第一篇：東南大學(xué)——機(jī)電一體化論文

機(jī)電一體化與機(jī)器人基礎(chǔ)論文

一． 對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的認(rèn)識(shí) 1，學(xué)科簡(jiǎn)介

機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。是現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說(shuō)都是機(jī)電一體化的設(shè)備。中國(guó)機(jī)電設(shè)計(jì)邁入PLM全新階段，正挑戰(zhàn)著了前所未有的，不可預(yù)測(cè)的難題，一個(gè)個(gè)久戰(zhàn)沙場(chǎng)經(jīng)久不衰精兵良將正褪去了昨日英雄的光環(huán)，唯有CAMEL VIEW 能夠勝任軍統(tǒng)三國(guó)，光復(fù)舊業(yè)的重任，此時(shí)數(shù)系科技與德國(guó)iXtronics GmbH公司攜手共同開(kāi)拓機(jī)電設(shè)計(jì)領(lǐng)域的新篇章，CAMEL VIEW 作為機(jī)電一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品性能的測(cè)試、驗(yàn)證、通過(guò)都是一體化的，流程化的、規(guī)范化的，在滿足用戶設(shè)計(jì)的前提下，數(shù)值實(shí)驗(yàn)的仿真與結(jié)果的驗(yàn)證無(wú)不精確化，支持復(fù)雜環(huán)境下，多工況，多耦合場(chǎng)設(shè)計(jì)。

2、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

本專業(yè)培養(yǎng)從事機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造加工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、營(yíng)銷和售后服務(wù)的高級(jí)技能型、應(yīng)用型人才。學(xué)生在獲取畢業(yè)證書(shū)的同時(shí)還可以取得相應(yīng)的職業(yè)資格證書(shū)。

3、主要核心課程與核心技能

機(jī)械制圖、電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、電氣控制與PLC、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；機(jī)械制圖測(cè)繪、金工實(shí)習(xí)、CAD實(shí)訓(xùn)、電工電子實(shí)訓(xùn)、數(shù)控實(shí)訓(xùn)、機(jī)床電器控制實(shí)訓(xùn)。二．電腦鼠運(yùn)行原理

所謂“電腦鼠” ,英文名叫做 Micromouse,是一種具有人工智能的輪式機(jī)器人,是由嵌 入式微控制器, 傳感器和機(jī)電運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成的一種智能行走裝置的俗稱。“電腦鼠走迷宮”的競(jìng)賽今年在國(guó)際和國(guó)內(nèi)上都很流行，依照新制的比賽規(guī)則，當(dāng)電腦鼠放入起點(diǎn)，按下啟動(dòng)鍵之后，它就必須自行決定搜尋法則并且在迷宮中前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、記憶迷宮墻壁資料、計(jì)算最短路徑、搜尋終點(diǎn)等功能。電腦鼠結(jié)合了機(jī)械、電機(jī)、電子、控制、光學(xué)、程序設(shè)計(jì)和人工智能等多方面的科技知識(shí)。人類在科技的發(fā)展史上，一直在嘗試著想要?jiǎng)?chuàng)造出一個(gè)具有肢體、感官、腦力等綜合一體的智能機(jī)器人，而電腦鼠就是一個(gè)很能夠用來(lái)詮釋肢體、感官及腦力綜合工作的基本實(shí)例，這也是當(dāng)初電腦鼠被發(fā)明的理由，希望能夠借助電腦鼠的創(chuàng)作來(lái)進(jìn)而研究與發(fā)明更加復(fù)雜的機(jī)械。

電腦鼠走迷宮競(jìng)賽具有一定難度,是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性和趣味性的比賽.此外,它還是一 個(gè)很好的教學(xué)工具.電腦鼠可看作是一個(gè)集多項(xiàng)工程學(xué)科知識(shí)于一體的小型系統(tǒng).成功的設(shè) 計(jì)者通常都是合作團(tuán)體,他們必須考慮電子,電氣,機(jī)械以及計(jì)算機(jī)各方面的問(wèn)題.重量, 速度,功耗,傳感技術(shù),重心以及程序各方面都是設(shè)計(jì)中需要決定和綜合考慮的因素.電腦 鼠是一個(gè)多學(xué)科的綜合體,與多各學(xué)科關(guān)系精密:(1)機(jī)械工程:首先電腦鼠必須是個(gè)實(shí)實(shí)在在的機(jī)器人,而對(duì)于在迷宮中高速穿梭 的電腦鼠, “身材”的好壞極其重要.大多數(shù)使用步進(jìn)電機(jī)的電腦鼠可以直接將 車(chē)輪安裝在電機(jī)軸上,而使用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電腦鼠往往許多添加減速和傳動(dòng) 裝置,如何既使輪子安裝穩(wěn)定不顫動(dòng),保證高傳動(dòng)效率,又使車(chē)體輕巧美觀是 機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)需要解決的問(wèn)題.(2)電子工程:電腦鼠是一個(gè)嵌入式系統(tǒng),需要廣泛的涉及信號(hào)處理,通信,微處 理器應(yīng)用和電機(jī)控制等.(3)自動(dòng)控制:控制電腦鼠在迷宮中快速而準(zhǔn)確的行走屬于自動(dòng)控制技術(shù)范疇.測(cè) 距傳感器獲取距離信息并將其反饋給微處理器,微處理器對(duì)距離值分析處理獲 得墻壁信息并根據(jù)墻壁信息控制電機(jī)動(dòng)作以帶動(dòng)輪子產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作,這整個(gè) 構(gòu)成一個(gè)大自動(dòng)控制系統(tǒng).而在這個(gè)大系統(tǒng)內(nèi)還可以包含其他的自動(dòng)控制系統(tǒng).(4)人工智能:電腦鼠走迷宮競(jìng)賽的整個(gè)過(guò)程可大體分為兩個(gè)部分:一,搜索迷宮, 從起點(diǎn)出發(fā),找到終點(diǎn)并找出一條最短路徑;二,沖刺,從起點(diǎn)開(kāi)始,在最短 時(shí)間內(nèi)到達(dá)終點(diǎn).搜索迷宮過(guò)程是電腦鼠學(xué)習(xí)過(guò)程.沖刺過(guò)程前需要在所有走 過(guò)的通路中依據(jù)自己的原則選擇一條路徑作為最短路徑,這是一個(gè)決策過(guò)程.(5)程序設(shè)計(jì):電腦鼠程序具有嵌入式軟件的一般特征并有更高要求.電腦鼠程序 必須高效率和高實(shí)時(shí)性才能保證電腦鼠的控制精和靈敏度.(6)傳感與測(cè)試技術(shù):電腦鼠需要有眾多信息的反饋,如墻壁信息等.需要用到許 多傳感器,如測(cè)試墻壁信息紅外傳感器測(cè)量距離,使用霍爾傳感器測(cè)試車(chē)輪轉(zhuǎn) 速以控制轉(zhuǎn)速和測(cè)量路程等.電腦鼠是一個(gè)精密控制體,足夠的控制精度才能 保證在高速行走的時(shí)候不撞墻和迷失自我.不但要求能夠準(zhǔn)確測(cè)量,還必須有 足夠快的響應(yīng)速度.算法是電腦鼠的靈魂.電腦鼠必須采用一定的算法才能找到終點(diǎn), 才能找到一條最短的 路徑,在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)終點(diǎn).算法的效率決定了解迷宮的效率.優(yōu)良的電機(jī)控制算法能 讓電腦鼠走得更快更平穩(wěn),降低微處理器負(fù)荷.電腦鼠具有精確的定位能力, 快速的行走能力和優(yōu)秀的避障能力等特點(diǎn).對(duì)電腦鼠進(jìn)行 升級(jí)后可以應(yīng)用在許多場(chǎng)合.電腦鼠技術(shù)可以應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人設(shè)計(jì)中, 并可 以將電腦鼠技術(shù)說(shuō)涉及的各學(xué)科知識(shí)分別應(yīng)用在各相關(guān)領(lǐng)域.三．軟件程序編程

IEEE標(biāo)準(zhǔn)智能電腦鼠走迷宮的源代碼，能搜索全迷宮和四分之一迷宮。-DebugExeMaze.bin........Maze.out........Maze.sim.....ListMaze.map.....Objmaze.o........Maze.pbd........Mouse_Drive.o........startup_ewarm.o........zlg7289.o settingsMaze.cspy.bat........Maze.dbgdt........Maze.dni........Maze.wsdt.rcmaze.c...Maze.h...Micromouse.h...Mouse_Config.h...Mouse_Drive.c...Mouse_Drive.h...startup_ewarm.c...TestFlowChartLJT.bmp...Type.h...zlg7289.c...Zlg7289.h Backup of Maze.ewd Backup of Maze.ewp Maze.bmp Maze.dep Maze.ewd Maze.ewp Maze.eww DebugExe.....List.....Obj Debug settings src

編輯程序讓電腦執(zhí)行的過(guò)程就叫編程 很多軟件都可以編程 具有代表性的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言有BASIC C，C++，VB，VF，SQL,網(wǎng)頁(yè)編程JSP，ASP，PHP，軟件是Microsoft Visual Studio,Microsoft Visual Basic,Microsoft SQL Server,等等。BASIC是Beginner's All-purpose symbolic instruction Code（初學(xué)者通用符號(hào)指令代碼）的縮寫(xiě)，是國(guó)際上廣泛使用的一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。BASIC簡(jiǎn)單、易學(xué)，目前仍是計(jì)算機(jī)入門(mén)的主要學(xué)習(xí)語(yǔ)言之一。

高效率的程序員并不是敲鍵盤(pán)的速度比別人快，而是他有著良好的編程習(xí)慣，節(jié)省了別人浪費(fèi)的時(shí)間。因此，要想提高自己的編程效率，根本在于怎么少浪費(fèi)時(shí)間。只要能把別人浪費(fèi)的時(shí)間節(jié)省下來(lái)，你的效率就可以快過(guò)別人，甚至數(shù)倍于別人。要想節(jié)省時(shí)間，當(dāng)然首先需要明白編程中耗費(fèi)時(shí)間的分配情況。程序員軟件開(kāi)發(fā)的幾個(gè)階段：

1、分析設(shè)計(jì)，分析設(shè)計(jì)的前提是充分理解需求說(shuō)明文檔，然后分析如何實(shí)現(xiàn)它們，并形成設(shè)計(jì)文檔。分析設(shè)計(jì)的目的是明晰軟件架構(gòu)，軟件算法和功能的邏輯，得出必要的設(shè)計(jì)文檔，奠定后面編碼的基礎(chǔ)。合理的設(shè)計(jì)可以節(jié)省后面編碼的時(shí)間，不合理甚至錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)將導(dǎo)致工作的重新開(kāi)始，沒(méi)有設(shè)計(jì)貿(mào)然開(kāi)始編程會(huì)導(dǎo)致一些難以預(yù)見(jiàn)的邏輯錯(cuò)誤。總之，較好的設(shè)計(jì)事半功倍。

2、程序編碼

依照語(yǔ)法、設(shè)計(jì)文檔編碼。

3、程序測(cè)試

測(cè)試的目的是檢測(cè)程序有沒(méi)有問(wèn)題，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，問(wèn)題的定位越準(zhǔn)，效率就越高。因此，程序中需要輸出必要的提示信息。

4、軟件調(diào)試

測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)程序有BUG，自然需要調(diào)試。顯然，遇到的問(wèn)題越少，調(diào)試的時(shí)間就越少。沒(méi)有什么比一次性寫(xiě)好，不用調(diào)試更快的方法了。

時(shí)間雖然無(wú)法具體分配到各個(gè)階段，但是第一和第二階段的質(zhì)量決定了后面兩階段的時(shí)間花費(fèi)，質(zhì)量越高，測(cè)試和調(diào)試時(shí)間花費(fèi)越少。反過(guò)來(lái)，質(zhì)量越差，測(cè)試和調(diào)試時(shí)間越長(zhǎng)。

三．實(shí)驗(yàn)中心得體會(huì)

我們學(xué)生之間一定要多交流。相信對(duì)于大部分的競(jìng)賽，交流是個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，這不僅僅是經(jīng)驗(yàn)的交流，更是我們?cè)谝粋€(gè)思想瓶頸上的相互間的探討，我們可以借鑒網(wǎng)上資源或者2010年的大賽經(jīng)驗(yàn)，完善思路。

我們一定要學(xué)會(huì)堅(jiān)持。凡事貴在堅(jiān)持，參與這個(gè)競(jìng)賽，它是一個(gè)看起來(lái)有趣，進(jìn)一步了解難的競(jìng)賽，可是只要都有一個(gè)咬定青山不放松的態(tài)度，就沒(méi)有解不開(kāi)的問(wèn)題！

整合課程內(nèi)容，增加電和計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，緊跟機(jī)電專業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。以機(jī)電一體化技術(shù)核心應(yīng)用能力形成為主線，重組課程內(nèi)容，沖破原有課程體系，刪除陳舊的課程內(nèi)容，增添新知識(shí)，從而形成具有機(jī)電一體化專業(yè)特色的課程體系。

實(shí)踐是大學(xué)生活的第二課堂,是知識(shí)常新和發(fā)展的源泉,是檢驗(yàn)真理的試金石,也是大學(xué)生鍛煉成長(zhǎng)的有效途徑。一個(gè)人的知識(shí)和能力只有在實(shí)踐中才能發(fā)揮作用,才能得到豐富、完善和發(fā)展。大學(xué)生成長(zhǎng),就要勤于實(shí)踐,將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合一起,在實(shí)踐中繼續(xù)學(xué)習(xí),不斷總結(jié),逐步完善,有所創(chuàng)新, 并在實(shí)踐中提高自己由知識(shí)、能力、智慧等因素融合成的綜合素質(zhì)和能力,為自己事業(yè)的成功打下良好的基礎(chǔ)。

第二篇：機(jī)電一體化論文

東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

學(xué)生：趙樹(shù)滿

學(xué)習(xí)中心：河北唐山豐南奧鵬學(xué)習(xí)中心 專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù) 層次：高起專

提交日期：2016年1月19日

機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

第1章緒論

1.1概述

二十一世紀(jì)，關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的研究和應(yīng)用已成為全球性的課題，機(jī)電一體化是以機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)為主題，多門(mén)技術(shù)學(xué)科互相參透、互相結(jié)合的產(chǎn)物，是正在發(fā)展和逐漸完善的一門(mén)新興的邊緣學(xué)科。

第2章機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展（具體內(nèi)容）

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步于發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

2.1數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可能性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

2.2智能化 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

即要求機(jī)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(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)臵智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分叉等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。

2.3模塊化

由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速機(jī)電一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的機(jī)電一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。

2.4網(wǎng)絡(luò)化

由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

2.5人性化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

2.6微型化

微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)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(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很多的進(jìn)展，開(kāi)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(jì)、微觸覺(jué)傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微梁、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。

2.7集成化

集成化既包含各種技術(shù)的互相滲透、互相融合和各種產(chǎn)品不同東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)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)而又安全的運(yùn)轉(zhuǎn)，然后在通過(guò)軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

2.8帶源化

是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

2.9綠色化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)了巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生，綠色產(chǎn)品是指低能耗、低耗材、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)境和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

第3章機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用

在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝臵、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有利條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

3.1智能化控制技術(shù)（IC）

由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)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(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車(chē)間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼、連鑄、軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。

3.2分布式控制系統(tǒng)（DCS）

分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

3.3開(kāi)放式控制系統(tǒng)（OCS）

開(kāi)放控制系統(tǒng)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念。“開(kāi)放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開(kāi)放控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理、決策的集成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。

3.4計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)以基本實(shí)現(xiàn)了過(guò)程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來(lái)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫(kù)存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

3.5現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FBT）

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是連接設(shè)臵在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)臵在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)，就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝臵與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線。現(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致DCS的變革和新一代圍繞開(kāi)發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。

3.6交流傳動(dòng)技術(shù)

交流傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過(guò)直流調(diào)速水平。現(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

第4章總結(jié)

綜上所述，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界最熱門(mén)、最重要的技術(shù)發(fā)展方向之一，并影響到幾乎全部的工業(yè)行業(yè)。可以說(shuō)，從軍事到經(jīng)濟(jì)、從生產(chǎn)到生活、從簡(jiǎn)單的日用消費(fèi)品生產(chǎn)到復(fù)雜的社會(huì)生產(chǎn)和管理系統(tǒng)，機(jī)電一體化技術(shù)幾乎達(dá)到無(wú)所不在、無(wú)孔不入的地步。

致謝

謝謝學(xué)校三年來(lái)給予我的教導(dǎo)和莫大的幫助，無(wú)論是在學(xué)習(xí)上、還是在工作的過(guò)程中都教會(huì)了我許多許多。在學(xué)校和老師的悉心指導(dǎo)下，我也慢慢地學(xué)到了很多知識(shí)，不管是專業(yè)知識(shí)還是其它方面的知識(shí)，衷心的感謝學(xué)校感謝老師！

第三篇：機(jī)電一體化論文

淺談機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

摘 要：本文討論了機(jī)電一體化技術(shù)的概念以及對(duì)于改變整個(gè)機(jī)械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說(shuō)明其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化 技術(shù) 應(yīng)用

（一）機(jī)電一體化的含義

“機(jī)電一體化”在國(guó)外被稱為Mechatronics是日本人在20世紀(jì)70年代初提出來(lái)的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個(gè)新詞，意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

這一名稱已得到包括我國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)的承認(rèn)，我國(guó)的工程技術(shù)人員習(xí)慣上把它譯為機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)又稱為機(jī)械電子技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。

一、機(jī)電一體化技術(shù)基本概念

機(jī)電一體化技術(shù)是在微型計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基礎(chǔ)，對(duì)各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動(dòng)傳遞，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，能量變換進(jìn)行研究，使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)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)則運(yùn)動(dòng)，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)。

二、機(jī)電一體化技術(shù)五大組成要素與四大原則：

1、五大組成要素：

一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、智能組成要素五大組成要素有機(jī)結(jié)合而成。（（1）機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）

是系統(tǒng)的所有功能要素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機(jī)身、框架、支撐、聯(lián)接等。

（2）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分（動(dòng)力組成要素）

依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（3）測(cè)試傳感部分（感知組成要素）

對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并變成可識(shí)別的信號(hào)，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過(guò)分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。

（4）控制及信息處理部分（職能組成要素）

將來(lái)之測(cè)試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。

（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)組成要素）

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(dòng)作和功能。

2、機(jī)電一體化四大原則：

構(gòu)成機(jī)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(jié)構(gòu)耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。

（1）接口耦合：

兩個(gè)需要進(jìn)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(wú)法直接傳遞和交換，必須通過(guò)接口耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)。而兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過(guò)接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號(hào)要在兩個(gè)環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準(zhǔn)確的交換、傳遞，必須遵循一致的時(shí)序、信號(hào)格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時(shí)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(jìn)行交換與傳遞。

（2）能量轉(zhuǎn)換：

兩個(gè)需要進(jìn)行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無(wú)法直接進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法及原理。

（3）信息控制：

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(chǔ)存、分析、運(yùn)算、判斷、決策，以達(dá)到信息控制的目的。對(duì)于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識(shí)獲得、推理機(jī)制以及自學(xué)習(xí)功能等知識(shí)驅(qū)動(dòng)功能。

（4）運(yùn)動(dòng)傳遞：

運(yùn)動(dòng)傳遞使構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運(yùn)動(dòng)的變換與傳輸以及以運(yùn)動(dòng)控制為目的的優(yōu)化。

三、自動(dòng)化技術(shù)：

所謂自動(dòng)化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來(lái)代替人去完成各種測(cè)試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實(shí)預(yù)期的目標(biāo)、功能。一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常由多個(gè)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(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行目標(biāo)。

（二）機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)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(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

一、數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

二、智能化

即要求機(jī)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(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。

三、模塊化

由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這

些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。

四、網(wǎng)絡(luò)化

由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

五、人性化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

六、微型化

微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)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(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開(kāi)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(jì)、微觸覺(jué)傳感器），各種微構(gòu)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(jī)器人等）。

七、集成化

集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)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(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過(guò)軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

八、帶源化

是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

九、綠色化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)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(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。

（三）機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用

在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

一、智能化控制技術(shù)(IC)

由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)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(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車(chē)間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。

二、分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)

分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。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(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)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(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

三、開(kāi)放式控制系統(tǒng)(OCS)

開(kāi)放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念。“開(kāi)放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開(kāi)放控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。

四、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)

鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過(guò)程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來(lái)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫(kù)存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。

五、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(ＦBT)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線。現(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致ＤCS的變革和新一代圍繞開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。

六、交流傳動(dòng)技術(shù)

傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技

術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過(guò)直流調(diào)速水平。現(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)楊自厚． 人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用[Ｊ]．冶金自動(dòng)化，1994（5）2 唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)的研究[Ｊ]．冶金自動(dòng)化，1996（4）3 唐懷斌．王俊普．林行辛．

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工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢(shì) [Ｊ]．自動(dòng)化與儀器儀表，1996（4）智能控制[M]． 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)展與展望[Ｊ]．河北冶金，1998（1）光機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)[Ｍ]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[Ｍ]． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．

第四篇：機(jī)電一體化論文

摘要：

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特長(zhǎng)迅速設(shè)計(jì)制造一個(gè)能夠經(jīng)濟(jì)、方便、有效、可靠的滿足用戶需要的系統(tǒng)或產(chǎn)品。機(jī)電一體化是當(dāng)前生產(chǎn)機(jī)械發(fā)展的主要趨勢(shì)，有著廣闊的發(fā)展前景，對(duì)未來(lái)的機(jī)械生產(chǎn)有著重要的影響。而機(jī)電一體化系統(tǒng)原理的方案設(shè)計(jì)，作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)機(jī)電一體化的總體設(shè)計(jì)影響深遠(yuǎn)。機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、訓(xùn)一算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴于也促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。本文介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。引言：

機(jī)電一體化系統(tǒng)最本質(zhì)的特征是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng) ,它是充分運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)的信息處理和控制功能、可控驅(qū)動(dòng)元件特性的現(xiàn)代化機(jī)械系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化。基于機(jī)電一體化系統(tǒng)是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)這一基本認(rèn)識(shí),將會(huì)有利于我們進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。1.1國(guó)外機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段:第一階段(又稱初級(jí)階段)是20世紀(jì)60年代以前，這一時(shí)期人們不自覺(jué)地利用電子技術(shù)并使之得到比較廣泛的承認(rèn);第二階段，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展;第三階段，各國(guó)均開(kāi)始極大關(guān)注和支持機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：(1)機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。(2)機(jī)電一體化從單機(jī)向整個(gè)制造業(yè)的集成化過(guò)度。(3)激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。(4)微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展迅猛。1.2國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始進(jìn)行機(jī)電一體化的研究和應(yīng)用，國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863計(jì)劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響，許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作。雖然口前國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)與日本、歐關(guān)等先進(jìn)國(guó)家相比仍有一定差距fs，但隨著新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，我國(guó)加大了機(jī)電一體化技術(shù)的研究力度，并將其確定為國(guó)家高技術(shù)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，給予優(yōu)先支持，取得了一定的成績(jī)。(1)數(shù)控技術(shù)方面。(2)工業(yè)機(jī)器人方面。(3)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)方面。1.3機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交義綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。縱觀國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，機(jī)電一體化將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展:(1)綠色化(2)智能化(3)網(wǎng)絡(luò)化(4)微型化(5)模塊化 2機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成特點(diǎn)

對(duì)于以完成工藝動(dòng)作為主功能的機(jī)電一體化系統(tǒng), 從概念設(shè)計(jì)的需要出發(fā), 可根據(jù)其廣義功能原理來(lái)進(jìn)行劃分。主要有以下三大特點(diǎn):(1)機(jī)電一體化系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理和控制制的機(jī)械系統(tǒng), 它的最終目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。

(2)從完成工藝動(dòng)作過(guò)程這一總功能要求出發(fā), 機(jī)電一體化系統(tǒng)可劃分為: 執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、信息處理及控制子系統(tǒng), 它們分別完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作、信息檢測(cè)、信息處理及控制。

(3)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)有它的特殊性, 它是一個(gè)將驅(qū)動(dòng)元件和執(zhí)行件(或執(zhí)行機(jī)構(gòu))融為一體的廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的最大特點(diǎn)是可控性。2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)

總的來(lái)講, 概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵是十分廣泛和深刻的, 它是一個(gè)發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程, 是根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個(gè)的階段的要求 , 進(jìn)行產(chǎn)品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);進(jìn)行滿足功能和結(jié)構(gòu)要求的工作原理求解和進(jìn)行實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的工作原理載體方案的構(gòu)思和系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)作為概念設(shè)計(jì)的一個(gè)子集, 服從于概念設(shè)計(jì)的總體思路。但由于機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)電一體化技術(shù)、現(xiàn)代控制理論以及傳感檢測(cè)等技術(shù)的統(tǒng)一體, 使得機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)機(jī)械的概念設(shè)計(jì)有所不同。2.3機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 2.31取代法 取代法也稱為機(jī)電互補(bǔ)法。該方法的特點(diǎn)是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品(或系統(tǒng))中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。如在一般的工作機(jī)中，用可編程邏輯控制器（PLC)或微型計(jì)算機(jī)來(lái)取代機(jī)械式變速機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、離合器、蝸輪蝸桿等機(jī)構(gòu)，代替插銷板、撥碼盤(pán)、步進(jìn)開(kāi)關(guān)、時(shí)間繼電器等，以彌補(bǔ)機(jī)械技術(shù)的不足，不但能大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且還可提高系統(tǒng)(或產(chǎn)品)的性能和質(zhì)量。這種方法是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)新型產(chǎn)品常用的方法。2.32融合法

它是將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體，構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng))，其要素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)匹配比較充分。某些高性能的光機(jī)電一體化系統(tǒng)，如激光打印機(jī)的主掃描機(jī)構(gòu)一一激光掃描鏡，其掃描鏡轉(zhuǎn)軸就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸，這是執(zhí)行元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合的一例。2.33組合法

它是將用結(jié)合法制成的功能部件(或子系統(tǒng))、功能模塊，像積木那樣組合成各種光機(jī)電一體化系統(tǒng)，故稱組合法。在新產(chǎn)品(或系統(tǒng))系列及設(shè)備的光機(jī)電一體化改造中應(yīng)用這種方法，可以縮短設(shè)計(jì)與研制周期，節(jié)約工裝設(shè)備費(fèi)用，且有利于生產(chǎn)管理、使用和維修。

3機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能 3.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能 3.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)

信息由人產(chǎn)生，為人服務(wù)，人和人之間相互交流的數(shù)據(jù)和消息都是信息，這里的“信息”指的是控制論意義上的信息，即信息是獨(dú)立于物質(zhì)和能量的一類功能變換對(duì)象。機(jī)電一體化系統(tǒng)主要處理以下兩類信息:①過(guò)程信息:被系統(tǒng)所變換(處理)的信息;②控制信息:用于控制系統(tǒng)中能量和物質(zhì)變換過(guò)程的信息，是能夠被系統(tǒng)所“理解”的信息。

機(jī)電一體化系統(tǒng)中的過(guò)程信息和控制信息劃分在不同的信息層次上被證實(shí)存在著相對(duì)性。例如，機(jī)器人中的電子反饋回路無(wú)疑是傳遞控制信息的，即這個(gè)裝置的目的是控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，但是，若從局部來(lái)看其中的反饋傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)電路的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)被它們處理的信息具有過(guò)程特征，同時(shí)，過(guò)程信息的語(yǔ)義值對(duì)傳感器和前置放大器等的功能并無(wú)影響。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的過(guò)程信息和控制信息通常在系統(tǒng)的信息層次結(jié)構(gòu)中交替出現(xiàn)(控制信息需要變換功能，而變換功能在下一層次上又可能被控制信息所支配。例如，由一個(gè)圖像傳感器而來(lái)的信息在用來(lái)控制下一較高層次上的機(jī)器人程序之前必須被處理)。3.3機(jī)電一體化系統(tǒng)中的從屬功能

機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要功能的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)一些從屬功能的協(xié)同。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的主要從屬功能包括動(dòng)力功能、控制功能、接口功能、保護(hù)功能、通訊功能和結(jié)構(gòu)功能。(1)動(dòng)力功能為系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)提供必需的能量。如果系統(tǒng)主要部件的輸入或輸出與系統(tǒng)所處環(huán)境的相應(yīng)輸入或輸出不能直接匹配，接口功能就是必要的了。例如，當(dāng)選用電動(dòng)機(jī)去驅(qū)動(dòng)一個(gè)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，就需要能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的接口部件。

(2)保護(hù)功能確保系統(tǒng)的重要部件的功能參數(shù)處于可允許的范圍內(nèi)。另外，保護(hù)功能也防止系統(tǒng)部件對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

(3)通訊功能使系統(tǒng)部件能夠與環(huán)境交換(狀態(tài))信息例如，激光系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)(輸出)以表明其處于運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)又可根據(jù)一些參考設(shè)置(輸入)進(jìn)行運(yùn)輥通訊功能主要向功能結(jié)構(gòu)上層的控制回路提供信息。

(4)結(jié)構(gòu)功能確保主要部件正常工作時(shí)所需的空間條件能夠得到滿足例如，電燈插座就有結(jié)構(gòu)上的用途，同時(shí)它還提供了一個(gè)電氣接口。控制功能管理著系統(tǒng)中部件的狀態(tài)，并能根據(jù)外部輸入控制系統(tǒng)的功能特性。

從屬功能本身可被視為下一較低功能層次上的主功能，每個(gè)這樣的功能又需要新的從屬功能正是實(shí)現(xiàn)主功能的方法決定了在功能結(jié)構(gòu)的下一層次上需要什么樣的從屬功能。

3.4機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能模型

機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能模型必須符合以下兩個(gè)原則:①包括所有從屬功能;②維持功能方法樹(shù)因果鏈層次的遞歸性所有的從屬功能均被置于系統(tǒng)邊界上以表明它們可以被相的系統(tǒng)所共用。初步的系統(tǒng)模型見(jiàn)圖1。

結(jié)構(gòu)功能未包含在圖1中，因?yàn)樗灰擞米儞Q術(shù)語(yǔ)表達(dá)同樣，將保護(hù)功能表達(dá)為輸入輸出關(guān)系可能會(huì)妨礙到對(duì)它的全面理觸如機(jī)械安全銷的功能是防止機(jī)構(gòu)移出安全區(qū)域，這樣的保護(hù)功能就不能夠用變換術(shù)語(yǔ)來(lái)表達(dá)以上功能模型可以清楚地解釋從屬功能以及主功能與從屬功能之間的輸入輸出關(guān)系結(jié)機(jī)但將此模型作為設(shè)計(jì)工具(即抽象地描述產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu))是不太合適的，因?yàn)楫?dāng)多個(gè)系統(tǒng)集成時(shí)，系統(tǒng)之間的關(guān)系將變得相當(dāng)復(fù)雜因而難以清楚地表達(dá)。4機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模與仿真 4.1概述

4.2系統(tǒng)模型建立方法 ：

（1）、機(jī)理模型法——也稱解析模型是對(duì)已知結(jié)構(gòu)、參數(shù)的物理系統(tǒng)運(yùn)用相應(yīng)的物理定律或定理經(jīng)過(guò)合理分析簡(jiǎn)化而建立起來(lái)的描述系統(tǒng)各物理量、靜態(tài)變化性能的數(shù)學(xué)模型。

（2）、統(tǒng)計(jì)模型法——采用由特殊到一般的邏輯、歸納方法根據(jù)一定數(shù)量的在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)測(cè)、觀察的物理數(shù)據(jù)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)規(guī)律、系統(tǒng)辨識(shí)等理論合理估計(jì)出反映系統(tǒng)各物理量相互制約關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

（3）、混合模型法——當(dāng)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性有部分了解但又難以完全用機(jī)器模型方法表述出來(lái)這時(shí)需要結(jié)合一定的試驗(yàn)方法確定另一部分不甚了解的結(jié)構(gòu)特性或是通過(guò)實(shí)際測(cè)定來(lái)求取模型參數(shù)。這種方法是機(jī)理模型法和統(tǒng)計(jì)模型法的結(jié)合故稱混合模型法。4.3數(shù)學(xué)模型 4.4系統(tǒng)仿真 5結(jié)論與展望 5.1總結(jié)

5.2展望

第五篇：機(jī)電一體化論文

機(jī)電一體化論文

題目： PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

學(xué)院：核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化

班級(jí)：

學(xué)號(hào)：

姓名：

指導(dǎo)老師：

摘 要：可編程控制器指建立在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)之上，以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)等為主要適用范圍的一類電控控制器，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平整體來(lái)說(shuō)較低，PLC產(chǎn)品具有著極大發(fā)展空間。PLC在生產(chǎn)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，自動(dòng)控制已經(jīng)成為智能生產(chǎn)系統(tǒng)中必不可少的一部分。首先對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)及PLC進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：PLC生產(chǎn)控制智能

一、機(jī)電一體化：

1、機(jī)電一體化的概念：

機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英語(yǔ)稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展。現(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密集合的一門(mén)技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機(jī)器有了人性化，智能化。

2、機(jī)電一體化的發(fā)展方向

機(jī)電一體化向智能化方向邁進(jìn).20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)注六個(gè)發(fā)展方向：

機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。未來(lái)機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向有：

1．智能化。智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。

2．模塊化。模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。

3．網(wǎng)絡(luò)化。20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來(lái)了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

4．微型化。微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1立方厘米的機(jī)電一

體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

5．綠色化。工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。

6．系統(tǒng)化。系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。

二、可編程控制器（PLC）：

1、PLC的概念：

PLC是一種專門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC是工控的利器,機(jī)電一體化專業(yè)本來(lái)就是一門(mén)控制機(jī)械的學(xué)科,包含了機(jī)械設(shè)計(jì)和電控設(shè)計(jì).所以只要是機(jī)械要用到(非人工)控制的都可以用到PLC,當(dāng)然單片機(jī)也可以,但是對(duì)于電氣控制來(lái)說(shuō)可編程控制以其編程便捷、接口通用和工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)支撐著整個(gè)控制核心，是機(jī)電一體化產(chǎn)品中重要的器件。

2、PLC的構(gòu)成：

PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：

a、電源

PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。

b、中央處理單元（CPU)

中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

c、存儲(chǔ)器

存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。

存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。

d、輸入輸出接口電路。

1．現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。

2．現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。

e、功能模塊

如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。

f、通信模塊

如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。

3、PLC具有的鮮明的特點(diǎn)：

（1）功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)

（2）使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。

（3）安裝簡(jiǎn)單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，寫(xiě)入程序即可運(yùn)行。

（4）抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。

（5）環(huán)境要求低。PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作。

（6）易學(xué)易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。

所以對(duì)于電氣控制來(lái)說(shuō)可編程控制支撐著整個(gè)控制核心，是機(jī)電一體化產(chǎn)品中重要的器件。

三、PLC在機(jī)電一體化技術(shù)中的應(yīng)用

目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)機(jī)電一體化領(lǐng)域，使用情況大致可歸納為如下幾類。

1、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。例如：機(jī)床電氣控制，沖床、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制，注塑機(jī)的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機(jī)、連鑄機(jī)、飛剪的控制，電鍍生產(chǎn)線、啤酒灌裝生產(chǎn)線、汽車(chē)配裝線、電視機(jī)和收音機(jī)的生產(chǎn)線控制等。

PLC在CNC機(jī)床中的應(yīng)用方式及其特點(diǎn)，PLC在CNC機(jī)床中的作用及數(shù)控裝置I/O口和機(jī)床控制面板、強(qiáng)電信號(hào)的連接方法，研究了數(shù)控機(jī)床中T功能代碼和M功能代碼在PLC上的實(shí)現(xiàn)方法。CNC機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和圖形顯示功能，可編程控制器具有較好的邏輯處理功能，可以充當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)微處理器與機(jī)床強(qiáng)電控制的橋粱。PLC與CNC機(jī)床數(shù)控裝置聯(lián)接可靠性高，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床數(shù)控改造中有廣泛的應(yīng)用前景。PLC在針吸式穴盤(pán)自動(dòng)播種機(jī)上的應(yīng)用，將PLC用于對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)和電器系統(tǒng)的自動(dòng)控制，使針吸式穴盤(pán)播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，系統(tǒng)工作安全、可靠、效率高，且對(duì)故障的判斷也較容易和直觀。

2、運(yùn)動(dòng)控制

PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。

PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。例如：金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。PLC以其工作平穩(wěn)、可靠、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在磁選機(jī)中引入PLC控制，能極大地改善設(shè)備的電氣性能，提高設(shè)備的自動(dòng)化水平，保證設(shè)備高效、安全運(yùn)行，以達(dá)到提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益之目的。從控制系統(tǒng)的組成、控制原理以及程序設(shè)計(jì)思想方面以PLC為核心的控制系統(tǒng)應(yīng)用干混凝土攪拌站的生產(chǎn)運(yùn)行控制，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、攪拌的混凝土質(zhì)量好，故障率低，生產(chǎn)量大，能耗低以及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于建筑工程、公路工程、橋梁工程等。

3、過(guò)程控制

過(guò)程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。過(guò)程控制的目的就是根據(jù)有關(guān)模擬量的當(dāng)前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開(kāi)關(guān)量或模擬量輸出，以使系統(tǒng)工作參數(shù)能按一定要求作。是連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程最常用的控制。

4、數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

5、通訊聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

四、結(jié)論

總的概括說(shuō)來(lái)，21 世紀(jì)的機(jī)械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo),它是采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理形式的全新的機(jī)械制造業(yè)。它的特征是全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造。所以以PLC為主組成的控制系統(tǒng)將代表著當(dāng)前機(jī)電設(shè)備電氣控制的先進(jìn)水平與發(fā)展方向。

五、參考文獻(xiàn)

1.《PLC編程及應(yīng)用》廖常初主編機(jī)械工業(yè)出版社

2.《機(jī)電一體化技術(shù)》劉德全主編大連理工大學(xué)出版社.3.《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》陳伯時(shí)主編機(jī)械工業(yè)出版社.4.《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》何克忠李偉編著清華大學(xué)出版社

5.《計(jì)算機(jī)工業(yè)控制》楊勁松張濤編著中國(guó)電力出版社