機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)論文-5

1、<p><b>　　繼續(xù)教育學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　2018 年 6 月 4 日</p><p><b>　　機(jī)械手控制</b></p><p>　　一、 機(jī)械手發(fā)展經(jīng)歷及主

2、要構(gòu)成</p><p>　　機(jī)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(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人。</p><p><b>　?。ㄒ唬┌l(fā)展歷史</b></p><p>　　機(jī)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(jī)器人的概念，并申請了專利。該專

3、利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)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(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化

4、和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p><b>　　(二）構(gòu)成部分</b></p><p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部

5、完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)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(jī) 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個自由度的電機(jī)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。控制系

6、統(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。</p><p><b>　　（三）機(jī)械手分類</b></p><p>　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。</p><p><b

7、>　　多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)勢</b></p><p>　　多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是:動作靈活、運(yùn)動慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件，并能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對多關(guān)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(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)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(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單

8、關(guān)節(jié)機(jī)械手所不能比擬的。</p><p><b>　　機(jī)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(jī)械手。（電磁鐵工件抓放機(jī)構(gòu)）</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(jī)械手。</p><p>　　1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省

9、理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)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(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)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(jī)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(tuán)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(wù)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(wù)主要集中于6大領(lǐng)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(wù)運(yùn)營分別由13個業(yè)務(wù)集團(tuán)負(fù)責(zé)，其中包括西門子財務(wù)服務(wù)有限公司和西門子房地資產(chǎn)管理集團(tuán)。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(tuán)和富士通計算機(jī)（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(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。</p><p><b>　?。ㄒ唬┻m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(qiáng)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(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)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>　?。ㄈ┟}沖輸出</b></p><p>　　2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。</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(biāo)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(diǎn)</b></p><p><b>　　CPU221<

16、;/b></p><p>　　本機(jī)集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點(diǎn)。無I/O擴(kuò)展能力。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)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(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。 </p><p><b>　　CPU222</b><

17、/p><p>　　本機(jī)集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接2個擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)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(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。</p><p><b>　　CPU224</b></p><

18、;p>　　本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)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(qiáng)控制能力的控制器。 </p><p&g

19、t;<b>　　CPU224XP</b></p><p>　　本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)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(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 </p><p>　　三、機(jī)械手設(shè)計要求及功能</p><p>　　機(jī)械手模擬控制窗口如圖所示。圖中機(jī)械手可抓緊、放送工件，可上下、左右移動，模擬界面的右側(cè)為按控制要求設(shè)計的操作臺。</p><

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

22、按相應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)左移、右移、上移、下移、加緊、放松各個動作的單獨(dú)調(diào)整。</p><p><b>　　連續(xù)工作方式</b></p><p>　　按下起動按鈕，機(jī)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(fù)始的連續(xù)工作；按下停止按鈕，機(jī)械手將自動結(jié)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(jī)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(jī)械手將自動結(jié)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(jìn)工作方式</b></p>

24、<p>　　每按一次起動按鈕，機(jī)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(shè)計要點(diǎn)</b></p><p>　　由機(jī)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(jī)械手的連續(xù)工作方式入手編寫程序。首先應(yīng)繪出連續(xù)工作時的功能表圖，然后直接列寫邏輯表達(dá)式，用觸點(diǎn)線圈指令編程，也可使用置位復(fù)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(yùn)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?qū)崿F(xiàn)可在連續(xù)

26、工作程序的基礎(chǔ)上通過經(jīng)驗(yàn)修改實(shí)現(xiàn)。其要點(diǎn)是是設(shè)法阻止機(jī)械手在一個周期工作結(jié)束后自動進(jìn)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(shí)現(xiàn)與單周期工作的實(shí)現(xiàn)是相似的。即設(shè)法在每一步工作結(jié)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(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>

27、<b>　　圖3.4.1</b></p><p>　　基于S7-200的機(jī)械手PLC控制程序</p><p>　　五、分析該設(shè)計優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　該設(shè)計方式初步滿足了設(shè)計要求，實(shí)驗(yàn)證明能夠按照設(shè)定的工作方式穩(wěn)定運(yùn)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(shí)際上也可以采用分段跳轉(zhuǎn)的辦法來完成這三

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

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

30、</p><p>　　1.3體化技術(shù)五大組成要素與四大原則：*************4</p><p>　　第二篇：機(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品*******************************7</p><p>　　2.4發(fā)展“機(jī)電一體化”而臨的形勢和任務(wù)*************7</p><p>　　第三篇：機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用*****************12</p><p&

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

33、********21</p><p><b>　　第一篇</b></p><p>　　1.1機(jī)電一體化”？它的來源是什么？</p><p>　　“機(jī)電一體化”在國外被稱為Mechatronics是日本人在20世紀(jì)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(jié)合在一起構(gòu)成的一個新詞，意思是機(jī)械技術(shù)

34、和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)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(rèn)，我國的工程技術(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。</p><p>　　1.2電一體化技術(shù)基本概念</p><p>　　機(jī)電一體化技術(shù)是在微型計算機(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

35、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)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(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、動力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動傳遞，物質(zhì)運(yùn)動，能量變換進(jìn)行研究，使得整個系統(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

36、運(yùn)動，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)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。</p><p>　　1.3一體化技術(shù)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(jī)電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運(yùn)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(jī)結(jié)合而成。（請參考機(jī)電之家機(jī)電一體化頻道）</p><p>　　機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）</p><p>　　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。</p><p>　　動力驅(qū)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(yùn)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(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，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(yīng)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(jìn)行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信

39、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，控制整個系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)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(jī)電一體化四大原則：</p><p>　　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)動傳遞、信息控

40、制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。</p><p><b>　　接口耦合：</b></p><p>　　兩個需要進(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）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實(shí)現(xiàn)。而兩個信號強(qiáng)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(zhǔn)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(jìn)行交換與傳遞。</p><p><b>　　能量轉(zhuǎn)換：</b></p><p>　　兩個需要進(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)動器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)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(yùn)算、判斷、決策，以達(dá)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(jī)制以及自學(xué)習(xí)功能等知識驅(qū)動功能。</p><p><b>　　運(yùn)動傳遞：<

43、;/b></p><p>　　運(yùn)動傳遞使構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運(yùn)動的變換與傳輸以及以運(yùn)動控制為目的的優(yōu)化。</p><p>　　3、所謂自動化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)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(shí)預(yù)期的目標(biāo)、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(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實(shí)現(xiàn)

44、自動運(yùn)行目標(biāo)。</p><p><b>　　第二篇</b></p><p>　　一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢 </p><p>　　自電子技術(shù)一問世，電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的結(jié)合就開始了，只是出現(xiàn)了半導(dǎo)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(jī)電一體化”技術(shù)之后有了明顯進(jìn)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(jī)床的問世，寫下了“機(jī)電一體化”歷史的第一頁；</p><p>　　2.微電子技術(shù)為“機(jī)電一體化''帶來勃勃生機(jī)；</p><p>　　3.可編程序控制器、“電力電子”等的發(fā)展為“機(jī)電一體化”提供了堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)；</p><p>　　4.激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)

46、等新技術(shù)使“機(jī)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(jī)電一體化。一般的機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成的。因此，引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn)是能有效地改進(jìn)機(jī)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(jī)電一體化是機(jī)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(jī)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(qiáng)的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)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(dú)立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，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(yīng)。其特點(diǎn)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(yīng)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(jī)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(shù)、信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復(fù)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(jī)電一體化裝置對信息的

49、依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)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(diǎn)類似于活的生物：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機(jī)構(gòu)可為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供新型機(jī)體，但如何使這些新型機(jī)體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領(lǐng)域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點(diǎn)是硬件（肌體）——軟件（大腦）一體，不可分割?？磥?，機(jī)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(jī)電化——微型化。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級的機(jī)械元件。當(dāng)將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機(jī)械部分和控制器了。屆時機(jī)械和電子完全可以“融合”，機(jī)體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、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(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。</p&g

51、t;<p>　　2.3的機(jī)電一體化產(chǎn)品</p><p>　　機(jī)電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)（整機(jī)）和基礎(chǔ)元、部件兩大類。典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機(jī)床、機(jī)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(jī)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(jī)、傳感器、專用集成電路、伺服機(jī)構(gòu)等。這些典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品的技術(shù)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(jī)電一體化”而臨的形勢和任務(wù)</p><p>　　機(jī)電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術(shù)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(shù)進(jìn)步提高一步；二是開發(fā)自動化、數(shù)字化、智能化機(jī)電產(chǎn)品，促進(jìn)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>　?。ㄒ唬┍本皺C(jī)電一體化”工作面臨的形勢</p><p>　　1.北京用微電子技術(shù)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(shù)改造機(jī)床設(shè)備、工業(yè)窯爐、風(fēng)機(jī)電泵、生產(chǎn)過程的任務(wù)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(jī)床設(shè)備亟需用微電子技術(shù)進(jìn)行改造；在已改造的近6500臺機(jī)床設(shè)備中，大約有15%需進(jìn)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(shù)進(jìn)行改造；且610座已改造過的工業(yè)爐窯也很有進(jìn)一步應(yīng)用模糊技術(shù)進(jìn)行二次改造的必要。</p><p>　?。?）北京工業(yè)系統(tǒng)CAD應(yīng)用還有較大差距。目前，北京工業(yè)品設(shè)計，CAD應(yīng)用率僅17%（而美、日等國已超過85%；

55、國內(nèi)先進(jìn)地區(qū)也超過了 30%）；CAD的覆蓋率才達(dá)到11%（而全國CAD應(yīng)用工程領(lǐng)導(dǎo)小組指出，“八五”期間大中型企業(yè)要達(dá)到35%，中小型骨干企業(yè)要達(dá)到15%—20%；到“九五”時，按國務(wù)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(fēng)機(jī)電泵裝機(jī)容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造的任務(wù)，占總?cè)蝿?wù)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(yán)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(biāo)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(jìn)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(wù)非常重，而電力電子技術(shù)是節(jié)能降耗的王牌。</p><p>　　2.北京用機(jī)電一體化技術(shù)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(jī)電一體化產(chǎn)品約837種，在當(dāng)年生產(chǎn)的產(chǎn)品品種總數(shù)中僅占7.8%左右。其中：機(jī)械局系統(tǒng)主要產(chǎn)品約 1200種，機(jī)電一體化產(chǎn)品不到150種機(jī)電一體化產(chǎn)品所占比例僅4%強(qiáng)；儀器儀表總公司系統(tǒng)主要產(chǎn)品350

58、種，機(jī)電一體化產(chǎn)品210種，機(jī)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(jī)電一體化、智能化產(chǎn)品15種，機(jī)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(fèi)用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn)；與國內(nèi)先進(jìn)水平相差一半左右。</p><p>　　3.北京用機(jī)電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低，耗能、耗

59、水、耗材高，污染、擾民產(chǎn)品的責(zé)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(yán)重的企業(yè)還占相當(dāng)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(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(lǐng)導(dǎo)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(rèn)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(jī)電一體化，開發(fā)和生產(chǎn)有關(guān)的機(jī)電一體化產(chǎn)

60、品。機(jī)電一體化產(chǎn)品功能強(qiáng)、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(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程做必要的調(diào)整、改革，而無須改換設(shè)備。這是解決機(jī)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(jī)械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機(jī)械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來，實(shí)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(jī)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(jìn)口量都比較大，因此亟需發(fā)展。</p><p>　?。ǘ┍本皺C(jī)電一體化”工作的任務(wù)</p><p>　　北京在機(jī)電一體化方面的任務(wù)可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機(jī)電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品的更新?lián)Q代。總的目的是促進(jìn)機(jī)電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為北京產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整作貢獻(xiàn)。</p>&l

62、t;p>　　1.北京應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工作重點(diǎn)</p><p>　?。?）大力采用模糊技術(shù)，工業(yè)爐窯改造應(yīng)上新臺階</p><p>　　國內(nèi)外成功的范例表明，應(yīng)用模糊技術(shù)改造工業(yè)爐窯比單純用計算機(jī)和PID技術(shù)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(yīng)用模糊技術(shù)，到2000年，對應(yīng)該進(jìn)行改造但尚未改造的近250座工業(yè)爐窯要用模糊 技術(shù)等先進(jìn)電子信息技術(shù)改造

63、完畢，其中采用模糊技術(shù)改造要在80%.</p><p>　?。?）積極采用數(shù)控技術(shù)，機(jī)床高備改造要達(dá)新水平</p><p>　　對機(jī)床設(shè)備的改造重點(diǎn)應(yīng)放在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用上。根據(jù)需要和可能，到1995年，北京應(yīng)該改造的機(jī)床設(shè)備（8420臺）的改造率要達(dá)80%以上，到本世紀(jì)末要改造完畢。</p><p>　?。?）努力推廣變頻調(diào)速技術(shù)，風(fēng)機(jī)電泵改造要攀新高度&

64、lt;/p><p>　　風(fēng)機(jī)、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(shù)的推廣應(yīng)用作為重點(diǎn)來抓。到 1995年，應(yīng)該采用變頻調(diào)速技術(shù)改造的風(fēng)機(jī)、電泵要改造完60%；到本世紀(jì)末，北京的風(fēng)機(jī)、電泵和其它調(diào)速電機(jī)要普遍；采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)。</p><p>　　（4）優(yōu)先應(yīng)用CAD／CAM技術(shù)，工業(yè)設(shè)計水平提高要有新目標(biāo)</p>

65、<p>　　北京工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，設(shè)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(yīng)用率為17%，CAD的覆蓋率為11%，到1995年應(yīng)分別達(dá)到20%和15%，本世紀(jì)末，要力爭分別達(dá)到55%和45%.</p><p>　　2.北京機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)的奮斗目標(biāo)</p><p>　?。?）總體目標(biāo)：到1995年全市的機(jī)電一體化產(chǎn)品數(shù)應(yīng)不少于800種，2000年，應(yīng)

66、不少于2000種，機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)電一體化率分別達(dá)到25%和60%.</p><p><b>　　（2）單項(xiàng)目標(biāo)：</b></p><p>　　機(jī)床數(shù)控化率：1995年，產(chǎn)量數(shù)控化率達(dá)5%，產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)16%；2000年，分別達(dá)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(fèi)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(shù)和第三代電力電子器件的開發(fā)技術(shù)?！熬盼濉逼陂g第三代電力電子器件的生產(chǎn)要形成經(jīng)濟(jì)批量。在電力

68、電子產(chǎn)品應(yīng)用方面，“八五”期間，開關(guān)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(dá)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(shù)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(shù)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(shù)控制系統(tǒng)典型產(chǎn)品

69、來；交逐步將模糊技術(shù)應(yīng)用于家用電器中。1995年，空調(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器、電風(fēng)扇等家用電器產(chǎn)品模糊控制器的普及率要分別達(dá)到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀(jì)末，北京家用電器模糊技術(shù)普及率要達(dá)到50%以上。</p><p>　　其它機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)能力：微機(jī)控制多色印刷機(jī)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(lǐng)先；在“八五”期間，以3

70、0萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組為代表的發(fā)電設(shè)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(jī)電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機(jī)電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機(jī)電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機(jī)電一體化”發(fā)展兩方面的目標(biāo)，那么，到本世紀(jì)末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)。其中，數(shù)控機(jī)床、機(jī)電一體

71、化印刷系統(tǒng)、新型電子醫(yī)療設(shè)備和數(shù)字化智能化儀器儀表等機(jī)電一體化裝備銷售額可超過150億元，機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)不僅是北京高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主力軍，也是機(jī)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(shù)發(fā)展</p><p>　　機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計算機(jī)、信息處理等多

72、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。</p><p><b>　　1數(shù)字化</b></p><p>　　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；而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計、計算機(jī)集成制造等。

73、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)。</p><p><b>　　2智能化</b></p><p>　　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)對話功能，設(shè)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(hù)帶來極大的方便。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)展開辟了廣闊天地。</p><p><b>　　3模塊化</b></p><p>　　由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動力接口、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

75、機(jī)一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。</p><p><b>　　4網(wǎng)絡(luò)化</b></p><p>　　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

76、家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計算機(jī)為中心的計算機(jī)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(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。</p><p><b>　　5人性化</b></p><p>　　機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，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

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(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。</p><p><b>　　6微型化</b></p><p>　　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

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(xué)研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個微電機(jī)以來，國內(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(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）。</p>

79、<p><b>　　7集成化</b></p><p>　　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)過程中同時處理加工、裝配、檢測、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)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其

80、性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。</p><p><b>　　8帶源化</b></p><p>　　是指機(jī)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(yùn)動的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨(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。</p><p><b>　　9 綠色化</b>

81、;</p><p>　　科學(xué)技術(shù)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(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、制造、使用和銷毀時應(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不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。

82、</p><p>　　3.2機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用</p><p>　　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，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)用于以下幾個方面：</p><p>　　1 智能化控制

83、技術(shù)(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(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、生產(chǎn)、控制、設(shè)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(jī)指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機(jī)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(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)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(diǎn)控制功能多樣化、操作簡便、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。</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(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的系統(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。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計算機(jī)互聯(lián)，實(shí)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(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測量與控制一體化。</p><p>　　4 計算機(jī)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(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)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(shí)現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機(jī)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(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點(diǎn)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(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、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)的競爭力。美國、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。</p><p>　　5 現(xiàn)場總線技術(shù)(ＦBT)</p><p>　　現(xiàn)場總線技術(shù)(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(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)場總線技術(shù)取代現(xiàn)

89、行的信號傳輸技術(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(jìn)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(dǎo)線?，F(xiàn)場總線的引入導(dǎo)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(shù)</b></p><p>　　傳動技術(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。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，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)到和超過直流調(diào)速水平。現(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可

91、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。</p><p><b>　　第四篇</b></p><p>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)可分為機(jī)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(jī)電一體化控制系統(tǒng)(微電子系統(tǒng))為例,將接口分為人機(jī)與機(jī)電接口

92、兩大類。</p><p><b>　　一、機(jī)電接口</b></p><p>　　由于機(jī)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(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖,因此機(jī)電接口起著非常重要的作用:</p><p>　　(1)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。一般微機(jī)的I/O芯片都是TTL電平,而控制設(shè)備則不一定,因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換;另外,在大負(fù)載

93、時還需要進(jìn)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(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備在電器上加以隔離;</p><p>　　(3)進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換。當(dāng)被控對象的檢測和控制信號為模擬量時,必須在微機(jī)系統(tǒng)和被控對象之間設(shè)置A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路,以保證微機(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)中,反映被控對象運(yùn)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(zhuǎn)速檢測用的測速發(fā)電機(jī)等)計算機(jī)要對被控對象進(jìn)行控制,必須獲得反映系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信號,而計算機(jī)只能接受數(shù)字信號,要達(dá)到獲取信息的目的,就應(yīng)將模擬電信號轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)變頻調(diào)速、直流電動機(jī)調(diào)速器、滑差電動機(jī)調(diào)速器等。而計算機(jī)只能輸出數(shù)字信號,并通過運(yùn)算產(chǎn)生控制信號,達(dá)到控制生產(chǎn)過程的目的,應(yīng)有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務(wù)是把計算機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號,以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器,達(dá)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(zhuǎn)換器、多路模擬

96、開關(guān)和功率放大器幾部分構(gòu)成。3、開關(guān)信號通道接口。機(jī)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(guān)量)信號包括:開關(guān)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(jī)的啟動與停止;閥門的打開與關(guān)閉等。這些信號的共同特征是以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中,對應(yīng)二進(jìn)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(guān)信號輸入通道接口的任務(wù)是將來自控制過程的開關(guān)信號、邏輯電平信號以及一些系統(tǒng)設(shè)置開關(guān)信號傳送給計算機(jī)。這些信號實(shí)質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號,所以開關(guān)信號輸入通道又稱為數(shù)字輸入通道(DI)。由于開關(guān)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(jī)的數(shù)字電平不相同,與計算機(jī)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(shè)計問題,它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉(zhuǎn)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(guān)信號輸出通道的作用是將計算機(jī)通過邏輯運(yùn)算處理后的開關(guān)信號傳遞給開關(guān)執(zhí)行器(如繼電器或報警指示器)。它實(shí)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(shè)計主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅(qū)動開關(guān)執(zhí)行器的功率。開關(guān)量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅(qū)動器和輸出口地址譯碼電路等組成。</p><p><b&

99、gt;　　二、人機(jī)接口</b></p><p>　　人機(jī)接口是操作者與機(jī)電系統(tǒng)(主要是控制微機(jī))之間進(jìn)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(jī)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(yùn)行參數(shù)及結(jié)果等信息;另一方面,操作者通過輸入接口向機(jī)電系統(tǒng)輸入各種控制命令,干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),以實(shí)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(jī)電一體化系統(tǒng)中常見的一種輸入設(shè)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(biāo)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(jī)接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機(jī)的并行口或擴(kuò)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(jī)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(jìn)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(shè)計的鍵盤程序來實(shí)現(xiàn)。前者使用方便,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高;后者電路簡單,便于設(shè)計。</p><p>　

102、　2、輸出接口。在機(jī)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(shè)備,由于LED顯示器結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(diǎn)亮而顯示不同字形的。點(diǎn)陣式LED顯示器一般用來顯示復(fù)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(yīng)用。</p><p>

103、<b>　　第五篇</b></p><p>　　機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運(yùn)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(jìn)行正常的工作，微機(jī)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(qū)動模塊將會

104、輸出畸變的驅(qū)動信號，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作失常，最終導(dǎo)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(shè)備會造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開關(guān)的通斷，電動機(jī)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>　　（2）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(dāng)系統(tǒng)中有電氣設(shè)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(shè)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>　?。?）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(dú)立的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路構(gòu)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(yīng)采用粗導(dǎo)線，直流輸出線應(yīng)采用雙絞線，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線長度．</p><p>　　（2）利用電源監(jiān)視電路</p><p>　　在配電系統(tǒng)中實(shí)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(yán)重的事故。因此應(yīng)采取進(jìn)一步的保護(hù)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(fù)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>