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机电一体化论文
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机电一体化论文
关键词：
机电一体化技术，现状，发展趋势
现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由'机械电气化'迈入了'机电一体化'为特征的发展阶段。
一、机电一体化技术概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。
但其基本特征可概括为：
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。
机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。
这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。
机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。
但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。
也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
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机电一体化包括软件和硬件两方面技术。
硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。
因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手。
（一）机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。
现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。
只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。
（二）传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。
为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。
对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。
（三）信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。
为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。
（四）驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。
目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
（五）接口技术
为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。
接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。
目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
（六）软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。
为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
二、机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：
（一）、20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。
在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。
特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。
那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。
由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
（二）、20世纪70—80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。
这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。
大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
这个时期的特点是：
mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。
（三）20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。
一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。
同时，人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。
这些研究，使机电一体化进一步建立了坚实的基础，并且逐渐形成完整的学科体系。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。
国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。
在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。
许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。
但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。
三、机电一体化技术的主要应用领域
（一）数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。
2、开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
3、WOP技术和智能化。
系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。
5、能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6、系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
7、以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
（二）计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。
它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制'物流'和'信息流'，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。
（三）、柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。
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它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
（四）、工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。
四、机电一体化技术的发展趋势
纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展。
（一）智能化
智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。
近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。
智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。
（二）系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。
系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。
表现特征之二是通信功能大大加强，一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。
机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。
（三）微型化
微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。
国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。
由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。
目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
（四）模块化
模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，是一项重要而艰巨的工程。
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。
机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。
（五）网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。
机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
（六）绿色化
工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。
绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高。
机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用。
绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。
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综上所述，机电一体化是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。
它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。
大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。
参考文献：
1、李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.
2、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.
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5、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007（9）.
机电一体化论文
摘要：
结合矿用刮板输送机使用过程中出现的问题，以电控系统工作原理为理论基础，开展了刮板输送机电控系统的改进设计，并对该系统进行了运行测试。
测试结果表明：
该系统各项功能运行正常、稳定，可针对出现故障问题，采取对应的报警提示和保护措施，满足了矿用刮板输送机的使用要求。
关键词：
煤矿;刮板输送机;电控系统;
引言
刮板输送机由于其工作时间的特殊性及井下环境的恶劣性，在使用过程中经常出现跑偏、堆煤、超温、烟雾较高等故障，目前主要采用人工方式进行事后解决，大大增加了设备的故障率和作业成本。
而刮板输送机电控系统可对输送机的运行状态进行实时监控和故障检测，变事后解决故障为事前预防。
因此，本文对刮板输送机电控系统进行探讨。
1电控系统工作原理
矿用刮板输送机电控系统主要由控制台、人机界面、各类传感器、保护装置等部分组成，负责对输送机运行过程中的运行速度、温度、损坏程度、井下作业环境等方面的监控和多台设备的同步控制，以提高输送机井下作业效率和生产安全。
目前，电控系统主要采用了主从式结构设计，其工作原理为：
通过从站中PLC和传感器采集相关数据，利用RS485总线传递至主站中的主PLC和显示屏进行故障诊断和信号显示，主站再利用RS232总线将控制系统上传至上机位和主操作台，由上位机并向刮板输送机发出响应命令;经操作人员对故障进行确认后做出相应的操作，在自动控制下，主站PLC通过计算后，发出对应的动作和传达指令，并发送至从站PLC执行进一步的操作和监测，电控系统工作原理简图如图1所示[1,2]。
同时，在该系统可针对同一故障类型进行了精准定位，通过自动控制，来阻止故障的进一步扩大。
以此来实现对刮板输送机的控制。
2电控系统主要功能设置
通过电控系统人机界面，可对刮板输送机的工作现场环境、带速、轴温等主要参数进行实时显示，该系统主要功能包括[3,4]：
1）连锁功能。
该功能集成了手动、自动、检修、闭锁、就地等多种控制方式，可对电机的启动、停止等过程进行有序操作，属于软启动或软停止方式，能有效防止刮板输送机过程中出现堆煤现象;同时，该软启动或停止方式，能满足超负荷启动和低加速度时平稳启动，保证多级刮板输送机之间的有序运行;
2）动态显示功能。
该功能主要通过人机显示界面，将输送机运行过程中的工作温度、打滑、堆煤、纵撕、烟雾等运行环境参数及故障信号进行实时显示，当故障发生时，可通过声光报警方式，实现对各类故障的报警和提示;同时，可对设备的运行状态进行动态图形化检测，并将其运行数据进行记录、保存;
3）故障保护功能。
当设备运行时出现打滑、超速、堆煤等故障时，可通过该控制系统对输送机进行停车控制;同时，针对输送机运行过程中的温度过高、烟雾、着火等故障类型时，可自动启动洒水装置，甚至启动停车命令，以此来保障输送机安全运行。
3电控系统设计
3.1主站控制模块设计
主站控制模块包括继电器控制、PLC控制、工控控制、单片机控制等，其中，PLC控制是电控系统中的核心部分，采用了KC02系统设计的梯形图编辑与监控环境，其内核主要是基于windows操作系统进行开发，能通过梯形图进行快速编写程序，具有通用性强、操作方便、功能强大等特点，能在较短时间内实现程序的编写。
其框架结构图如图2所示[5]。
3.2硬件连接设计
硬件连接的方式主要包括供电系统连接和可编程控制器的I/O连接，硬件的连接正常，是保证电控系统正常运行的关键。
其中，PLC控制采用了人机界面COM1和COM2进行连接，PLC与从站之间的通讯线采用了RS485口进行连接，电源线通过动力输出线向PLC和上机位进行直流供电，其硬件连接图如图3所示。
在硬件连接过程中，需注意以下几点：
连接线应避免铺设在受电磁干扰影响较强的地方;低电平电源信号和通讯信号需与其他线路进行分开连接和铺设;针对关键线路，应按照标准要求，对线路进行接地处理;针对保护电路、紧急制动电路、、正反转等互锁电路连接时，需在PLC控制外部设置安全线路，保障系统内部出现故障问题时，电控系统能正常、安全的运行。
4电控系统运行测试
4.1I/O端子测试
该电控系统中，各类传感器、指示灯、按键等连接均对应着I/O端子。
故采用了手动方式代替现场输入信号，对输入端子进行逐一检查和验证。
在测试过程中，PLC输入端子指示灯显示正常，表明运行正常;同时，将传感器进行强行操作，其对应的I/O端子指示灯亮起，此时，主站和从站均出现了故障报警提示。
另外，对系统中的RS485通讯口进行了测试，当主站和从站通电正常时，I/O端子和RS485通讯口的指示灯均亮起，并出现不停的闪烁现象，证明该端口运行正常，而一旦不闪烁，则表明通讯出现了故障。
由此，完成了系统中各端子的测试，经测试，各I/O端子均运行正常、能针对各类情况发出不同类别的提示，可保证控制系统的运行正常。
4.2系统联调测试
该控制系统联调测试前，首先将系统中硬件进行了连接和平台搭建，通电无误后，将PLC程序进行导入，并通过手动方式对传感器进行控制，此时观察系统运行效果。
结合实际使用情况，电控系统运行过程中出现的故障问题，以控制程序为主，可通过以下步骤进行排查：
将PLC接口指示灯进行单独检测;检测程序问题，对硬件和程序进行检查、更改。
通过对系统的联调测试，系统运行稳定，主站和从站的各项指示灯均能正常显示，各按键功能操作正常，主显示屏能直观的将各类信号进行数字或曲线显示，且PLC能快速的对信号进行接收、处理并及时发出指令，满足了刮板输送机使用要求。
目前，该系统已在煤矿企业的现场投入应用。
5结论
1）该系统各项功能运行正常、稳定，能针对不同工况环境，采取对应的控制措施，针对出现故障问题，可启动对应的报警提示功能和保护措施，较好地满足了矿用刮板输送机的使用要求。
2）该系统的改进应用，对提高输送机井下运行状态的实时监控能力和故障检测具有重要意义，也促进了刮板输送机电气控制系统的自动化控制程度和水平的提高。
参考文献
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8.
机电一体化论文
摘要：
进入二十一世纪以来,我国逐渐重视科技兴国的理念,近几年,随着我国的科学技术水平飞速增长,在各个行业领域都开始逐渐应用科学技术手段来减轻人工劳动力从而提高工作效率。
机电一体化设备便是在科技兴国理念下,所衍生出的一种机械设备,该机械设备所应用到的领域十分广泛,并且除了提高工作效率以外还解决了不少人工劳动力所无法进行的工作。
近年来,我们国家的机电一体化设备一直在不断发展,进行完善和创新,已经渐渐成为了一种专业化的技术,为我国的经济发展起到了重要作用。
下面,本文就机电一体化设备,探讨其未来的应用以及发展趋势。
关键词：
机电一体化设备;应用;发展趋势;
一、引言
我国在科学技术水平上的发展不仅十分迅速，且发展的范围也十分广泛，机电一体化技术便是近几年新兴的技术领域，将该技术应用于机械设备中，使得机械设备进一步升级成为自动化、智能化。
而要想使机械设备达到自动化、智能化这一目的，机电一体化设备的应用以及未来发展则是重中之重的工作环节，本文将对机电一体化设备的应用以及未来发展进行讨论。
二、机电一体化技术的概述
机电一体化也可以称为机械电子技术，从国外逐渐传递到国内，它是机械工程与自动化技术相结合后的产物。
因此可以说机电一体化技术既离不开机械工程技术作为载体，也离不开自动化技术将其升华。
虽然机电一体化技术所结合的技术种类比较清晰，但是该技术所涵盖的领域却十分广泛，除了依靠机械工程技术和自动化技术以外，要想达到真正的自动化目的还要结合计算机技术以及电子信息技术，近年来，人工智能技术也快速兴起，有关于人工智能技术研究成果频出，因此机电一体化技术的下一发展阶段必将结合人工智能技术[1]。
有关于机电一体化技术的机械设备距离人们的生活并不遥远，除了工厂和农场中的机械设备以外，汽车中的安全气囊、防滑刹车系统以及自动售票机都应用到了机电一体化技术。
机电一体化技术是由：
机械技术、传感器技术、计算机与信息处理技术、接口技术、伺服驱动技术、自动控制技术等等许多高新技术组合而成的。
三、机电一体化技术的应用
（一）CIMS中的应用
CIMS的全称是计算机集成以及制造系统，是机电一体化技术重要的应用方面，通过系统的组合的形式，从而更好、更合理的实现全局管理的综合优化，以往通过人工技术的控制方式，将会被颠覆，机电一体化技术利用制造为基本的物流以及控制信息流，更快的实现产业决策、产品的研究开发、生产前的准备、以及实验管理相互的有机化。
在企业内部利用机电一体化技术，使得集成度不断地提高，将不同的生产要素的配置进行进一步的优化，可以在最大的程度上去实现每一个要素之间的潜能。
（二）数控机床
众所周知，我国是一个工业化完成度比较高的国家，而工业中十分重要的就是数控机床的使用，我国的数控机床行业经过了四十多年的发展，不论是功能、构造还是操控精度都取得了极大的成就，数控技术中的机电一体化应用程度十分高。
在构造方面来看，机电一体化技术的使用，使得数控机床行业变得更加紧凑和实行了总线式组织形式，结构更加的模块化，应用了更多的CPU以及多住总线的体系结构，在功能的方面来看，由于采用了开放性的设计，使得应用的WOP技术更加的智能化，并且对于模块化软件系统的使用，对应的储存器容量增加，而对于单板机以及控制机的使用，快速提高了在技术精度以及操控性方面的技术，为产业链条的发展提供了有力的技术支撑[2]。
（三）工业机器人
工业机器人中的机电一体化发展经历了三个阶段，第一个阶段要求工业机器人只是根据系统的要求进行不断的重复的特定动作以及运动，这个阶段的工业机器人对于整个系统的环节来说是适应性低，灵活性也很差;第二阶段的工业机器人内部装有的传感器更为先进，可以去自行收集作业区域的部分的目标信息，并利用自身的计算机进行综合的分析，从而做出合理的判断，利用反馈行为来进行控制具体的运行手段，在最后已经实行了实用化;第三阶段工业机器人已经发展成为了智能机器人，装有了更多的传感器，可以收集更多的感知，并配合系统进行严密的逻辑性思考，做出科学的评定和决策，这与机电一体化技术密切相关。
四、未来的发展趋势
（一）专业性
随着科技的不断发展，机电一体化设备的科技性越来越高，需要越来越多的高科技人才，所以必须要保证设备安装团队的专业性，这是影响设备使用质量的先决条件。
其次，机电一体化设备并不都是体积较小的机械设备，在一些工厂中不乏大型机电一体化设备的安装工作，因此对于这一类机械设备必须要做到分工明确，一个团队中，有专门的人员负责相对应机械部件的安装工作，保证安装质量达标的同时，也能最大程度上提高安装速度[3]。
（二）微型化
1959年有人提出了关于微型机械的设想，现在的科学技术越来越发达，对于设备的小型化也提出了更高的要求，机电一体化技术也朝着这一方面
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