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機電系統設計范文1
【關鍵詞】機電一體化；控制技術；設計；應用方法
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
工業一直以來都是國民經濟的主導產業，其不僅關系著國家經濟的發展進程，也影響了整個社會科技的發展水平。新經濟體制下，我國工業科技取得了新的研究成果，改變了過去單一的技術應用方案。機電一體化控制系統是工業經濟中的先進模式，由于多種技術融入而提高技術的實用性，這些都能為企業發展創造有利的條件。
一、機電一體化系統的構成
從構成要素上來看，機電一體化系統由機械系統(機構)、電子信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電機)等五個子系統組成。機電一體化系統的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結構、控制軟件水平較高的系統。
從所要實現功能上來看，因為機電一體化系統(或產品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據不同的使用目的，要求系統能對輸入的物質、能量和信息(即工業三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質、能量和信息。因此，系統必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現哪類“目的”功能的系統(或產品)，其系統內部必須具備如下圖所示的五種內部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構造功能。其中“主功能”是實現系統“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質、能量、信息或其相互結合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統提供動力、讓系統得以運轉的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據系統內部信息和外部信息對整個系統進行控制，使系統正常運轉，實施“目的功能”。而“構造功能”則是使構成系統的子系統及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。
既然機電一體化系統(產品)可以分解成一系列要素或子系統構成，那么怎樣使各要素或子系統之間順利地進行物質、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統之間的聯系條件。從系統外部看，機電一體化系統的輸入／輸出是與人、自然及其他系統之間的接口；從系統內部看，機電一體化系統是由許多接口將系統構成要素的輸入／輸出聯系為一體的系統。從這一觀點出發，系統的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統之間的接口性能就成為綜合系統性能好壞的決定性因素。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，在某種意義上講，機電一體化系統設計歸根結底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調整的功能。
二、機電一體化控制系統的設計要點
隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展?，F在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，它的發展使冷冰冰的機器有了人性化、智能化。從企業角度分析，開辟新工業生產模式是行業科技的創新要求，也是實現經濟收益最大化的必要條件。筆者認為，機電一體化控制系統設計應注重幾大模塊的控制：
（1）結構模塊。機械本體是系統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、聯接等，這是機電系統控制的主要對象。設計一體化系統要考慮設備本身的結構設置，使機電、機械等設備發揮出預期的功效，這樣才可以加快控制系統的功能發揮。
（2）動力模塊。動力驅動部分依據系統控制要求，為系統提供能量和動力以使系統正常運行。無論是哪一種類型的機械設備，都要借助動力系統才能正常地運轉，這是機電一體化設計的主要內容。動力模塊設計可選用變頻調節技術，根據主電機傳輸能量的大小，由變頻器自動控制電傳動速率，進而對設備動力供應系統進行調節，這樣能夠方便機電系統的自動化運轉。
（3）感知模塊。測試傳感部分對系統的運行所需要的本身和外部環境的各種參數和狀態進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。傳感器是信息傳遞的主要設備，用其作為信號感應與自處理裝置，對機電設備調度具有指導作用。無線傳感技術的普及應用，能夠幫助控制系統快速地分析數據信息，避免其他信號傳遞造成的干擾。
（4）指令模塊?？刂萍靶畔⑻幚聿糠謱碇疁y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，按照信息處理結果和規定的程序與節奏發出相應的指令，控制整個系統有目的的運行。機電一體化控制系統設計應考慮指令的控制，尤其是自然語言與計算機語言之間的轉換，更應該朝著一體化方向轉變，這是保證機電信號穩定傳輸的重點條件。
三、機電一體化系統的相關關鍵技術
（1）機械技術：機電一體化的機械產品與傳統的機械產品的區別在于：機械結構更簡單、機械功能更強、性能更優越。在設計和制造機械系統時除了考慮靜態、動態剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結構及新型的制造工藝和工藝裝置。
（2）傳感檢測技術：傳感檢測技術的內容，一是研究如何將各種被測量轉換為與之成比例的電量；二是研究對轉換的電信號的加工處理。機電一體化系統要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。
（3）信息處理技術：信息處理的發展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。
（4）自動控制技術：機電一體化系統中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優控制、自適應控制以及模糊控制、神經網絡控制等。
（5）伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅動系統主要有電氣伺服和液壓伺服。
（6）系統總體技術：機電一體化系統是一個技術綜合體，它利用系統總體技術將各有關技術協調配合、綜合運用而達到整體系統的最佳化。
四、機電一體化控制系統是工業生產調度的主要趨勢，也是基于信息科技的自動化控制平臺，用其作為工業生產控制模塊，有助于加強生產設施的工作性能，帶動了生產效率的全面提升。同時，借助控制及信息處理部分發出的指令，可快速完成規定的動作和功能。除此之外，新型機電控制系統應用還表現在其它方面：
（1）人機智能化。從未來科學技術的發展角度考慮，我國機電一體化控制系統也將朝著智能方向改進，這種智能性特點是在原控制模式上的升級，應用了多功能控制技術作為輔助方案。隨著計算機應用技術的不斷推廣，機電一體化作業模式的智能系數更高，大部分人工操作均可通過計算機控制平臺處理，這些改變了傳統工業生產模式的不足。
（2）數字一體化。數字一體化是對機電一體化控制的延伸，其選用高科技數字系統作為支撐，對機電設備動作指令進行合理地調度，幫助工業系統解決實際生產中的問題。數字一體化以微型計算機為控制平臺，這種小型計算機具備了常規計算機的數據處理功能，因其外形輕巧而適合安裝于機電設備。利用數字傳感器對控制系統實時感應，發現異常信號后及時調整指令，加快了數字系統的自處理效率。
參考文獻
[1]丁子華.新時期多功能通信網絡的設計與應用[J].工業科技研究.2009，20（12）：19～21
機電系統設計范文2
【關鍵詞】PLC；光機電；一體化；實訓系統；設計
1概述
1.1PLC
PLC全稱為可編程邏輯控制器，它是一款可用于編程的存儲器，它主要是用于完成邏輯運算的執行、順序的控制、定時、計數等用戶的指令，除此之外，它還可以運用數字化或者模擬式輸出及輸入對機械生產進行控制?？删幊踢壿嬁刂破骶哂性S多特點，首先，可編程邏輯控制器使用起來十分方便，而且編程簡單，其主要采用的是簡單的梯形圖、邏輯圖或者簡單的程序語句來表達，所以對于用戶來說，他們不用掌握十分完備的計算機知識，就可以很好地進行操作。其次，可編程邏輯控制器的功能強大，價格還十分經濟，故而其性能價格比是相對較高的。還有一點，就是可編程邏輯控制器的硬件配套往往十分齊全，用戶在使用時很方便，適應能力強，很可靠，在抗干擾方面，其采用大量集中的繼電器，在減少接觸不良方面，可編程邏輯控制器在很大程度上具有優勢，從而減少接觸不良帶來的許多故障。關于可編程邏輯控制器的維護和修理方面，其在設計、安裝和調試上的工作量少，從其維護工作來看，工作量也是相對較少的，而且操作起來方便，故障問題能夠很快地解決。
1.2光機電一體化
光機電一體化又叫做機械電子工程，這是機械工程與自動化領域中的一個研究方向。隨著社會經濟的不斷發展和科學技術不斷取得重大突破，光機電一體化的技術也在迅猛發展，光機電一體化在許多領域都有了應用。從綜合層面來講，光機電一體化實際上是將許多技術進行有機結合后的產物，其中就包括機械技術、電子工程技術、信息技術等等，在結合后將光機電一體化技術應用到實際生產當中去，從而可以使得機械發展更加智能化和人性化。
2基于PLC的光機電一體化實訓系統設計
2.1組成要素
基于PLC的光機電一體化實訓系統設計，其設計過程中首先需要注意的是光機電一體化系統中的組成要素，主要有五大要素，分別是結構組成要素、動力組成要素、感知組成要素、運動組成要素和職能組成要素。結構組成要素是整個光機電一體化實訓系統組建的基礎，它為整個系統提供了結構的支持，也就是說，只有按照系統的要求，組建好結構組成要素，才能實現系統能量的正常供應和動力系統的運行。動力組成要素在整個系統的建設中起到了提供動力的作用，只有保證了動力的充足，才能實現整個系統的正常、穩定的工作。而感知組成要素在光機電一體化實訓系統中主要是對系統自身的運行狀態和工作環境的一個感知，從各種參數和狀態進行收集、分析和處理，并且以可被識別的信號輸出，從而產生相應的調控信息，使得整個系統的運行狀態得以監測。在運動組成要素常常與動力組成要素相互搭配起作用，都是為系統運行所需要的動力提供基礎保障。職能組成要素在控制和處理信息部分發揮著巨大的作用，由于感知組成要素是作用于收集系統運行狀態和參數，在收集到大量數據之后，就需要對呈現的數據進行分析、存儲和加工，從而能夠使得整個系統按照獲得的指令進行運作?？偨Y來講，光機電一體化實訓系統的設計不可忽略這五大組成要素的基本功能和作用。
2.2設計原則
光機電一體化實訓系統在設計的過程中，不僅需要考慮各個組成要素的作用，還需要遵循設計的原則，這些原則主要分為四部分，分別是接口耦合、運動傳遞、信息控制和能量轉換四項基本原則。首先是接口耦合原則，也就是說兩個需要進行信息傳遞的接口或者需要進行傳遞的環節之間，如果其信息模式不一致就會造成信息無法傳遞的嚴重后果，因此，在這里就需要遵循接口耦合的原則，利用接口耦合使得信息得以傳遞。在信號相對較弱的兩個環節之間，也需要通過接口耦合來實現擴大信號的效果，從而能夠匹配，使得信號的變換更加清晰、可靠，而且更加快速、精準。第二項原則，能量轉換原則，兩個需要進行傳輸和轉換的環節之間，常常會出現由于信息模式的不同而無法進行直接的信息傳遞，所以在這里不僅需要接口耦合，還需要能量的轉換，只有能量進行轉換，才能使得執行器、驅動器等不同能量實現最優的工作效率。第三，信息控制，在光電一體化實訓系統的設計中，在數據的收集、傳輸、存儲、分析等都是進行信息處理的過程，而達到最優的信息控制，是提高光電一體化實訓系統運行質量和效率最關鍵的一步。隨著社會經濟的不斷發展，科學技術的日益更新，機械智能化已經成為現代科技的標志，所以，在光電一體化實訓系統中，遵循信息控制原則，實際上可以推進整個系統的智能化水平。第四，運動傳遞原則，在光機電一體化系統的各個組成要素之間，運動傳遞能夠實現各個要素的信息傳輸和運動控制的目的。
2.3具體設計
光機電一體化實訓系統的設計最關鍵的就是要保證系統設計的完整性，下面就以水池補水系統為例，對基于PLC的光機電一體化實訓系統設計進行分析。首先是動力部分，水池補水系統選擇電力作為動力部分，動力部分的設計需要滿足系統的動力需求，以保證整個系統的動力源泉不會枯竭；就目前來講，常見的動力源有電能、風能、水能、人力、畜力等，而水池補水系統的動力系統選擇電能即可。其次，是水池補水系統的結構部分，在進行光機電一體化實訓系統設計的時候，需要考慮實現的效果，從而有針對性地選取相適應的結構，在搭配其他部件，最終實現機械自動化控制，這里以水池補水系統作為例子，這里的結構本質上是需要動力部分來帶動的，因此，它也是整個系統最后發揮作用的部分，也可以算是系統的核心；執行器部分是控制系統的關鍵部分之一，在實際操作中，常常是需要通過信號路線與PLC連接，從而實現信號的聯通和傳遞，在該水池補水系統的執行器的選擇上，選取電動截止閥和開關共同作為執行器的部分，當PLC產生信號并傳輸到執行器部分，執行器就可以根據指令完成其任務；在水池補水系統的計算機部分在很大程度上需要PLC的支持，從而對信息進行收集、加工和存儲操作，計算機部分對于整個水池補水系統來說起到了一個總控的作用，就如同大腦之于身體，顯而易見其重要性；水池補水系統的傳感器部分，需要利用PLC來對系統自身和工作環境進行數據收集，并且將傳感器收集到的信息傳輸給計算機部分，根據計算機程序的執行，最終輸出結果，實現水池補水系統的隨環境調試，從而更好地完成其任務。
3結語
隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的日漸取得重大突破，光機電一體化作為光學和機械電機工程相互綜合的產物，這項技術也在迅猛發展，并且在許多領域，光機電一體化都有了應用。而為了推進光機電一體化技術的進一步發展，將PLC技術應用在光機電一體化實訓系統的設計當中，起到了關鍵作用。本文基于PLC的光機電一體化實訓系統設計進行了探討，雖然文章在內容和結構安排上還存在不足，但是希望通過文章能夠引起大眾對于PLC和光機電一體化的重視，并且在未來的研究中作出更多的創新。
參考文獻
[1]李利軍.基于PLC的光機電一體化實訓系統設計[D].鄭州大學,2013.
[2]徐雙君.基于PLC的光機電一體化實訓系統設計與實踐[J].通訊世界,2016,(02):166.
機電系統設計范文3
隨著機械工業的蓬勃發展，世界各國對機械類專業的高等教育越來越注重實踐性、應用性及前沿性。德國機電一體化專業課程體系建設是通過校企合作和工學結合的形式，以學習者專業能力、方法應用能力和適應社會能力等綜合職業能力培養為本位，以市場需求為目標，以就業為導向，將學習和工作要素相結合，并通過分析與綜合，把工作過程的各個部分按一定的順序，導入課程體系中以構成一個有機的整體。美國賓夕法尼亞大學機械工程與應用力學系提出“機電一體化”課程改革思路，在學期項目中預定實驗方案，根據實驗方案決定課程內容。南京航空航天大學在機電一體化課程教學改革中，將科研成果引入課程的理論和實驗教學中，自主研發教學實驗系統平臺，簡化項目研究內容，研究一體化的系統教學法，培養學生的創新意識，提高學生綜合素質。國內高校關于機電一體化專業人才的教育改革各有特色，但與國外教學水平相比，仍處于初級階段，還沒有形成系統的改革方案。建立適應機電一體化系統設計課程本身特點的教學模式任重而道遠。
二、機電一體化系統設計教學改革研究
從機電一體化系統設計課程實踐性、綜合性特點出發，對其進行教學改革，是高校培養應用型機械類人才的關鍵。機電一體化技術課程教學改革主要包括教學內容改革、教學方法改革、實驗內容改革及考核方式改革四個方面。
1.教學內容改革
以系統設計思想為主線，機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊，應該從系統設計方案開始到各元部件選擇到系統最終成形的全過程都要貫徹系統設計的思想。首先是從整體角度及可行性方面對系統進行多種整體方案設計；然后對其機械機構、執行元件、微機控制系統、檢測傳感裝置等組成部分及相關接口進行細節設計；最后對系統性價比進行衡量，得出優化設計方案。選擇原則是在保證目的功能要求與適當壽命的前提下不斷降低成本。在講授每一部分內容時都結合該案例，并將系統設計方法融于其中，既利于學生對知識的掌握，又能起到舉一反三的作用，便于學生分析和設計其他的機電一體化產品。
2.教學方法改革
充分運用現代化教學手段，不斷提高教學效果，由于機電一體化技術普遍應用于自動化設備（如數控機床、加工中心、機器人等）和自動化生產線（如柔性制造系統等），而學生基本未見過上述自動化設備和生產線，無法了解自動化設備和生產線是如何利用機電一體化技術進行工作的。另外，機電一體化技術是集控制技術、伺服傳動技術、傳感檢測技術、計算機信息技術等于一體的新興綜合性學科，具有涉及面廣、綜合性強的特點。
3.實驗內容改革
在實驗教學環節開設的多為演示性、驗證性實驗，學生動手操作調試的機會少，學習積極性不高。機電一體化教學團隊探索構建以學生為主體，以項目驅動為主線，通過項目任務引導理論教學和理論教學指導項目實踐的互推互動的教學新模式。在剖析某幾個典型機電一體化系統（項目）的結構組成、工作原理、設計過程中，串聯講解知識點并在實驗環節進行知識點在項目中的具體應用實現，進而將項目實施和理論講授有機融合，使學生所學知識得到利用，也提高學生對本課程的學習興趣，將加強學生的工程實踐能力、創新能力和工程意識培養與訓練切實落實到每個教學環節中去。
4.考核方式改革
機電系統設計范文4
點焊機作為一種重要的工業用具,在當今工業生產中占著舉足輕重的位置。點焊是一種重要的焊接工藝,具有生產效率高、成本低、節省材料和易于實現自動化等特點。如今,傳統的點焊機控制方式已經不能滿足系統的需求,本文對四工位點焊機電氣控制系統進行設計。為了保證四工位點焊機高效節能又能安全可靠的運作,可采用可編程控制器PLC來實現對四工位點焊機系統的控制,來完成四工位點焊機在高地項目柔性自動化生產流水線的物料裝配的控制。
關鍵字:點焊機、PLC控制 、控制系統、自動化
1 文獻綜述
隨著科技的發展,為了減少勞動力再生產線上的機械勞動,尋找創新的道路開發利用,節約不必要的人力支出和人員勞動,開發了自動化生產流水線。自動化生產線是產品生產過程所經過的路線,即從原料進入生產現場開始,經過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產生產線活動所構成的路線[1]。然而這些自動化的操作大量的節約了成本。
在工業生產和其他領域內,由于工作的需要,人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害,增加了工人的勞動強度,甚至于危及生命。自從點焊機問世以來,相應的各種難題迎刃而解[2]。點焊機可在不用人力的情況下焊接物體,動作靈活多樣,適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產,廣泛應用于柔性自動線[3]。本設計是為了實現點焊機的手動和自動化的轉化,改變以往點焊機的單純手動送料,減少了勞動力,提高了生產效率,實現了自動化生產!而且四工位點焊機的設計是由于工作環境惡劣,不允許人員長時間在旁邊工作的情況下孕育而成的[4]。不僅可以提高產品的質量與產量,而且對保障人身安全,改善勞動環境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節約原材料消耗以及降低生產成本,有著十分重要的意義。
柔性生產線是把多臺可以調整的機床(多為專用機床)聯結起來,配以自動運送裝置組成的生產線。按照輸送系列產品大體可以分為:皮帶流水線、板鏈線、倍數鏈線、插件線、網帶線、懸掛線及滾筒流水線這七類流水線。一般包括牽引件、承載構件、驅動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。流水線輸送能力大,運距長,還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作,所以應用十分廣泛。在當今世界自動化生產流水線相對比較普遍,當然還有少部分落后國家還在運用人力的流水線生產物料。運用柔性自動化的生產流水線是我國目前乃至全世界的發展目標也是現在普遍的工業生產技術。點焊機一般由控制器來控制時間、電流等參數,運用點焊機并開發出更多工位的點焊機在今后的工業生產中。
2 選題的背景及意義
隨著社會和科學技術的發展,工業生產的操作方式也發生著革命性的變化,從手工作坊式的勞動,逐漸演變成自動化、智能化的生產方式,人類也逐漸無法完成某些生產過程,所以為了適應生產的需要出現了特殊的生產工具——點焊機。與此同時也出現了一些新的生產活動,在這些生產活動中,有些是屬于高危險的,對人體傷害較大,有些領域不適宜人類工作長時間的工作,點焊機則正好適應這類工作。防止了一些化學物品對人類的傷害[5]。
在當今大規模制造業中,企業為提高生產效率,保障產品質量,普遍重視生產過程的自動化程度,工業機器作為自動化生產線上的重要成員,逐漸被企業所認同并采用。工業機器的技術水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業自動化的水平,目前,工業機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運等重復性并且勞動強度極大的工作,工作方式一般采取示教再現的方式。
點焊機是按照給定程序、軌跡和要求實現自動移動、焊接的操作的自動機械裝置[6]。實現了自動化的工作并減少了很多不必要的人工勞動。本文對多工位點焊機利用PLC的控制進行了詳細的研究。
點焊機的工作原理是利用正負兩極在瞬間短路時產生的高溫電弧來熔化電焊條上的焊料和被焊材料,來達到使它們結合的目的[7]。點焊機是由焊頭、點焊槍等組成。點焊槍是四工位點焊機電氣控制系統的核心。利用電磁閥控制點焊槍的伸縮及溫度。
3 研究內容
3.1四工位點焊機的基本工作原理
點焊機系采用雙面雙點過流焊接的原理,工作時兩個電極加壓工件使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻,而焊接電流從一電極流經另一電極時在兩接觸電阻點形成瞬間的熱熔接,且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件流至此電極形成回路,不傷及被焊工件的內部結構。
四工位點焊機的四個工作臺不動,由一個點焊機控制。由兩個步進電機控制X軸Y軸的運行。
3.2 系統方案
此次研究的課題是來源于電氣工程及其自動化專業高地建設項目中柔性自動化生產流水線的物料裝配,所設計的是四工位點焊機電氣控制系統。利用PLC來控制,用步進電機來驅動點焊機,來實現點焊機的運行。
由于這次方案中涉及到不同方向的運動軌跡,需要通過設置脈寬來控制步進電動機的運行速度,可以把運行速度定位單位速度,通過控制步進電機運行時間來控制電機在X軸Y軸的位移。
3.3點焊機PLC控制系統的結構框圖
點焊機的工作原理十分簡單,采用S7—200對步進電機進行控制,從而達到點焊機多點運動焊接的目的。通過S7—200PLC對步進電機的正反轉的控制,可使點焊機的焊接觸頭運動到不同的工位。驅動步進電機使運動方向沿 X軸Y軸的方向來進行工作的。點焊機的控制系統中由PLC、傳感器、步進電機、驅動器、電磁閥、點焊槍等元器件組成。
點焊機啟動—停止按鈕負責整個系統的停止和啟動。傳感器主要負責檢測點焊機的位置。對于主要的輸出設備有以下幾方面:主要是點焊槍PLC控制點焊槍的位置及開關狀態。對于點焊槍的位置控制由兩臺步進電機來控制。由于步進電機需驅動器。故PLC得輸出信號是直接輸入到驅動器。對于點焊槍的開關狀態需要電磁閥來間接控制,所以PLC的另一部分輸出信號需要傳送給電磁閥。使電磁閥通電,來促使點焊槍工作。點焊機信號控制系統框圖如圖1所示:
圖1 點焊機信號控制系統框圖
3.4點焊機PLC控制系統的工作流程
根據點焊機的控制要求,四工位點焊機的工作流程圖如圖2所示:
圖2 點焊機的工作流程圖
程序啟動后選擇所要求的工作方式,此四工位點焊機的工作方式有三種,四個工位以圓周均勻分布,用步進電機進行控制工作。以順時針方向進行編號,每個工位點焊時間2、3、6秒不等。
第一種工作方式是點焊槍開始運行,x軸反轉y軸正轉同時運行一個單位時間到工位一工作2秒鐘后;y軸停止不動,x軸向右正轉運行2個單位時間到達工位二工作6秒后;x軸停止不動,y軸反轉2個單位時間到達工位三工作2秒鐘后;y軸停止不動,x軸反轉2個單位時間到達工位四工作3秒后x軸y軸都是正轉1個單位時間,回到初始位置。第二、三種的工作方式與一類似。
3.5 硬件系統設計
四工位點焊機控制系統的輸入信號由各種開關、按鈕、傳感器、位置信號等組成,實時反映點焊機的當前工作狀態。輸出信號主要由各種電磁氣閥、步進電機、驅動器及各種狀態指示燈等組成。根據控制要求列出輸入輸出信號。下面簡單介紹各元器件在點焊機中的作用。
3.5.1 傳感器在點焊機中的作用
隨著機械制造行業的發展,傳感器行業也得到了大提速,隨著物聯網概念的日漸普及,傳感器市場再次迎來快速發展機遇。在機械制造測試系統中,被作為一次儀表 定位,其主要特征是能準確傳遞和檢測出某一形態的信息,并將其轉換成另一形態的信息。在于機床的運行中,傳感器也起到重要的作用,傳感器在機械制造中是不 可或缺的物件。在機械制造中,傳感器技術是實現測試與自動控制的重要環節。
在各類傳感器中壓力傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定可靠、成本低、便于集成化的優點,可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、 壓強的測量與控制。除此以外,還廣泛應用于水利、地質、氣象、化工、醫療衛生等方面。由于該技術是平面工藝與立體加工相結合,又便于集成化,所以可用來制 成血壓計、風速計、水速計、壓力表、電子稱以及自動報警裝置等。壓力傳感器已成為各類傳感器中技術最成熟、性能最穩定、性價比最高的一類傳感器
3.5.2 步進電機在點焊機的工作原理
步進電機又稱脈沖電機,它是將輸入的脈沖信號轉換成相應的角位移和線性位移的控制電機,它可以看作為低速運行的同步電機,它由專用的驅動電路來產生脈沖,每輸入一個脈沖信號步進電機就轉動一步。它是步進式運動的,因此稱之為步進電機。
步進電機是受脈沖信號控制的,因此它適合作為數字控制的伺服系統,它的直線位移或者角位移與脈沖量成正比,所以步進電機的速度或轉速也與脈沖的頻率成正比,通過改變脈沖的頻率就可以調節步進電機的速度。步進電機常規的控制方式一般采用開環控制方式,其控制方式由控制器產生脈沖給驅動電路來控制步進電機的速度和位置。
對于步進電機的開環控制系統來說,其控制方式簡單、控制成本低、便于實現等優點;但是要實現高精度的位置控制是相當困難的,一般采用加大傳動比的方法來實 現,如軸向傳動比設置為100:1,若按本設計系統的采用的步進電機的0.1度,那么經過減速以后步進電機的步距角度分辨率為0.0001度,但是步進電 機本身速度不高,若增大步進電機的速度又會導致步進電機的輸出轉距變小,不能帶動負載;這對于貼標機的貼標速度效率是不可取的,另外在負載較大或者連續加 減速的情況下,步進電機容易發生失步或過沖現象,對于開環系統來說,這種現象造成的位置誤差是無法彌補的。
機電系統設計范文5
目前國內由于提升機的各組成設備及控制裝置大多由不同廠家提供，提升機電控成套廠商生產的提升機電控系統主要實現對提升工藝進行控制和監視保護，而與之相關的定量裝載控制(主井配套設備)、井底和井口操車控制(副井配套設備)、提升信號控制、液壓制動控制、輔機控制等系統相對獨立，只進行簡單的閉鎖控制和監視。隨著PLC在上述各控制系統中的應用，特別是網絡通信技術的發展，通過網絡通信將上述控制系統連成一體，形成包括所有提升機組成設備控制子系統的提升機電控系統。目前提升機電控系統中廣泛使用西門子S7系列PLC，具有Profibus－DP外部現場總線接口，因此選用Profibus－DP網絡作為通信方式。Profibus是一種國際化的、開放的、不依賴于設備生產廠商的現場總線標準，適用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制，能夠實現現場級到車間級監控的分布式數字控制和現場通信網絡。系統采用3層體系結構，最低層為數據采集系統，從現場各類傳感器設備中采集數據，執行控制指令;第2層為實時信息處理系統，對現場采集的數據進行分類顯示，包括故障記錄、實時顯示、打印等;第3層將數據及其相關信息寫入服務器和數據庫服務器中，對數據進行統計、分析等處理，滿足信息通過網絡與第3層客戶端相連的要求，客戶計算機可通過瀏覽器直接使用和監測現場采集的數據。圖3基于現場總線的分布式提升機控制系統架構基于Profibus現場總線的分布式提升機電控系統，可解決目前提升機電控系統中存在的分散控制導致集約控制能力差、信息傳輸受限、信息采集不完全且不能共享、系統可靠性低、維護量大等一系列問題，減少系統設備間大量的I/O和模擬量電氣連接，在節約成本的同時降低系統故障率和維護費用，在拓展信息量的同時提高控制的有效性和穩定性。
2變頻調速裝置選型設計
大型礦井提升機傳動調速裝置是電控系統的重要組成部分，傳動調速裝置的性能直接關系到提升電控系統的穩定與可靠。目前礦井提升機傳動調速裝置主要采用直流調速和交流調速方案，直流可逆調速方案具有調速連續、機械沖擊小、低速轉矩大等特點，但因直流電動機受結構和制造工藝制約，以及設備多、控制復雜、維護量大等缺點，直流調速方案目前在大型礦井提升機領域的推廣應用逐漸受到限制。與直流傳動系統相比，交流傳動具有效率高、過載能力大、結構簡單等優點，且可做到大容量和高電壓，因此隨著變頻調速控制技術日益成熟，交流變頻調速尤其是同步電動機交－直－交變頻調速成為大型礦井提升機傳動調速的主流解決方案。筆者所設計的千米深礦井提升電控系統電動機容量大，提升速度高，為滿足系統要求，選擇了同步電動機交－直－交變頻調速方案。由于礦井提升要求調速精度高、動態相應快，能夠滿足此要求的變頻裝置多采用二極管嵌位三電平交－直－交變頻調速方式，目前能夠提供此類變頻裝置的主要有西門子公司SM150系列產品、ABB公司ACS6000系列產品及中國礦業大學ASCS系列產品等。其中西門子公司的SM150系列及ABB公司的ACS6000系列都是采用IGCT功率器件，并使用水冷技術，而中國礦業大學的產品采用高壓IGBT功率器件及風冷散熱技術，在控制策略上西門子公司及中國礦業大學采用矢量控制技術，ABB公司采用DTC直接轉矩控制技術，各公司產品在技術水平上各有特點。根據使用單位經費預算及現場技術人員對相關產品的熟悉程度，最終選用一套西門子公司的SINAMICSSM150中壓電壓源型交－直－交變頻器來構成同步電動機全數字變頻調速控制系統。
3結語
機電系統設計范文6
關鍵詞：機電一體化 互動教學 實踐教學 項目教學
科學技術的高速發展和不斷進步使機械制造業發生了巨大的變化。以信息技術為代表的高新科技向機械行業的滲透，使得現代機電產品不再是單純的機械構件，而是機械、電子、計算機等集成的所謂機電一體化產品[1]。社會對機械專業人才的要求越來越趨向于復合型、應用型，因此高校教師在傳授專業知識的同時必須注重學生知識的拓展和綜合應用。機電一體化系統設計是一門融合了機械、電子、控制等多學科的綜合性課程，對培養學生的綜合設計能力以及系統工程意識具有重要作用。
1課程理念及體系構建
機電一體化系統設計是機械設計制造及自動化專業的一門重要專業課程。本課程融合了機械技術、電子技術、傳感檢測技術、自動控制技術、信息處理技術等多種技術于一體，是對基礎課、專業基礎課等知識的綜合應用，也是理論與工程實踐相結合的課程[2]。
本課程主要介紹了機電一體化系統的基本構成、執行裝置、檢測元件、控制系統等內容，各章節結構圖如圖1所示[3]。第一、二章是機電一體化系統及設計方法的概述。第三、四章介紹各種執行裝置和檢測元件的構造、原理及使用方法。第五章講解控制系統及接口的設計。第六章是前面章節知識的綜合與應用。
圖1 機電一體化系統設計課程章節結構圖
由于在本課程開設之前，學生已經學習了機械原理、控制理論、檢測技術等相關課程，因此應該著眼于學生綜合設計能力和系統工程意識的培養，而不只是各部分知識的簡單重復和回顧。此外，由于本課程與生產、生活實際緊密聯系，可以結合案例分析、討論與互動、實踐教學等多種方式開展教學活動。
2 教學方法改革
由于受傳統教育觀念和教學條件的限制，機電一體化系統設計課程過去以教師講授為主，學生只能被動地接受，學習的主動性和積極性不能有效發揮。本文依據該課程各章節教學重點的不同，采用不同的教學方法對學生進行引導，培養學生學習的興趣，提高學生的綜合能力和素質。
2.1 知識精講
機電一體化系統設計課程涉及的知識面廣、綜合型強，但理論課時并不多。因此，需調整與先修課程的關系，刪減重復部分，精講內容要少而精，重點介紹機電一體化系統各組成部分的原理、作用及相互聯系。理論知識講解的同時需結合案例分析，加深學生對相關知識的理解。此外，還可以利用動畫、視頻等多媒體手段，幫助學生了解最新的研究成果，掌握最新的行業動態，避免教學與生產實際脫離。例如，在講授執行裝置構造及使用方法時，可以略過學生已經重點學習過的電動機工作原理及特性，對液壓和氣動執行裝置也只做簡單介紹，而重點比較三種執行裝置的性能、適用范圍及應用。通過對工件輸送系統的分析，學生理解氣動執行裝置的原理以及在機電一體化設備中的作用。采用視頻資料與教師講解相結合的方式，介紹壓電、靜電、形狀記憶合金等新型執行裝置，在開闊學生視野的同時加深其對執行裝置的理解。
2.2 討論與互動式教學
教學過程是教師和學生以信息為載體的互動過程[4]。為了讓學生參與到課堂教學中來，體現學生學習的主體性，而不是作為課堂的看客或被灌輸的對象，可以在知識精講的基礎上融入討論與互動式教學方法。教師通過本課程的重點、難點、疑點問題，引導和啟發學生思考，激發學生聽課的熱情和積極性，實現師生互動[5]。例如，在介紹機電一體化系統的基本構成時，安排學生分組了解一種機電一體化設備，掌握其基本工作原理及組成要素，并在課堂上利用PPT、視頻資料進行講解。教師針對該設備的工作原理及過程進行提問，同組同學展開討論并進行解答。討論課氣氛活躍，學生積極性較高，達到較好的教學效果。
2.3 實踐教學
機電一體化系統設計是一門與生產、生活實際緊密結合的課程，因此在課堂教學之外還應當利用已有的教學和實驗條件讓學生接觸實際的機電系統。在檢測與傳感器技術的授課過程中，筆者利用數控加工中心和工業機器人進行實踐教學。學生通過觀察兩種設備所使用的光電編碼器、直線光柵尺和接近開關，對傳感器的工作原理有了進一步的認識。在操縱數控機床和工業機器人的過程中，學生可以掌握傳感器在各自系統中的作用。此外，通過對數控機床和工業機器人所使用的交、直流電機以及液壓和氣動系統的介紹可以幫助學生鞏固執行裝置部分的知識點，起到溫故而知新的作用?？傊瑢嵺`教學可以加深學生對知識的理解，密切知識體系間的聯系。
2.4項目教學
為了提高學生系統設計能力和工程意識，將所學知識融會貫通，在本課程的授課過程中采用了項目任務教學的方法。項目教學是以工程實踐為導向，通過完成一個完整的“項目”工作而進行的實踐教學活動[6]。將本課程所涉及的知識點通過一個明確的“項目任務”布置給學生，學生根據任務要求，進行資料整理―系統方案設計―子系統設計及實現―系統方案優化。
全方位移動機器人設計就是適合本課程的一個較好的“項目任務”。該項目集硬件與軟件設計于一體，所涉及知識包括執行裝置、傳感器、控制系統及接口電路等，對于鞏固知識、培養綜合設計能力具有重要作用。學生選定題目后：（1）查找相關資料了解全方位移動機器人的基本技術。此過程培養了學生檢索科技文獻的能力，為隨后的畢業設計奠定了良好的基礎。（2）確定全方位移動方案，并將機器人分為移動機構、控制系統、傳感器模塊、通訊模塊等，繪制基本的硬件結構框圖和總體的軟件流程圖。在這部分主要培養學生的系統觀念，使其能夠從宏觀上把握全局，制訂合理且可行的方案。（3）各子系統的硬件、軟件設計及實現。子系統的設計過程也是知識的掌握和應用過程，明確的學習目的能夠有效提高學生的學習效率。（4）機器人各子系統的聯合調試及方案優化。子系統聯調過程必然會出現沖突和矛盾，如何從系統角度出發解決出現的問題并進行方案的優化，同樣是對學生綜合能力的培養和鍛煉。
通過全方位移動機器人設計這一項目，學生明確了學習的目標和任務，積極性和主動性有較大提高。在完成項目任務過程中，學生加深了機電一體化相關知識的理解，并將各部分知識融會貫通，有效培養了學生的系統觀念和工程意識。此外，以團隊形式來完成任務有利于學生協作意識的培養及綜合素質的提高。
3 結束語
在機電一體化系統設計課程中采用知識精講、討論與互動式教學、實踐教學、項目教學等多種方法相結合的方式進行教學改革和探索。教學實踐表明幾種教學方法相結合的方式可以讓學生參與到教學活動中來，提高學生學習的積極性和主動性，對于培養學生的綜合設計能力和工程應用能力具有積極作用。
參考文獻
[1]楊叔子，張福潤.面向21世紀改革機械工程教學[J].高等教育研究，2000（4）：73-77.
[2]丁文政，王娟，汪木蘭.機電一體化系統設計課程教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2012（3）：80-81.
[3]高森年. 機電一體化[M].北京：科學出版社，2001.
[4]姚蓉.談如何搞好大學教學中的課堂互動[J].中國大學教育，2008（7）：71-74.
