第一篇：煤礦機電一體化技術的應用

煤礦機電一體化技術的應用、管理及發展趨勢

摘要：近年來，我國各行各業競相發展，依靠機電一體化技術，大幅度地提高產品的性能、質量和可靠性，提高制造水平，增加產品的應變能力，提高勞動生產率，節約大量能源和材料消耗。煤炭系統也在利用機電一體化技術改造舊設備和開發新產品方面做了大量的工作，取得一定的成效。它已使人們清楚地認識到，機電一體化技術和產品的發展，是實現高效、安全、機械化采煤和煤礦機電產品更新換代的重要途徑。針對機電一體化技術在煤礦中的應用進行闡述，并對其發展趨勢進行分析。摘要：近年來機電一體化技術的應用和推廣極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力，為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭業生產打下了扎實的基礎。文章對煤礦機電一體化技術在我國的應用以及機電管理進行闡述。關鍵詞：機電一體化技術；煤礦；應用；發展趨勢；煤礦機電；自動化；設備應用與管理

引 言

隨著科學技術不斷發展，機電一體化技術的發展也越來越快，機電一體化技術正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發展。我國的機電一體化技術雖然發展較快，但與國際先進水平還存在較大的差距，我們需要堅持應用先進技術的方向，不斷創新，培養大批能從事機電一體化企業及相關的生產、建設、管理、服務第一線的高等工程技術應用性人才。機電一體化技術專業人員主要從事機電一體化產品的開發、設計、制造、安裝、調試、運行、檢修和營銷等技術與管理工作。由于機電一體化技術應用領域廣泛，因此具有較大的就業崗位群。

一、概述

機電一體化技術就是機械、計算機、信息處理和自動控制技術綜合運用的復合技術，是微電子技術向傳統機械工程滲透而形成的融合機械工程、電氣工程、計算機技術、信息技術等為一體的新興綜合技術。機電一體化技術順應了當今科學技術發展的規律，示了強大的生命力。由于煤炭生產是將數百、數千萬噸煤炭從地層深處采掘、運送到地面，因此需采用大量的機電設備才能實現這一目標，而機電一體化煤礦產品則是實現高產高效的最好選擇。機電一體化將機械與電子技術融為一體，使物流、能流、信息流融為一體。

二、機電一體化技術在煤礦中的主要應用

1機電一體化技術在提升機中的應用礦井提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設備，全數字化交直流提升機。尤其是內裝式提升機，從結構上將滾筒和驅動合為一體，機械結構大大簡化，充分體現了機械一電力電子一計算機一自動控制的綜合體。而全數字化提升機高度可靠，采用總線方式，大大簡化了電器安裝，此外，硬件配置簡單，互相兼容。..九五期問，國 產數字化直流提升機已成為煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機，其核心部分..ASCS是由雙..CPU構成的計算機系統，其性能先進、操作簡便、準確可靠。此外，我國還應用..sIMADYND和..s7研制成功了第一臺交一交變頻器供電的交流提升機。目前，最大裝機容量已達到..5000kW，主、副井提升機可做到全自動化，不需要專門的絞車司機。

機電一體化技術在采煤機中的應用電牽引采煤機是機電一體化技術在采煤機的一個典型應用。與液壓牽引相比，它具有一下特點：

良好的牽引特性：可以在采煤機前進時提供牽引力，使其克服阻力移動，也可以在采煤機下滑時進行發電制動，向電網反饋電能。

可用于大傾角煤層：牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器，因為它的設計制動力矩為電動機額定轉矩的1．6～2．0倍，所以電牽引采煤機可用在..4O。～50。傾角的煤層，而不需要其它防滑裝置。

運行可靠，使用壽命長，電牽引和液壓牽引不同，前者除電動機的電刷和整流子有磨損外，其它元件均無磨損，因此工作可靠，故障少，壽命長，維修工作量小。

反應靈敏，動態特性好：電控系統能及時調整各種參數，防止采煤機超載運行。

結構簡單、效率高：電牽引采煤機機械傳動結構簡單、尺寸小、重量輕，電能轉換為機械能只做一次轉換，效率可達99％，而液壓采煤機的效率只有65％一70％左右。

煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作，研制成功我國第一臺采用交流變頻調速 MG344一PWD型薄煤層強力爬底板電牽引采煤機以來，我國的電牽引采煤機有了較快的發展。國內上海天地公司、太原礦山機械廠、西安煤機廠、雞西煤機廠等都生產交流變頻和直流電牽引采煤機，而且得到了廣泛的應用。經過近2O年的研制開發，我國的電牽引采煤機逐步走向成熟，為煤礦生產技術的進步起到了積極的推動作用。

機電一體化技術在帶式輸送機中的應用帶式輸送機由于長距離連續輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現自動化等特點，已成為我國煤礦井下原煤輸送 系統的主要運輸設備。因此，成為近幾年來機電一體化技術的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的..CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為平滑起動運送大慣性載荷，如煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設汁的軟驕動裝置．一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅動。由于尚未解決動態分析和在線監控技術以及啟動延遲技術，我國帶式輸送機的中間驅動點不能不知過多，～般為三點驅動，這樣就限制了輸送機的單機長度和運量。而且，輸送機的監控設備功能少、可靠性較差、靈敏度和壽命都較低，和發達國家相比存在顯著的差距。

煤礦機電一體化裝置液壓支架則向電液控制方向發展將計算機技術與液壓控制有機結合，實現定壓雙向鄰架或成組自動移架，避免對頂板和支架產生沖擊載荷。我國神華集團大柳塔礦采用從德國和美國引進的電液控制的支架，移架速度為6~8秒／架，最快的移架速度達3秒／架。龜液控制裝置還可檢測支架的工作狀態。

煤礦供電的特點是供電要可靠，質量要高，能滿足大功率設備的要求。因此應該推廣節能型產品。高壓開關柜采用維護量小，使用壽命長的真空開關。采用集中 補償和就地補償相結合的辦法提高功率因數，減少供電系統無功電流，減少無功功率損耗。目前高、低開關柜普遍采用..微機保護，具備網絡功能，可以實現遠程遙控、遙測、遙信和遙調。

三、煤礦機電一體化技術應用的發展趨勢

我國自造的煤礦機電一體化設備都具有智能化、程序化、信息化的特點，以及設備體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優點。這些設備在煤炭生產中的廣泛應用，不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高了煤礦的生產水平和能力，創造了巨大的經濟效益和社會效益。但是，我國的煤礦機電一體化技術與發達國家相比，還有一定的差距，因此還有很多的工作需要繼續研究，其未來的發展趨勢是：

開發有自主知識產權的以煤礦開采技術及配套裝備為主導的核心技術，研究具有自主知識產權的核心裝置：

增加產品的通信功能，以適應綜合自動化的需要；開發以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監測以及微處理器、計算機和專家系統的應用等；煤礦機器人仍然是煤礦機電一體化技術今后研究的重點之一。機電一體化技術煤礦生產中的應用機電一體化技術包括基礎的機械技術、以及計算機與信息技術、系統技術、自動控制技術動技術。而在在礦井的生產過程中，采煤工藝的先進與否直接影響整個礦井的生產能力。因此，要盡量選用先進的采煤工藝，從而到礦井的高產高效的目的。隨著我國工業控制自動化技術的發展，煤礦機電自動化在礦上的應用目益增多。

因為煤礦是高危行業，提高機電設備自身的安全可靠程度和自動化程度，最大減少用人，是實現礦井長治久安的關鍵所在，因此煤礦機電的自動化有力推動了企業安全高效、又好又快發展。

電氣自動化在采礦機械設備中的應用采煤機從中厚煤層起步，發展到薄煤層、大功率、大采高強力滾筒采煤機。從有鏈牽引、無鏈液壓牽引方式，逐漸發展到了電磁滑差無鏈電牽引和變頻調速無鏈電牽引。液壓支架高度從薄煤、中厚到厚煤層，支架型式由占主導的掩護式，逐漸發展到有四柱支撐式低位放頂煤、兩柱式的高位放頂煤(單輸送機)、兩柱掩護式低位放項煤液壓支架等多種架型。液壓支架電液控制系統在美國、澳大利亞、德國等煤炭生產發達國家得到了普遍的應用，液壓支架電液控制系統是實現綜采工作面高產高效的關鍵技術設備，是今后發展的必然方向充分發揮機電一體化技術在煤礦開采中的作用。目前從國內煤礦的技術、經濟條件和效益出發，電液控制液壓支架主要用于年產400萬t以上的一次采全高長壁工作面，600萬t以上各項煤工作面及薄煤層高效開采工作面。將在近年內結合各礦特點嘗試液壓支架的電液控制系統。

我國電氣自動化的應用使采煤的過程更加人性化，綜采工作面裝備遠程監控及專家診斷系統的可靠性是國產采煤機研究的主要內容。該系統能夠實現綜采裝備液壓支架和采煤機的遠程監控，使采煤機根據煤層的變化實現自動割煤、煤層的軟硬自動調節采煤速度，檢驗并完善動態監測綜采支架液壓系統壓力和各受力點的狀態，自動調節支架推移輸送機的拉移等，使綜合機械化水平上一個新的臺階。

煤礦機電一體化技術礦井運輸提升產品的應用在煤礦生產中，因為現代化煤礦發展的需要，對煤礦機械化采煤提出更高的要求，因此隨之對井下、井上的運輸和 提升系統的要求也就越來越高。如今，對于國外一些采煤技術比較先進的國家，煤礦井下大巷的運輸系統大多是采用帶式運輸機，他們基本上是采用直流式交流變頻裝置驅動方式，主要以電力電子器件為核心。

在我國，大多數煤礦井下生產已經實現了皮帶化，采用大巷強力帶式運輸機運輸的方式也非常普遍。另外，計算機控制系統發展也非常迅速，它們具有很多種及時故障診斷和自我保護等功能，如應用過程中的軸承溫度、倒轉、跑偏及斷帶等故障，可能在某些方面沒有面面俱到，在使用上還不能滿足一些功能，但是從發展的角度看問題，這的確是一個很好的開始。而全數字化提升機高度可靠，采用總線方式，使電器安裝大大簡化，此外，硬件配置簡單，互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機，其核心部分ASCS是由雙 CPU構成的計算機系統，其性能先進、操作簡便、準確可靠。機電一體化技術在綜合機械化采煤中的應用，使設備動作趨于協調，且安全性、可靠性大為提高，操作性能更加完善，為煤炭企業帶來了更高的經濟效益。

礦井安全生產監測監控系統中的應用礦井安全生產 監控系統是最能體現煤礦機電一體化的技術之一。20世紀 90年代以來，緊跟世界監測監控系統的發展潮流，我國自行研制開發出了一批具有世界先進水平的監控系統，如煤炭科學研究總院重慶分院的KJ90系統、煤炭科學研究總院常州自動化研究所的KJ95系統等。自此，大大小小的系統生產廠家如雨后春筍般的不斷出現，不僅為各煤礦提供了更多的選擇機會，且促進了各廠家在市場競爭條件下不斷提高產品質量和服務意識。經過多年的實踐表明，安全監測監控系統為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的作用，基本代表了我國煤礦監測監控系統的技術水平。

四、煤礦機電管理存在的主要問題

1機電管理職能部門作用沒有充分發揮盡管各地方煤礦一般都設置了機電管理部門，但大多數礦井機電科都承擔 2種職能：一是機電管理，二是機電生產。

機電科管理人員的主要精力放在應付生產上，管理作用沒能充分發揮。一些地方煤礦的領導對機電管理重視不夠，大量壓縮機電人員，造成機電管理人員不足，機電專業組織未能健全，機電管理網絡經常中斷，機電 職能管理作用淡化，技術手段落后。

機電隊伍整體素質較低及機電技術力量薄弱一些地方煤礦機電管理人員文化較低，專業技術水平不高，未系統學習設備管理理論和企業管理理論，機電管理憑經驗進行。機電職工一般未接受機電專門技術培訓，理論知識不足，實踐經驗缺乏，違章作業經常發生。設備故障較高，因電氣失爆而引起的瓦斯、煤塵爆炸事故幾乎年年發生。用電管理 兩票三制堅持不嚴，帶電作業，約時停送電時有發生。

設備存在隱患較多設備老、舊、雜、帶病運轉，安全設施、保護裝置不全，距《煤礦安全規程》要求差距較大。提升系統缺少緩沖裝置和托罐裝置，電控系統、制動系統保護不全。井筒裝備銹蝕嚴重，末能定期防腐。有的礦井為了趕產，不能保證主副井2h的停產檢修時間，絞車的實際提升負荷超過設計提升能力。一些固定設備的電壓表、電流表、壓力表、真空表、安全閥未按規定定期校驗。井下電氣設備沒有按規定做電氣試驗，過流保護整定過大，漏電保護、煤電鉆綜保、照明信號綜合保護、輸送機保護、風電閉鎖、瓦斯電閉鎖甩掉不用或 試驗及記錄不規范。井下局部接地極及連線的材質、工藝不符合要求，安裝不合格。非阻燃的電纜、輸送帶仍在井下使用。電氣設備失爆現象屢見不鮮。

改進地方煤礦機電管理的辦法重視機電管理，首先是礦井領導人重視機電管理，這是加強機電管理的關鍵。機電管理人員要經常向礦領導匯報機電工作，多提工作建議，以獲得領導的支持。

因礦制宜建立機電管理機構，授予職權，統一管理礦井機電管理機構體系不論采取哪種形式，都必須授予機電部門職權，實行統一管理。一般機電部門要具有以下職權，即：制定機電管理規章制度杈；編制部署機電工作計劃權；設備配件分配權：制止違章作業權：追查機電事故權；檢查評比考核獎罰權：機電業務骨干調整調動工作監督權。

認真落實規章制度，扎實地做好設備綜合管理。加大機電培訓。達到培訓的目的各礦應建立設備綜合管理體系，完善設備綜合管理制度，配齊設備管理人員，實行流程化管理，扎實地做好設備綜合管理工作，確保設備管理制度化、正常化、規范化。培訓上提高職工學習積極性，嚴謹機電培訓走過場。能實現要我學到我要學的轉變，培訓達到目的。

對我國煤礦機電一體化技術的思考在20世紀，我國煤礦機電一體化技術(產品)取得了較大的發展，機電一體化技術應用到了煤礦每個環節，但相對國外先進煤礦還是比較落后的。因此，要讓我國煤礦機電一體化技術達到世界先進技術水平，必須掌握信息時代機電一體化技術的特點和相關技術發展的動態。

應提高我國煤礦機電一體化產品的規范化、標準化、系列化和通用化的程度：以計算機為機電一體化的核心裝置，因為計算機運算和存貯能力非常強，且體積和功耗小，更加適合于工作空間狹小的煤礦機電一體化產品，在設計煤礦機電一體化產品時，應盡可能的選用功能強大的嵌入式計算機，從而保證工作性能更可靠：對于新開發的煤礦機電一體化產品應具有通信功能，同時，要選用很好的開放性和高可靠性的通信模塊，方便與控制網絡進行連接通信控制；煤礦機電一體化產品需要達到智能化發展水平，能判斷機電設備和周圍環境的狀態，使設備能自動適應環境并以最優的狀態工作，同時能快 速地對所采集的參數進行分析，從而對故障進行診斷，再根據這些診斷結果對以后工作過程中的故障進行預測；要對礦用傳感器進行深入研究和開發，提高礦用傳感器的可靠性和使用壽命，同時考慮傳感器的數字化、集成化、智能化和多維化，使礦用傳感器在比較惡劣的工作環境下進行信號的測量，并保證其測量；準確度，并具有自校正、自診斷、狀態識別和自我調節等功能；要關注國內外高新技術的發展，將那些適于煤礦井下工作環境的高新技術用于煤礦機電一體化產品，從而提高煤礦現代化，達到煤礦自動化生產。

參考文獻

1殷際英．機電一體化實用技術[Ｍ]．北京：化學工業出版社，2003 2芮延年．機電一體化系統設計[Ｍ]． 北京：機械工業出版社，2004．

結束語

當然，機電一體化的發展不是孤立的，與機電一體化相關的技術還有很多，并隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的發展與應用也將更加廣闊。

近年來，隨著微電子技術、計算機技術、軟件技術、傳感器技術和自動化技術的飛快發展，信息流成為機電一體化的主要特色。其產品實現自動化、數字化、智能化，在性能和功能方面均實現了質的飛躍。

因此，機電一體化技術是企業信息化的重要支撐技術，是礦山綜合自動化的基礎。機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用和推廣，極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力，為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭工業生產打下了扎實的基礎。

鳴

謝

本文是在老師精心指導和大力支持下完成的。老師以其嚴謹求實的治學態度、高度的敬業精神、兢兢業業、孜孜以求的工作作風和大膽創新的進取精神對我產生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業設計過程中我也學到了許多了關于瓦斯抽放方面的知識，實驗技能有了很大的提高，在此深表謝意。其次，感謝所有關心、支持、幫助過我的良師益友。最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝。

第二篇：機電一體化技術及應用.doc

第1章緒論

第一節機電一體化的定義

1、機電一體化是機電一體化技術及其產品的統稱，并把柔性制造系統（FMS）和計算機集成制造系統（CIMS）等先進制造技術的生產線和制造過程也包括在內，發展了機電一體化的含義。

2、機電一體化包括六大共性關鍵技術：精密機械技術、伺服驅動技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術和系統總體技術。

3、名詞解釋：機電一體化產品

在機械產品的基礎上應用微電子技術和計算機技術產生出來的新一代的機電產品。

第二節機電一體化系統的基本功能要素及相應功能

1.機械本體機械本體包括機械傳動裝置和機械結構裝置。其主要功能是使構造系統的各子系統、零部件按照一定的空間和時間關系安置在一定的位置上，并保持特定的關系。

2.動力部分功能是按照機電一體化系統的控制要求，為系統提供能量和動力以保證系統的正常運行。機電一體化的顯著特征之一，是用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。

3.傳感檢測部分 功能是對系統運行過程中所需要的本身和外界環境的各種參數及狀態進行檢測，并裝換成可識別信號，傳輸到信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。其功能通常由專門的傳感器和儀器儀表完成。

4.執行部分功能是根據控制和指令完成所要求的動作。執行部分是運動部件，一般采用機械、電磁、電液等機構。它將輸入的各種形式的能量轉換為機械能。

5.驅動部分功能是在控制信息作用下，驅動各種執行機構完成各種動作和功能。

6.控制與信息處理部分功能是將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、加工，根據信息處理結果，按照一定的程序發出相應的控制信號，通過輸出接口送往執行部分，控制整個系統有目的地運行，并達到預期的性能。控制與信息處理單元一般由計算機、可編程控制器（PLC）、數控裝置以及邏輯電路A/D與的、D/A轉換、I/O接口和計算機外部設備等組成。

7.接口一是交換；二是放大；三是傳遞。機電一體化系統的組成及工作原理

第三節機電一體化的相關技術（六大方面）

1．機械技術：是機電一體化的基礎

2．傳感檢測技術：是機電一體化系統的感覺器官

3．信息處理技術：包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策。機電一體化主要采用工業

4．自動控制5.伺服傳動技術6.系統總體技術

第2章機械傳動與支承技術機械系統是機電一體化系統的基本要素，主要用于執行機構、傳動機構、支承部件。

第一節機械系統數學模型的建立

1．機械移動系統

機械移動系統的基本元件是質量、阻尼器和彈簧。

第二節機械傳動系統的特性、影響機電一體化系統中傳動鏈的動力學性能的因素：（1）負載的變化（2）傳動鏈慣性（3）傳動鏈固有頻率（4）間隙、摩擦、潤滑和溫升

2．機械傳動系統的特性（公式—選擇）P22-23

(1)阻尼線性阻尼下的振動為實模態，非線性阻尼下的振動為復模態阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系數m—系統的質量 k—系統的剛度（2）剛度對于伺服系統的失動

量來說，系統的剛度越大，失動量越小。對于伺服系統的穩定性來說，剛度對開環系統的穩定性沒有影響，而對閉環系統的穩定性有很大影響，提高剛度可增加閉環系統的穩定性。

（3）諧振頻率（4）間隙（1）齒輪傳動的齒側間隙的消除 1)剛性消隙法2）柔性消隙法 3）絲杠螺母間隙的調整墊片式調隙機構、螺紋式調隙機構、齒差式調隙機構

第三節機械傳動裝置齒輪傳動使用最多的原因是：瞬時傳動比為常數、傳動精確、強度大、能承受重載、結構緊湊、摩擦力小、效率高。

諧波齒輪減速器原理若將鋼輪固定，外裝柔性軸承4的波發生器凸輪3裝入柔輪2中，是原形為圓環形的柔輪產生彈性變形，柔輪兩端的齒與鋼輪的齒完全脫開，長袖與短袖間的齒測逐漸齒入齒出。與一般齒輪傳動相比有下列特點(1)傳動比大單級50~500多級可達3000以上（2）承載能力大（3）傳動精度高（4）齒側間隙小（5）結構簡單、體積小、重量輕

第四節回轉運動支承主要由滾動軸承、動壓軸承、靜壓軸承、磁軸承等承擔。直線運動軸承主要是指直線運動導軌副起作用是保證各零件之間的相對位置和相對運動精度。機電一體化系統常用的直線運動支承有滑動導軌滾動導軌液體和氣體靜壓導軌

第三章檢測技術

第一節 傳感器的性能（1）靜態特性指標：線性度、靈敏度、遲滯、重復性。（2）動態特性傳感器的使用原則1）足夠容量2）與測量或控制系統的匹配性好，裝換靈敏度高3）精度適當且穩定性高4）反應速度快，工作可靠性好5）適用性和適應性強6）使用經濟

第二節光柵 由標尺光柵和指標光柵組成。是位移監測器，特點精確高、響應速度快、和量程范圍大。P=0.001mm把摩爾條紋調大10mm則放大倍數相當于1000倍

感應同步器是一種應用電磁傳感器原理制造的高精度檢測元件，直線式和圓盤式。分別檢測位移和轉角。

第三節光電式速度傳感器是由裝在被測軸上的帶縫隙圓盤、光電器件、和指示縫隙盤組成。

第四節接觸式位置傳感器1）由微動開關制成的位置傳感器2）二維矩陣是配置的位置傳感器。接近式位置傳感器按其工作原理主要分電磁式、光電式、靜電容式、氣壓式、超聲波式。

第五節 測量放大器需要電路具有橫高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。程控增益放大器經過處理的模擬型號，在送入計算機處理前，必須進行量化，及進行模擬數字變換，變換后的數字信號才能為計算機接受處理。在計算機自動測控系統中往往不希望、有時也不能利用手動辦法來實現增益而希望利用計算機采用軟件控制來實現增益的自動變化。隔離放大器在有強電或電磁干擾的環境中為了防止電網電壓等對測量回路的損壞，其信號輸入通道采用隔離技術。能完成這種任務、具有這種功能的放大器。

第七節用軟件線性化處理的方法有：計算法、查表法、插值法。

第四章伺服傳動技術伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指揮下，控制驅動元件，是機械系統的運動部件按照指令要求進行運動。伺服系統的結構組成：控制器、功率放大器、執行機構、和檢測裝置。通常伺服電動機應符合以下基本要求：具有寬廣而和平的調速范圍、具有較硬的機械特性和良好的調節特性、具有快速響應特性、空載使動電壓小。步進電動機是一種將脈沖信號裝換成位移角的執行元件。對這種電動機施加一個脈沖后，其轉軸就裝過一個角度，稱第一步。脈沖數增加位移角隨之增加，脈沖頻率高裝速快，相序改變，電動機反轉。

第二節直流伺服系統結構：相敏放大器、位置調節器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服電動機、減速器、位置檢測

脈寬調制型pwm功率放大器基本原理：利用開關功率器件作用，將直流電壓換成一定頻率的方波電壓，通過方波脈沖寬度調制，改變輸出電壓的平均值。

Pwm控制電路脈沖調制器、邏輯延時環節、晶體管基極驅動器。

第三節異步電動機變頻調速器 6個功率開關、12個晶體管。

Spwm變頻調速系統：絕對值運算器、函數發生器、邏輯控制器。

環節分配器：三相三拍、三相六拍、雙三拍

電液伺服系統是由電信號處理部分和液壓的功率輸出部分組成的控制系統，系統的輸入是電信號。電液位置伺服控制系統常用于機床工作臺的位置控制、機械手的定位、穩定平臺水平位置控制等。電液速度伺服控制系統：若系統的輸出量為速度，將此速度反饋到輸入端，并與輸入量比較，就可以實現對系統的速度控制。

第五章計算機控制技

1.直接數字控制系統（DDC）

這類系統中計算機的運算和處理結果直接輸出作用于被控制對象，故稱為直接數字控制系統 2分布控制系統式

分布式綜合了計算機技術 通信技術和控制技術，采用多層分級結構的構成，從下而上的分為控制級，控制管理級和經營管理級

3傳送的方式

無條件傳送 查詢式傳送 中斷式傳送D/A轉換器是指將數字量轉換位模擬量的電路DAC0883主要是有兩個8位寄存器和一個8位D/A轉換器組成的。使用兩個寄存器的優點是可以進行兩次緩沖操作，使該器件的應用有更大的靈活性。A/D模數轉換器是將模擬電壓轉換為數值量的器件。實現的方法a逼近法b雙積分法。7 STD總線的技術特點a小板結構b嚴格的標準化c面向I/O設計d高可靠性STD總線工業控制計算機

a Z80系列STD總線工業是最早開發的一種機型，特點可靠性高 價格便宜 普及面 等優點，目前占有很大市場

b 單片機系列本身就是工業控制機，集成密度較高，作為控制應用其功能比較齊全，可靠性和抗干擾能力強數值PID調節器的設計

PID能夠較好的兼顧動態控制系能和穩態控制系能

第六章簡單的機電一體化

1全自動洗衣機

工作時單面片機通過檢測待洗衣物的渾濁度 布質 布量和水溫等作為模糊推理的輸入條件。

第七章工業機器人

1.工業機器人的組成 操作機 驅動系統 控制系統 人工智能系統

2.工業機器人的分類 a按操作機坐標形式分為 直角坐標型工業機器人 圓柱型 球坐 多

關節型平面關節型機器人b按控制方式分類 點位控制 連續軌道控制c 按驅動方式分類 氣動式 液壓式 電動式

3.手腕是由彎曲式關節和轉動式關節組成。兩自由度腕關節來說有RR和BR兩個結構，對于三個自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五種表示p表示俯仰Y表示擺動R表轉動

4.手部很據其結構和用途不同可以分為機械夾持器 專用工具和萬能手三類

5.機械夾持器分為 回轉式 移動式 內撐式

6.研究工業機器人的目的是建立工業機器人個運動構建與手部在空間位置之間的關系，建

立機器人的手臂運動的數學模型，為控制工業機器人的運動提供分析的方法和手段，為仿真研究手臂的運動特性和設計控制器實現預定功能提供依據。

7.工業機器人的力學分析分為靜態力學分析和動態力學分析。靜態力學是研究操作機在靜

態條件下，手臂受力情況；動力學分析是研究操作機各主動關節驅動力與手臂的關系，從而得出工業機器人的動力學方程。

第八章柔性制造系統和計算機集成制造系統

1．柔性制造系統的定義和適用范圍

FMS是指可變的 制動的化程度較高的制造系統，主要包括若干數控機床加工中心，用一套自動物料搬運系統連接起來，由布級多級計算機系統進行綜合管理與控制。

適用范圍：能解決單件 小批量生產的自動化問題，也能適應大批量 多種產品的自動化問題，它把高柔性 高質量 高效率結合起來，在當前具有較強的生命力

2柔性制造系統的組成和結構

組成：加工系統 物料系統 能量系統 信息系統。

第三篇：機電一體化技術的應用

機電一體化技術的應用

摘要：現階段，隨著我國全面改革的深化，各個領域發展都加快了步伐，機電一體化的技術層面也有了優化，對生產領域起到了很大促進作用。機電一體化技術的發展經歷了長時間積淀，發展至今已經在應用生產力層面得到了提高，對我國的經濟發展起到了積極促進作用。本文對機電一體化技術的應用進行了簡要分析。

關鍵字：機電一體化；技術；應用 1機電一體化技術的發展現狀

至今，機電一體化技術的應用主要在四個方面，分別是工業機器人的開發和利用、數控機床應用、分布式控制系統應用。工業機器人的產生能夠在一定程度上代替人類，經歷了三個發展階段，第一代機器人因為不具備高智能化水平，只能依據簡單的程序執行簡易的工作；第二代機器人可以依據內部傳感器獲取、分析環境中的信息，做出具體的動作；第三代機器人可以在不同環境下工作。機電一體化技術的應用最成功的案例就屬數控機床，目前數控機床是一個機床是可以同時進行多個任務的操控，讓提高工作效率在很大程度上得到提高。分布控制系統的安全和功能水平極高，隨著測控技術的發展，分布式控制系統能夠在干生產過程中實現調度、處理等多種功能。

2機電一體化的應用 2.1計算機的集成

計算機集成過程中的機電一體化，其意義主要是通過對各系統進行整合的方式，達到將全局動態進行綜合展示的目的，因此，可以說計算機的集成在一定程度上滿足了對產品研制、生產和經營等各個流程進行有機結合的要求，為產品的開發提供了相應的信息。隨著各企業對自身集成的程度進行不斷提升，不同生產要素所具有的相關配置也得到了一定的優化，這對于將生產要素的功效進行最大化發揮具有非常重要的意義。

2.2數控機床

研究結果表明，機電一體化在對數控機床操控的精確度進行提升過程中，起到了非常重要的作用，數控機床的模塊化結構也正是依托于該技術而產生的，除此之外，數控機床所具有的智能化技術和軟件研制也無法離開機電一體化而獨自生存，上述研究成果的發表和應用，不僅保證了數控機床功能性的有效提升，還在很大程度上為產品生產速度的提高提供了理論依據。

2.3工業機器人中的應用

將機電一體化技術應用在工業機器人當中可以細化成三個階段：①工業機器人能夠根據具體的規定要求對某一動作進行重復性地操作，而且在適應工作環境和對象變化方面能力偏弱；②工業機器人已經具備了傳感系統，可以及時獲取并處理與工作環境相關的狀況與信息。及時反饋，有效地控制動作。在此過程中，工業機器人也具備了低水平智能特征，可以達到實用化目標；③工業機器人與時俱進，呈現出智能化的發展趨勢，并且具備感知能力，而且形成了邏輯思維，可以判斷并決策，自身的環境適應力與行動力已經相對成熟。

2.4在汽車行業的應用

2.4.1汽車的打火系統使用機電一體化技術

原來的汽車打火系統接收到的打火指令信號較弱，使用時間一長，打火會很困難，影響汽車的啟動，采用機電一體化技術通過數字模式增強打火信號，提升電路傳感能力，系統自動對空氣和燃料質量之間進行對比，減少它們的比例，使燃料的含量提升，打火容易很多，實現發動機的快速反應。

2.4.2汽車的雷達系統使用了機電一體化技術

它的應用不僅使人們的生活更加方便，而且減少了危險因素。生活中，汽車在倒車、行駛、停車的時候，我們雖然也會減速對周圍的環境進行觀察，防止發生意外，但總會有視覺死角，在這種情況下，汽車的雷達系統檢測到障礙物就會自動發出警報，給駕駛員已提醒，有效的避免了事故的發生。

2.4.3汽車的制動系統使用了機電一體化技術

之前，汽車的制動是靠車后輪安裝的制動系統來完成的，是為了及時停車，保證安全，但是，隨著汽車行駛速度的提升，原來的制動作用已經難以滿足現代汽車的需要，因此，運用了機電一體化技術，能夠減輕汽車質量，提升車速，使得車輛在行駛狀態下遇到緊急情況也能夠實現快速平穩的制動，汽車的安全性更強，制動效果更好，防止了交通事故的發生。

3機電一體化技術的發展趨勢 3.1智能化

在21世紀機電一體化的主要研究就是智能化，智能化主要針對的是機器行為，是基于控制理論，綜合運用人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學等一些新技術，讓機器能夠具有人的基礎能力，例如判斷推理、羅輯思維和自主決策的能力，通過不斷的研究，最終可以達到更高的控制要求。研究出來的機電一體化產品雖然不具備和人一樣的能力，然而微處理器具備高速度和高性能的特點，這使機電一體化的產品能夠具備低級智能或者人的部分智能完全可以在未來實現。

3.2微型化

微型化主要針對的是外形尺寸為毫米，元件尺寸為微米的機電裝置，從在該理論指導誕生的技術被廣泛投入使用至今，人們對微電裝置的追求始終沒有停止，這是因為該類裝置具有小巧、靈活等諸多優點，因此，在軍事和醫療領域對其進行合理運用，可以取得事半功倍的效果。

3.3綠色化發展趨勢

新形勢下，科學技術發展的速度不斷加快，一定程度上完善了人們物質生活質量，同時也提高了居住環境的要求。因而，環境問題也逐漸成為了人們所關注的重點內容，希望可以減少對于自然生態環境的破壞。為此，在實際發展的過程中，生產產品的綠色發展逐漸成為社會目標。其中，綠色機電一體化技術備受關注與認可，能夠將自身的價值充分發揮出來，對城市生態環境予以全面保護，進一步推動城市的建設與發展。

3.4網絡化發展趨勢

隨著網絡化技術的發展與應用，一定程度上促進人們生產與生活質量的提升。網絡技術在工業生產和科學技術中的應用不斷增加，而在網絡技術發展的同時，也形成了多種多樣的高新技術，對人們生活產生了影響。對機電一體化技術的應用制造遠程監控終端設備，在各領域中廣泛應用。而在家庭中，同樣可將機電一體化技術的優勢充分發揮出來。由此可見，必須要重視機電一體化技術的網絡化應用。

結束語：綜上所述，機電一體化的發展中，技術的升級進步對機電一體化設備的優化起到了很大促進作用。我國在機電一體化的發展中有了長足進步，但是在發展中存在著諸多不足。從理論上對機電一體化的技術進行研究分析，就能為實際機電一體化發展提供理論支持，帶動我國機電一體化領域的可持續發展。

參考文獻：

[1]姜新嘉.淺析機電一體化技術的應用及發展趨勢[J].電子制作,2013,08:231.[2]孟慶春.機電一體化技術的應用與發展[J].科技情報開發與經濟,2012,01:115-116.[3]劉耀海.淺談機電一體化技術的應用與發展趨勢[J].信息系統工程,2012,10:89+95.

第四篇：機電一體化技術應用

機電一體化技術應用

摘要

討論了機電一體化技術在數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化、綠色化這些方面的研究和發展對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并說明機電一體化技術的智能化技術，分布式控制系統、開放式控制系統、現場總線技術、交流傳動技術在鋼鐵工業中的應用以及發展趨勢。

關鍵詞：機電一體化；技術；應用；

一、機電一體化技術概述

進入80年代以來，關于機電一體化技術的研究和應用已成為全球性的課題，可以說，從軍事到經濟、從生產到生活、從簡單的日用消費品生產到復雜的社會生產和管理系統.機電一體化技術幾乎達到無所不在、無孔不入的地步。然而，“什么是機電一體化?”，‘呼機電一體化技術都包括那些特征?”，“機電一體化技術在各應用領域中的發展狀況如何?”等問題卻很難令人回答，這一方面是因為機電一體化技術的研究不斷向深度持續發展，所采用的技術手段越來越先進，無法通過定義來界定其發展潛力;另一方面是因為機電一體化技術的應用領域不斷向戶度持續發展，也無法通過定義來界定其應用范圍。

二、機電一體化技術發展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化

2.1 數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數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。數字化要求機電一體化產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。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

2.2 智能化

即要求機電產品有一定的智能,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接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、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展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

2.3 模塊化

由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產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、變頻調速電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，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

2.4 網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網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，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

2.5 人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，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。

2.6 微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(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、微型執行器以及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。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，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，開發出各種MEMS器件和系統，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）。

2.7 集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

2.8 帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，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品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

2.9 綠色化

科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。

三、機電一體化技術在鋼鐵企業中應用

在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面： 3.1 智能化控制技術(IC)由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統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、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

3.2 分布式控制系統(DCS)分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，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的主要潮流。

3.3 開放式控制系統(OCS)開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發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程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

3.4 計算機集成制造系統(CIMS)鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，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過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。

3.5 現場總線技術(FBT)現場總線技術(Fied Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。現場總線的引入導致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發展。

3.6 交流傳動技術

傳動技術在鋼鐵工業中起至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，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，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大

總結

綜上所述, 經過20多年的發展，機電一體化技術已經成為當今世界最熱門、最重要的技術發展方向之一，并影響到幾乎全部的工業行業。我國從80年代初對機電一體化技術和產品開始予以重視，先后在國家科技攻關計劃、863高科技計劃和國家自然科學基金中列專項對機電一體技術加以研究，并取得了一系列重大科技成果。199。年，國家將用電子技術改造傳統產業列為“八五”及本世紀后十年發展全民經濟的重要戰略技術措施，機電一體化技術的推廣應用已取得相當進展。

第五篇：機電一體化技術在煤礦中的應用

機電一體化技術在煤礦中的應用

摘要 ····································· 1 前言 ····································· 2 第一章、機電一體化技術的概述 ························· 3 第二章、機電一體化技術的發展歷程和趨勢 ···················· 4 第三章、機電一體化技術的研究在煤礦生產中的重要意義 ·············· 5 3.1 提高勞動效率 ······························ 5 3.2 提高了勞動安全保障 ··························· 5 3.3 增加了經濟效益和礦工的勞動收入 ····················· 5 第四章機電一體化技術在煤礦中的應用 ······················ 6 4.1 機電一體化技術在采煤機中的應用 ····················· 6 4.2 機電一體化技術在提升機中的應用 ····················· 6 4.3 機電一體化技術在帶式輸送機中的應用 ··················· 6 4.4 其他 ·································· 6 第五章 機電一體化技術發展趨勢 ························· 8 5.1 光機電一體化方向 ···························· 8 5.2 柔性化方向 ······························· 8 5.3 智能化方向 ······························· 8 5.4 仿生物系統化方向 ···························· 8 5.5 微型化方向 ······························· 8 結論 ····································· 10 致謝 ····································· 11 參考文獻 ··································· 12

摘 要

本文對機電一體化技術進行了概述, 簡要介紹了機電一體化技術的發展歷程和趨勢, 論述了機電一體化技術的研究在煤礦生產中的重要意義, 重點介紹了機電一體化技術在煤礦生產中的應用。

關鍵詞:煤礦 機電一體化 意義 應用

引 言

由于現代科學技術的不斷發展，簡單的機械已無法繼續滿足工業的生產，在這種需求下，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域朝著微電子技術和計算機技術等高科技領域迅速發展，逐漸演化為一新名詞——機電一體化。這項綜合技術使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

第一章、機電一體化技術的概述

“ 機電一體化”(Mechatronics)是集機械、電子、計算機和信息技術等多種技術有機結合的一門交叉綜合技術。機電一體化是在機械的主功能、動力功能和控制功能上引進計算機和電子技術,將機械裝置和電子設備以及軟件等緊密結合起來,相互滲透,相互融合而形成的一門新興的綜合技術。它的本質不僅是單純地利用電子技術來簡化或替代機械,更重要的是將機械系統、微電子和計算機技術、信息技術組成了最佳系統。

機電一體化技術具有下述優勢:提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。機電一體化產品均具有自動監視、報警、診斷等功能,大大簡化了操作步驟并且簡單、方便;適用面廣、生產能力強、工作質量高。機電一體化產品的各種自動功能適用于不同的場合和領域,應變能力強,很大程度提高了控制和檢測的靈敏度和精度;具有復合功能、調整和維護方便。機電一體化產品具有復合技術和復合功能,它的它的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施,使工作恢復正常。第二章、機電一體化技術的發展歷程和趨勢

機電一體化技術經歷了四個發展階段:準備階段,計算機的出現標準著機電一體化技術的產生。上個世紀六十年代,日本首先提出這個名詞,但是限于當時的技術水平,該技術無法得到廣泛的推廣和應用;起步階段,信息技術,微電子技術的發展成熟和第四代電子產品的商品化是機電一體化這一設想變成了現實,在這一時期,機電一體化的影響不斷擴大,并取得了較大發展;發展時期,進入八十年代,機電一體化技術已為全世界學者所囑目,機電一體化技術和產品已像雨后春筍般出現;蓬勃發展時期,九十年代至今,各種新技術出現并取得突破性的發展,日新月異的變化使機電一體化技術和產品擴展到人們生活的各個領域。

我國制造的機電一體化產品都具有智能化、程序化、信息化的特點,以及設備體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優點,機電一體化產品的廣泛應用減輕了勞動強度,提高了生產力水平,創造了巨大的經濟和社會效益。然而,我國的機電一體化技術與發達國家相比差距還很大,其未來的發展趨勢是:

開發有自主知識產權的核心技術,研究具有自主知識產權的核心裝置;增加產品的通信功能,以適應綜合自動化的需要;開發以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監測以及微處理器、計算機和專家系統的應用等;機器人仍然是機電一體化技術今后研究的重點之一。第三章、機電一體化技術的研究在煤礦生產中的重要意義

3.1 提高勞動效率

機電一體化產品的應用使過去落后的生產方式得到極大的改變,大量新型自動化電子設備的使用徹底轉變了煤礦的作業模式,明顯降低了工人的勞動強度,大幅提升了勞動生產率,極大地提高了勞動效率。

3.2 提高了勞動安全保障

傳統的煤礦工作環境非常惡劣,在潮濕、充滿煤塵的環境中長時間、高負荷地工作嚴重影響到礦工的身體健康和生活質量,某些情況下還會危及到他們的人身安全。采用機電一體化設備進行煤炭的采掘、運輸、提升等,不僅可以使礦工從繁重的體力勞動中解脫出來,而且還能降低發生事故和危險的幾率,防止工傷和職業病的發生,保證了礦工的生命安全。

3.3 增加了經濟效益和礦工的勞動收入

煤礦機電一體化技術的運用使得煤炭的產量大幅提高,增加了企業的經濟效益,同樣使礦工的勞動收入有所提高,改善礦工的生活質量。煤礦企業的快速發展帶動了其它相關行業的快速發展,對地方經濟的快速發展起到積極的推動作用。

第四章機電一體化技術在煤礦中的應用

4.1 機電一體化技術在采煤機中的應用

機電一體化技術在采煤機的一個典型應用就是電牽引采煤機。它具有許多液壓牽引采煤機不具備的優勢和特點:良好的牽引特性。在采煤機前進時它可以提供牽引力,在采煤機下滑時它還可以進行發電制動;可用于大傾角煤層。牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器,可用在40°～50°傾角的煤層,而不需要其它防滑裝置;運行可靠,使用壽命長。與液壓牽引不同是電牽引采煤機除電動機的電刷和整流子有磨損外,其它元件沒有磨損,因此運行可靠,使用壽命長,維修量小;反應靈敏,動態特性好;結構簡單、效率高。電牽引采煤機機械傳動結構輕便簡單,只做一次轉換電能轉換為機械能,轉換效率可高達99%,而液壓采煤機的電能轉換機械能的轉換效率只有65%～70%左右。

4.2 機電一體化技術在提升機中的應用

目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設備是礦井提升機,為全數字化交直流提升機。尤其是內裝式提升機,在結構上將滾筒和驅動合二為一,大大簡化了機械結構,充分體現了機械～電力電子～計算機～自動控制的綜合體。而全數字化提升機高度可靠,采用總線方式,使電器安裝大大簡化,此外,硬件配置簡單,互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機,其核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統,其性能先進、操作簡便、準確可靠。

4.3 機電一體化技術在帶式輸送機中的應用

帶式輸送機是我國煤礦井下輸送系統的主要運輸設備,具有長距離連續輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現自動化等特點。因此,近幾年來帶式輸送機已成為機電一體化技術的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設計的軟驅動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅動。由于尚未解決動態分析和在線監控技術以及啟動延遲技術,我國帶式輸送機一般為3點驅動,對輸送機的單機長度和運量存在一定的限制。而且,輸送機的監控設備的功能、可靠性、靈敏度和壽命都與發達國家相比存在顯著的差距。

4.4 其他

煤礦機電一體化設備液壓支架則向電液控制方向發展,將計算機技術與液壓控制有機結合,實現定壓雙向鄰架或成組自動移架,避免對頂板和支架產生沖擊載荷。煤礦供電要求是供 電要可靠,質量要高,能滿足大功率設備。因此應該推廣節能型產品。高壓開關柜采用維護量小,使用壽命長的真空開關。目前高、低開關柜普遍采用了“微機保護”,具備網絡功能,可以實現遠程遙控、遙測、遙信和遙調。

機電一體化技術是企業信息化的重要支撐技術,目前已經成為礦山綜合自動化的基礎。機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用和推廣,極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力,為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭工業生產打下了扎實的基礎。

機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統，其構成要素或子系統之間的接口極為重要，從某種意義上說，機電一體化系統設計歸根結底就是接口設計概念設計是產品設計進程中最富創新性的階段之一，原理方案設計則是概念設計的核心，對提高產品性能、降低產品成本有決定性的影響[2]．近年來，國內外研制了一些能夠實現特定功能的功能原理解的設計知識目錄或知識庫，探索了單一功能原理解的計算機表達及智能搜索策略，研制了能對單一功能求解的試驗系統口。5]．但對多學科領域集成的機電一體化系統概念設計階段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的機電一體化系統功能原理求解的研究卻很少見到報道．本文著重探討了基于接口特征匹配的機電一體化系統功能原理求解策略和實現方法． 第五章 機電一體化技術發展趨勢

5.1 光機電一體化方向

一般機電一體化系統是由傳感系統、能源（動力）系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的。引進光學技術、利用光學技術的先天優點，就能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源系統和信息處理系統。

5.2 柔性化方向

未來機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在這種系統中，各子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同環境條件做出不同反應。其特點是子系統可產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的能力（柔性），又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

5.3 智能化方向

今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發展。

5.4 仿生物系統化方向

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態（工作）時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產品雖然有向仿生物系統化方向發展的趨勢，但還有一段漫長的道路要走。

5.5 微型化方向

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。當這一成果用于實際產品時，就沒有必要再區分機械部分和控制器部分了。那時，機械 8 和電子完全可以“融合”，機體、執行結構、傳感器、CPH 等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發展方向。

結 論

隨著煤礦生產不斷向深部水平發展，對控制水平和規模的要求越來越高，從而會進一步加速機電一體化技術的發展和進步。目前各種高科技術的發展，如網絡、光纖、人工智能及生物工程等高新技術，已經滲入到機電一體化技術之中，使機電一體化產品功能更強大、性能更優越，智能化程度也越來越高。因此，采用新的機電一體化技術裝備的煤礦企業，會獲得更加顯著的技術、經濟和社會效益，循環促進、不斷發展下去。

參考文獻 楊自厚． 人工智能技術及其在鋼鐵工業中的應用[Ｊ]．冶金自動化，1994（5）2 唐立新.鋼鐵工業CIMS特點和體系結構的研究[Ｊ]．冶金自動化，1996（4）3 唐懷斌． 工業控制的進展與趨勢 [Ｊ]．自動化與儀器儀表，1996（4）4 王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學技術大學出版社，1996 5 林行辛． 鋼鐵工業自動化的進展與展望[Ｊ]．河北冶金，1998（1）6殷際英． 光機電一體化實用技術[Ｍ]．北京：化學工業出版社，2003 7 芮延年． 機電一體化系統設計[Ｍ]． 北京：機械工業出版社，2004．