（整機）和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機床、機器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產(chǎn)品的技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場前景分析

52、從略。</p><p>　　2.4發(fā)展“機電一體化”而臨的形勢和任務</p><p>　　機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，其目的是節(jié)能、節(jié)材，提高工效，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術進步提高一步；二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機電產(chǎn)品，促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代。</p><p>　　前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。&l

53、t;/p><p>　　（一）北京“機電一體化”工作面臨的形勢</p><p>　　1.北京用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣</p><p>　?。?）在700余家北京市屬工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)中，有60%以上的企業(yè)用微電子技術改造機床設備、工業(yè)窯爐、風機電泵、生產(chǎn)過程的任務還未完成需要量的一半。</p><p>　?。?）北京工業(yè)系統(tǒng)還有2000余

54、臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。</p><p>　?。?）北京工業(yè)系統(tǒng)尚有近250座工業(yè)爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。</p><p>　?。?）北京工業(yè)系統(tǒng)CAD應用還有較大差距。目前，北京工業(yè)品設計，CAD應用率僅17%（而美、日等國已超過85%；

55、國內(nèi)先進地區(qū)也超過了 30%）；CAD的覆蓋率才達到11%（而全國CAD應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業(yè)要達到35%，中小型骨干企業(yè)要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板）。</p><p>　?。?）北京工業(yè)系統(tǒng)共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調(diào)速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。</p><p&

56、gt;　?。?）工業(yè)是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業(yè)系統(tǒng)占全市能耗總量的59.5%.而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業(yè)系統(tǒng)萬元產(chǎn)值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業(yè)化國家高近9倍。因此，北京工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節(jié)能降耗的王牌。</p><p>　　2.北京用機電一體化技術加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高市場占有率的

57、呼聲高，有壓力。北京市的工業(yè)產(chǎn)品大約有3萬種，每年約開發(fā)試制新產(chǎn)品3000種，更新周期很長。由于更新?lián)Q代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業(yè)產(chǎn)品的競爭能力。 </p><p>　　1993年，北京市工業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品約837種，在當年生產(chǎn)的產(chǎn)品品種總數(shù)中僅占7.8%左右。其中：機械局系統(tǒng)主要產(chǎn)品約 1200種，機電一體化產(chǎn)品不到150種機電一體化產(chǎn)品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產(chǎn)品350

58、種，機電一體化產(chǎn)品210種，機電一體化產(chǎn)品所占比例為60%；輕工系統(tǒng)主要產(chǎn)品總數(shù)為649種，機電一體化、智能化產(chǎn)品15種，機電一體化、智能化產(chǎn)品所占比例約2.3%；汽車工業(yè)總公司系統(tǒng)平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產(chǎn)品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內(nèi)先進水平相差一半左右。</p><p>　　3.北京用機電一體化產(chǎn)品取代技術含量和附加值低，耗能、耗

59、水、耗材高，污染、擾民產(chǎn)品的責任重，有意義。在北京工業(yè)系統(tǒng)中，能耗、耗水大戶，對環(huán)境污染嚴重的企業(yè)還占相當大的比重，且不少地處城區(qū)和近郊區(qū)。近年來北京的工業(yè)結構、產(chǎn)品結構雖然幾經(jīng)調(diào)整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業(yè)的“故土難離”“死守故業(yè)”問題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè)，優(yōu)選不出中意的產(chǎn)品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開發(fā)和生產(chǎn)有關的機電一體化產(chǎn)

60、品。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低，且具有柔性，可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結構和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。</p><p>　　另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的歷史不長，差距較大，許多產(chǎn)品的品種、數(shù)量、

61、檔次、質(zhì)量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發(fā)展。</p><p>　?。ǘ┍本皺C電一體化”工作的任務</p><p>　　北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產(chǎn)品，促進機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為北京產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構調(diào)整作貢獻。</p>&l

62、t;p>　　1.北京應用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工作重點</p><p>　?。?）大力采用模糊技術，工業(yè)爐窯改造應上新臺階</p><p>　　國內(nèi)外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業(yè)爐窯比單純用計算機和PID技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業(yè)爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術等先進電子信息技術改造

63、完畢，其中采用模糊技術改造要在80%.</p><p>　　（2）積極采用數(shù)控技術，機床高備改造要達新水平</p><p>　　對機床設備的改造重點應放在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的推廣應用上。根據(jù)需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備（8420臺）的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。</p><p>　　（3）努力推廣變頻調(diào)速技術，風機電泵改造要攀新高度&

64、lt;/p><p>　　風機、電泵采用變頻調(diào)速后一般可節(jié)電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調(diào)速技術的推廣應用作為重點來抓。到 1995年，應該采用變頻調(diào)速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調(diào)速電機要普遍；采用先進的變頻調(diào)速技術。</p><p>　?。?）優(yōu)先應用CAD／CAM技術，工業(yè)設計水平提高要有新目標</p>

65、<p>　　北京工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業(yè)系統(tǒng)CAD的應用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%.</p><p>　　2.北京機電一體化產(chǎn)品開發(fā)的奮斗目標</p><p>　?。?）總體目標：到1995年全市的機電一體化產(chǎn)品數(shù)應不少于800種，2000年，應

66、不少于2000種，機電產(chǎn)品的機電一體化率分別達到25%和60%.</p><p><b>　?。?）單項目標：</b></p><p>　　機床數(shù)控化率：1995年，產(chǎn)量數(shù)控化率達5%，產(chǎn)值數(shù)控化率達16%；2000年，分別達12%和40%.</p><p>　　汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產(chǎn)品的費用不少于1000元，在

67、整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%.</p><p>　　PLC的開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間，開發(fā)能力要穩(wěn)居全國首位：“九五”北京要成為全國主要的PLC生產(chǎn)基地之一。</p><p>　　“電力電子”開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產(chǎn)技術和第三代電力電子器件的開發(fā)技術。“九五”期間第三代電力電子器件的生產(chǎn)要形成經(jīng)濟批量。在電力

68、電子產(chǎn)品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產(chǎn)品；交流變頻調(diào)速裝置要達到批量生產(chǎn)程度；高頻電子鎮(zhèn)流器要能出口創(chuàng)匯：“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產(chǎn)、開發(fā)、推廣綜合配套能力的高新技術產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　模糊控制器的開發(fā)生產(chǎn)能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發(fā)生產(chǎn)基地，開發(fā)出用于工業(yè)爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統(tǒng)典型產(chǎn)品

69、來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調(diào)器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產(chǎn)品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。</p><p>　　其它機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)能力：微機控制多色印刷機要穩(wěn)居全國第一；電子醫(yī)療儀器的開發(fā)、生產(chǎn)爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產(chǎn)量上全國領先；在“八五”期間，以3

70、0萬千瓦汽輪發(fā)電機組為代表的發(fā)電設備要形成綜合配套能力，打出規(guī)模效益來；數(shù)字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……</p><p>　　總之，機電一體化技術既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業(yè)產(chǎn)品結構、產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發(fā)展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產(chǎn)業(yè)。其中，數(shù)控機床、機電一體

71、化印刷系統(tǒng)、新型電子醫(yī)療設備和數(shù)字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元，機電一體化產(chǎn)業(yè)不僅是北京高新技術產(chǎn)業(yè)的主力軍，也是機電行業(yè)停工、待產(chǎn)、明虧、潛虧企業(yè)的出路所在。</p><p><b>　　第三篇</b></p><p>　　3.1一體化技術發(fā)展</p><p>　　機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多

72、學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。</p><p><b>　　1數(shù)字化</b></p><p>　　微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。

73、數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。</p><p><b>　　2智能化</b></p><p>　　即要求機電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作

74、和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。</p><p><b>　　3模塊化</b></p><p>　　由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電

75、機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。</p><p><b>　　4網(wǎng)絡化</b></p><p>　　由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化成為可能，利用

76、家庭網(wǎng)絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡化方向發(fā)展。</p><p><b>　　5人性化</b></p><p>　　機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等

77、方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。</p><p><b>　　6微型化</b></p><p>　　微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及

78、信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。</p>

79、<p><b>　　7集成化</b></p><p>　　集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其

80、性能最優(yōu)、功能最強。</p><p><b>　　8帶源化</b></p><p>　　是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。</p><p><b>　　9 綠色化</b>

81、;</p><p>　　科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。

82、</p><p>　　3.2機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中應用</p><p>　　在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面：</p><p>　　1 智能化控制

83、技術(IC)</p><p>　　由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、控制、設備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。</p><p>

84、　　2 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)</p><p>　　分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實時調(diào)度、生產(chǎn)計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。

85、ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。</p><p>　　3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)</p><p>　　開放控制系統(tǒng)(Ope

86、n Control System)是目前計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡使各種控制設備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。</p><p>　　4 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

87、</p><p>　　鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資

88、金周轉，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀80年代已廣泛實現(xiàn)CIMS化。</p><p>　　5 現(xiàn)場總線技術(ＦBT)</p><p>　　現(xiàn)場總線技術(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設置在現(xiàn)場的儀表與設置在控制室內(nèi)的控制設備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術取代現(xiàn)

89、行的信號傳輸技術 (如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導線。現(xiàn)場總線的引入導致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。</p>

90、<p><b>　　6 交流傳動技術</b></p><p>　　傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發(fā)展，交流調(diào)速技術的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機或中小容量電機都可

91、以使用同步電機或異步電機實現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。</p><p><b>　　第四篇</b></p><p>　　機電一體化系統(tǒng)可分為機械和微電子系統(tǒng)兩大部分,各部分連接須具備一定條件,這個聯(lián)系條件通常稱為接口。各分系統(tǒng)又由各要素(子系統(tǒng))組成。本文以機電一體化控制系統(tǒng)(微電子系統(tǒng))為例,將接口分為人機與機電接口

92、兩大類。</p><p><b>　　一、機電接口</b></p><p>　　由于機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別,兩者間的聯(lián)系須通過機電接口進行調(diào)整、匹配、緩沖,因此機電接口起著非常重要的作用:</p><p>　　(1)行電平轉換和功率放大。一般微機的I/O芯片都是TTL電平,而控制設備則不一定,因此必須進行電平轉換;另外,在大負載

93、時還需要進行功率放大;</p><p>　　(2)抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入,可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機系統(tǒng)和控制設備在電器上加以隔離;</p><p>　　(3)進行A/D或D/A轉換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時,必須在微機系統(tǒng)和被控對象之間設置A/D和D/A轉換電路,以保證微機所處理的數(shù)字量與被控的模擬量之間的匹配。</p><p

94、>　　1、模擬信號輸入接口。在機電一體化系統(tǒng)中,反映被控對象運行狀態(tài)信號是傳感器或變送器的輸出信號,通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號(如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉速檢測用的測速發(fā)電機等)計算機要對被控對象進行控制,必須獲得反映系統(tǒng)運行的狀態(tài)信號,而計算機只能接受數(shù)字信號,要達到獲取信息的目的,就應將模擬電信號轉換為數(shù)字信號的接口——模擬信號輸入接口。</p><p>　　

95、2、模擬信號輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中,控制生產(chǎn)過程執(zhí)行器的信號通常是模擬電壓或電流信號,如交流電動機變頻調(diào)速、直流電動機調(diào)速器、滑差電動機調(diào)速器等。而計算機只能輸出數(shù)字信號,并通過運算產(chǎn)生控制信號,達到控制生產(chǎn)過程的目的,應有將數(shù)字信號轉換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務是把計算機輸出的數(shù)字信號轉換為模擬電壓或電流信號,以便驅動相應的執(zhí)行器,達到控制對象的目的。模擬信號輸出接口一般由控制接口、數(shù)字模擬信號轉換器、多路模擬

96、開關和功率放大器幾部分構成。3、開關信號通道接口。機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中,需要經(jīng)常處理一類最基本的輸入/輸出信號,即數(shù)字量(開關量)信號包括:開關的閉合與斷開;指示燈的亮與滅;繼電器或接觸器的吸合與釋放;電動機的啟動與停止;閥門的打開與關閉等。這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機電一體化控制系統(tǒng)中,對應二進制數(shù)碼的每一位都可以代表生產(chǎn)過程中的一個狀態(tài),此狀態(tài)作為控制依據(jù)。</p><p&g

97、t;　　(1)輸入通道接口。開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統(tǒng)設置開關信號傳送給計算機。這些信號實質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號,所以開關信號輸入通道又稱為數(shù)字輸入通道(DI)。由于開關信號只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數(shù)字信號“1”和“0”,但是其電平一般與計算機的數(shù)字電平不相同,與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題,它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉換電路和

98、地址譯碼電路等組成。</p><p>　　(2)輸出通道接口。開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執(zhí)行器(如繼電器或報警指示器)。它實質(zhì)是邏輯數(shù)字的輸出通道,又稱為數(shù)字輸出通道(DO)。DO通道接口設計主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅動開關執(zhí)行器的功率。開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅動器和輸出口地址譯碼電路等組成。</p><p><b&

99、gt;　　二、人機接口</b></p><p>　　人機接口是操作者與機電系統(tǒng)(主要是控制微機)之間進行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向,可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統(tǒng)通過輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運行參數(shù)及結果等信息;另一方面,操作者通過輸入接口向機電系統(tǒng)輸入各種控制命令,干預系統(tǒng)的運行狀態(tài),以實現(xiàn)所要求的功能。</p><p><b>　　1、

100、輸入接口。</b></p><p>　　(1)撥盤輸入接口。撥盤是機電一體化系統(tǒng)中常見的一種輸入設備,若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù),如修正系數(shù)、控制目標等,采用撥盤較為方便,這種方式具有保持性。撥盤的種類很多,作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連,以 BCD碼形式輸入信息。</p><p>　　(2)鍵盤

101、輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合,向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有:</p><p>　　1)編碼鍵盤,自動提供被按鍵的編碼(如ASCII碼或二進制碼);</p><p>　　2)非編碼鍵盤,僅僅簡單地提供按鍵的通或斷(“0”或“1”電位),而按鍵的掃描和識別,則由設計的鍵盤程序來實現(xiàn)。前者使用方便,但結構復雜,成本高;后者電路簡單,便于設計。</p><p>　

102、　2、輸出接口。在機電一體化系統(tǒng)中,發(fā)光二極管顯示器(LED)是典型的輸出設備,由于LED顯示器結構簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜,因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡單,是同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式LED顯示器一般用來顯示復雜符號、字母及表格等,在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。</p><p>

103、<b>　　第五篇</b></p><p>　　機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成的系統(tǒng)。機電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應用環(huán)境運行時，系統(tǒng)總會受到電網(wǎng)、空間與周圍環(huán)境干擾。若系統(tǒng)抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進行正常的工作，微機系統(tǒng)往往會因干擾產(chǎn)生程序“跑飛”，傳感器模塊將會輸出偽信號，功率驅動模塊將會

104、輸出畸變的驅動信號，使執(zhí)行機構動作失常，最終導致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。</p><p><b>　　1 干擾源</b></p><p>　　從干擾竄入系統(tǒng)的渠道來看，系統(tǒng)所受到的干擾源分為供電干擾、過程通道干擾、場干擾等。</p><p><b>　?。?）供電干擾</b></p><p>　　大

105、功率設備會造成電網(wǎng)的嚴重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開關的通斷，電動機的啟停等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)很高的尖峰脈沖干擾。據(jù)統(tǒng)計，電源的投入、瞬時短路、欠壓、過壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起CPU誤動作及數(shù)據(jù)丟失占各種干擾的90％以上。</p><p><b>　?。?）過程通道干擾</b></p><p>　　過程通道干擾主要來源于長線傳輸。當系統(tǒng)中有電氣設備漏

106、電，接地系統(tǒng)不完善，或者傳感器測量部件絕緣不好等；及各通道的傳輸線如果處于同根電纜或捆扎在一起，尤其是將信號線與交流電源線處于同一根管道時，產(chǎn)生的共?；虿钅ｋ妷憾紩绊懴到y(tǒng)，使系統(tǒng)無法工作。 </p><p><b>　　（3）場干擾</b></p><p>　　系統(tǒng)周圍的空間總存在著磁場、電磁場、靜電場，如太陽及天體輻射；廣播、電話、通訊發(fā)射臺的電磁波；周圍中頻設備

107、發(fā)出的電磁輻射等。這些場干擾會通過電源或傳輸線影響各功能模塊的正常工作，使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號。</p><p>　　2 抗供電干擾的措施 </p><p>　　（1）配電系統(tǒng)的抗干擾 </p><p>　　抑制供電干擾首先從配電系統(tǒng)上采取措施，其次可采用分立式供電方案，就是將組成系統(tǒng)各模塊分別用獨立的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路構成的直流電源供電，這

108、樣就減少了集中供電的危險性，而且也減少了公共阻抗以及公共電源的相互耦合，提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。 </p><p>　　另外，交流電的引入線應采用粗導線，直流輸出線應采用雙絞線，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線長度．</p><p>　?。?）利用電源監(jiān)視電路</p><p>　　在配電系統(tǒng)中實施抗干擾措施是必不可少的，但這些仍難抵御微秒級的干擾脈沖及

109、瞬態(tài)掉電，特別是后者屬于惡性干擾，可能產(chǎn)生嚴重的事故。因此應采取進一步的保護性措施，即使用電源監(jiān)視電路。電源監(jiān)視電路需具有監(jiān)視電源電壓瞬時短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電的功能；及時輸出供CPU接受的復位信號及中斷信號等功能。</p><p>　　3 過程通道抗干擾措施抑制過程通道上的干擾，主要措施有光電隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線等。</p><p><b>