引言机电一体化是现代科学技术发展的必然结果引言机电一体化是现代科学技术发展的必然结果 引言机电一体化是现代科学技术发展的必然结果，既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启机电行业产品结构、产业结构调整的大门钥匙。 机电一体化技术机电一体化的概要机电一体化是指在机构的主体功能、动力功能、信息处理功能、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构成系统的总称。机电一体化发展至今已成为一门有着自身体系的新型学科，并将随着科学技术的发展，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、...

　　引言机电一体化是现代科学技术发展的必然结果 引言机电一体化是现代科学技术发展的必然结果，既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启机电行业产品结构、产业结构调整的大门钥匙。 机电一体化技术机电一体化的概要机电一体化是指在机构的主体功能、动力功能、信息处理功能、控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化

　　及软件结合起来构成系统的总称。机电一体化发展至今已成为一门有着自身体系的新型学科，并将随着科学技术的发展，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、电力电子技术、接口技术、信息变换技术、软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，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。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的综合技术，而不是机械技术、微电子技术、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现。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，还能赋予许多新的功能，例如自动检测、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。 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，具有智能化的特征，这是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。 机电一体化的核心技术机电一体化包括软件和硬件两方面技术。其中硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元、驱动单元等组成,1,。为加速推进机电一体化的发展，须从以下方面着手。 1) 机械本体技术: 机械本体必须从改善性能、减轻重量、提高精度等方面考虑。现代机械产品多以钢铁材料为主， 为了减轻重量除在结构上加以改进，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。 2) 传感技术:传感器的问

　　集中在提高可靠性、灵敏度、精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为避免电干扰，目前有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。 3) 信息处理技术: 机电一体化与微电子学的显著进步和信息处理设备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

　　化问题。 4) 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及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元,2,。 5) 接口技术:为与计算机通信，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、光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 6) 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，需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。 机电一体化的发展机电一体化的发展状况机电一体化的发展，大体分为3 个阶段。 世纪60 年代以前为第一阶段，称为初级阶段。 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。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了积极的作用。那时的研制和开发，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。 世纪70~80 年代为第二阶段，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迅猛发展， 为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。 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、通信技术等进入了机电一体化，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有了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术、光纤技术等取得巨大进步， 为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究， 将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。 我国是从20 世纪80 年代初， 才开始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

　　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、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，取得了一定的成果，但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。 机电一体化的发展趋势机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合， 它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下。 7) 智能化: 智能化是21 世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设研究中得到日益重视， 机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的智能化是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学等新思想新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求达到更高的控制目标。诚然，要使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能， 则是完全可能的和必要的。 8) 模块化:模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品的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、环境接口的机电一体化产品单 元是一项十分复杂和非常重要的事。例如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。若能利用标准单元迅速开发出新产品，也可扩大生产规模。但这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内的标准，但可通过组建一些大企业逐渐形成。显然， 从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。 9) 网络化:20 世纪90 年代， 计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴 起和发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育、人们日常生活，都带来了巨大变革。各种网络将全球经济和生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。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。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络，将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统， 使人们在家里分享各种高技术带来的便利和快乐。因此， 机电一体化产品无疑应朝着网络化方向发展。 10) 微型化: 微型化兴起于20 世纪80 年代末，机电一体化有向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统， 泛指几何尺寸不超过的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有显著优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术， 微机电一体化产品的加工采用精细加工技术(即超精密技术)，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。 11) 绿色化: 工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适;另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是， 人们呼吁保护环境资源， 回归自然;绿色产品 概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用、销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品， 具有远大的发展前途。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，报废后能回收利用。 12) 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的大大加强，一般除RS232 外，还有RS485、DCS 人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义:(1) 机电一体化产品的最终使用对象是人， 如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。(2) 模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。事实上， 许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。 综上所述，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显， 机电一体化技术的发展前景也将越来越广阔。 机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着相关技术的不断发展，其内容将不断更新。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、光学技术、电力电子技术、接口技术等 群体技术，合理配置各功能单元，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，它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。 1机电一体化技术的应用 1(1在现代机械制造业中的应用传统机械制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。 1(2在饮料行业中的应用机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。 1(3在钢铁企业中的应用1(3(1计算机集成制造系统(CIMS)钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。 1(3.2现场总线技术(FBT)现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。 1(3(3交流传动技术随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 1(3(4开放式控制系统开放意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 1(3(5分布式控制系统(DCS)分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 2机电一体化技术的发展趋势 2(1智能化智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I,O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 2(2数字化微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。 2(3模块化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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。 2(4 网络化网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。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，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 2(5 自源化自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。 2(6人性化人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更自然，更接近生活习惯。 2.7微型化微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。 2(8绿色化工业发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使(用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 3 结束语 随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有 利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。 目前，我国正处于产业转型升级的关键时期，产业升级的目的之一是提高劳动生产率进而提升企业竞争力。因此，劳动密集型工厂亟待技术升级改造。技术升级改造中，一个重要的内容是提高产品的科技含量，而全面提高科技含量离不开由气动技术、液压技术、传感器技术、PLC技术、网络及通讯技术等学科的强烈相互渗透而形成的机电一体化技术。但是，目前我国的机电一体化技能型人才缺口较大，在各类的人才需求统计中，该专业的技能型人才需求一直排在前三名。本文以广东机电职业技术学院为例，对新形势下机电一体化技术专业的人才培养作初步探讨。 一、机电一体化技术专业人才培养目标的确定 为确定机电一体化技术专业人才培养目标，广东机电职业技术学院经过广泛的调查研究，结合所处地区实际，提出了机电一体化技术专业的人才培养目标:培养德、智、体等方面全面发展，具有良好的职业素质，面向机电制造行业，从事机电一体化设备制造、装调与运行、管理营销等工作的高等技术应用性专门人才，可适应的工作岗位包括:第一，机电制造企业的现场技术人员。主要从事工艺规程、工装夹具、模具、电气控制线路、一般计算机控制系统的设计和实施工作;机械、电气、电子产品的装配、调试和质量检查;先进设备的操作、维护与保养工作。第二，机电设备维修企业、检测中心的现场技术人员。主要从事机电设备检测、故障诊断与维修工作。第三，机电制造企业的车间管理人员。主要从事生产管理、技术管理市场营销。 二、机电一体化技术专业人才培养的举措 新形势下机电一体化技术专业人才培养目标的实现需要从两方面着手:一是建立基于工作过程的课程体系，通过科学的课程体系为人才培养提供坚实基础;二是推行2+1的人才培养模式，为学生创造工学结合的锻炼环境。 (一)建立基于工作过程的课程体系从世界范围看，职业教育课程开发经历了学科系统化、学习理论导向和职业分析导向模式后，正向工作过程导向的模式发展。机电一体化技术作为职业性很强的工科专业，有必要全面建立基于工作过程的课程体系。J9九游会 - 真人游戏第一品牌 为全面建立基于工作过程的课程体系，广东机电职业技术学院负责机电一体化技术专业的电气自动化教研室做了大量的工作，主要体现在四大方面:一是大力支持骨干教师外出观摩学习;二是全面改革课程整体教学设计;三是全力推进新课程标准制定;四是落实新教案撰写。近年来，在学院和系部的大力支持下，机电一体化技术专业的骨干教师6人前往宁波职业技术学院参加了高职教师教学能力培训，2人前往珠海参加了由广东科学技术职业学院承办的高(中)职教师基于工作过程的课程设计研讨会暨职业化教学六项修炼师资培训班。在教师学习结束归来后，专业带头人牵头组织了机电一体化技术专业课程整体教学设计活动。教研室各位教师每人负责一门专业课程的整体教学设计，围绕着机电一体化技术专业的培养目标及专业业务规格这一中心目标，进行课程目标设计、课程内容设计、教学方法设计、能力项目训练设计、考核方式设计等。通过专业课程整体教学设计活动，专业教师对负责课程 的改革

　　有了初步草图。在此基础上，再组织教师制定新的课程标准，主要是将学习领域细分，从一级情境到二级情境的安排设计，进一步理清基于工作过程的课程脉络，为新的课程体系落到实处奠定坚实基础。最后，根据课程标准落实新教案的撰写，为今后正式实施新的课程体系提供详尽而又重要的参考。 (二)推行2+1人才培养模式2+1产学合作教育模式是进一步落实工学结合教学改革精神，更好实现专业的人才培养目标，造就适应社会主义市场经济需要的高技能人才新的教育模式。2+1人才培养模式下，三年教学中两年在学校进行，一年在企业完成，实施工学结合。校内教学主要学习公共基础课程和专业基础课程;校外教学主要是学生在企业的一年顶岗实习，同时学习部分专业课程及综合实践类课程，在实习过程中根据生产实际选择毕业设计题目。并在学校教师与企业技术人员的共同指导下完成毕业设计任务。 在企业实施1阶段的实践教学是2+1人才培养方案中重要的教学环节，它将把学校引入社会，实现校企两个育人主体共同育人，使高等职业教育更加贴近社会，贴近企业。1阶段的教学是利用一年左右的时间，使学生到企业实际环境中，由学校教师、企业工程技术人员和岗位技术工人对学生实施专业现场教学，并在实际工程环境中进行顶岗实习，使学生把所学专业理论知识同企业工程实践相结合，学习和了解企业产品的研制、开发、生产、经营的全过程以及企业生产的组织与管理;同时培养学生的爱岗敬业、吃苦耐劳和团结协作精神。 阶段的教学目标是:提高学生的职业素质，培养学生分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力，使学生初步具有岗位所需的工作技能，为今后的工作和学习奠定良好的基础，以便学生步人社会用人单位后，能尽快缩短适应期，为企业的发展作贡献。 广东机电职业技术学院机电一体化技术专业近年来开始尝试2+1人才模式的改革。在本专业学生全部修完教学计划规定的所有课程后，经与某公司协商并签订合作协议，选派优秀教师带领学生赴企业进行顶岗实习。学生顶岗实习期间，校内教师与企业管理人员、技术人员共同完成车间管理、质量管理、机电一体化技术综合实习等课程的现场授课，并指导学生完成毕业设计任务。同时，在实习期间，学生也完成了企业分配的产品装配生产任务，并取得了一定的劳动报酬。总之，通过产学合作，学生积累了工学结合的经验，同时取得了学校、企业、学生三赢的局面。 总之，新形势下机电一体化技术专业的人才培养应从人才需求出发制定明确的培养目标，并通过基于工作过程等有效的课程体系的全面推广以及2+1等工学结合培养模式的尝试及完善，不断总结经验教训，确保培养El标的顺利 .机电一体化技术并不是机械技术与电气技术的简单叠加机电一体化技术并不是机械技术与电气技术的简单叠加，而是一种全新的技术发展趋势。它是在机械的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，并将机械装置和电子设备及软件等有机结合起来构成系统的总称。 4.机电一体化的分析研究对象机电一体化的设备或产品，不论它的体积是大还是小，不论它的结构是复杂还是简单，也不论它的功能是多还是少，其实质都是由若干相互关联、具 有特定功能的机械和电气要素组成的一个有机的整体。因此，这个课题的分析研究对象就是机电一体化设备或产品，是一个完整的系统。 5.机电一体化学科内容机电一体化是一门跨学科的边缘科学，其知识结构由机械技术、电子技术、微电子技术和计算机技术等有机结合，涉及机械技术，如机械加工、液压与气动等;共性技术，如系统技术、接口技术、传感器技术等;电工与电子技术，如逻辑代数基础、集成电路基础、电动机及电磁装置技术等;计算机技术，如硬件系统、操作方法、软件等。 近年来，我国煤炭行业在利用机电一体化技术改造旧设备和开发新产品方面做了大量的工作，取得一定的成效。它已使人们清楚地认识到，应用机电一体化技术发展煤矿机电产品，是实现高效、安全、机械化生产和煤矿机电产品更新换代的重要途径。本文对机电一体化技术在煤矿机械中的应用进行阐述，并对其发展趋势进行分析。 【关键词】机电一体化技术;煤矿机械;应用;发展趋势 0 概述 机电一体化技术就是机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合运用的复合技术，是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。机电一体化技术顺应了当今科学技术发展的规律，显示了强大的生命力。近年来，我国煤炭行业在利用机电一体化技术改造旧设备和开发新产品方面做了大量的工作 取得一定的成效。它已使人们清楚地认识到，应用机电一体化技术发展煤矿机电产品，是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。 1 机电一体化技术在煤矿机械中的主要应用 1(1 机电一体化技术在提升机中的应用 矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备。全数字化交直流提升机，尤其是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一体，机械结构大大简化，充分体现了机械一电力电子一计算机一自动控制的综合应用。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，大大简化了电器安装，此外，硬件配置简单，互相兼容。九五期间，国产数字化直流提升机已成为煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机，其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统，其性能先进、操作简便、准确可靠。此外，我国还应用SIMADYND和S7研制成功了第一台交一交变频器供电的交流提升机。目前，最大装机容量已达到5000kW，主、副井提升机可做到全自动化，不需要专门的绞车司机。 1(2 机电一体化技术在采煤机中的应用 电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机械的_一个典型应用。与液压牵引采煤机相比，它具有一下特点:(1)良好的牵引特性(可以在采煤机前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。(2)可用于大倾角煤层，牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器，因为它的设计制动力矩为电动机额定转矩的1(6, 2(0倍，所以电牵引采煤机可用在40。,50。倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。(3)运行可靠，使用寿命长，电牵引和液压牵引不同，前者除电动机的电刷和整流子有磨损外，其它元件均无磨损，因此工作可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。(4)反应灵敏，动态特性好， 电控系统能及时调整各种参数，防止采煤机超载运行。 (5)结构简单、效率高，电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只经一次转换，效率可达99,，而液压采煤机的效率只有65,一70,左右经过近20年的研制开发，我国的电牵引采煤机已逐步走向成熟(为煤矿综合机械化采煤生产技术的发展起到了积极的推动作用。 1(3 机电一体化技术在带式输送机中的应用 带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点，已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此，也是近几年来的研究重点。目前主要推广使用的机、电、液一体化的CST可控软启动装置，是一种专门为煤矿或金属矿的长距离皮带运输机设计的软驱动装置。它具有平滑起动运送大惯性载荷的特点。一条皮带运输机可以由一台或几台CsT驱动。从而解决了带式输送机的大运量、长距离的驱动难题。 1(4 机电一体化技术在支护设备中的应用 液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备，目前正向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用的电液控制的支架，移架速度为6,8s,架，最快的移架速度达3s，架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。 乳化液泵站是为液压支护设备提供高压液体的装置(要求其具有高压、大流量的供液能力(并能根据工作面液压支护设备的用液量自动调节供液量。我国生产的智能型乳化液泵站系统由智能型乳化液泵站自动配液系统和智能型乳化液泵站供液系统两部分组成。具有自动检测油箱油位高度，自动配液，高、低液位自动控制，在线检测乳化液浓度，自动校正乳化液浓度(可选定1(5度,5度)，当浓度达不到设定值时声、光报警，定时自动反冲洗，能够监控实际用液量，具有远距离传输功能，采用液晶显示器，具有实时显示乳化液浓度、液位、油位、流量计量、自动配液状态功能。 1(5 机电一体化技术在掘进机中的应用 掘进机是目前大多数煤矿广泛使用的掘进机械，其电气部分普遍采用了由矿用隔爆兼本质安全型开关箱(以下简称开关箱)、矿用本质安全型操作箱(以下简称操作箱)、矿用隔爆型电铃、矿用隔爆型压扣控制按钮、隔爆照明灯、掘进机用隔爆型三相异步电动机、GJC4低浓度甲烷传感器等组成的掘进机电气系统。与液压系统配合操作可实现整机的各种生产作业。 其控制系统将控制和保护功能模块化(主控制器)、有故障记忆功能、有应急遥控功能(遥控器)、操作箱液晶屏与开关箱显示仪表同步显示、开关箱与操作箱之间的通讯采用动力载波技术，仅用两芯通讯电缆便可实现，通讯电缆采用快速插头连接方式。整个电气系统具有设计理念新、保护功能全、显示功能强大、内部元件配置高、结构紧凑、安装方便、可靠性高等特点。以可编程控制器PLC为核心。对油泵、截割、二运电机的过压、欠压、短路、超温、过载、过流、三相不平衡、电机绝缘进行监控和保护，同时显示各电机运行状态、工作电压、 截割电机负荷和各种故障信息。控制回路是以可编程控制器(简称PLC)为核心，通过RS485通讯接受操作箱的控制信号，通过内部程序运算控制继电器输出，实现各电机的启动和停止。同时PLC接受电流互感器的信号、瓦斯传感器信号、漏电检测信号、接触器反馈信号、电机温度保护信号，通过程序实现整个电控系统的保护功能。PLC还通过程序判断各种故障，送液晶屏和显示视窗显示故障信息。 2 煤矿机电一体化技术应用的发展趋势 我国自行设计制造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点，以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。这些设备在煤炭生产中的广泛应用，不仅减轻了-操作人员的劳动强度，而且极大地提高了煤矿的生产水平和能力(创造了巨大的经济效益和社会效益。但是，我国的煤矿机电一体化技术与发达国家相比，还有一定的差距，因此还有很多的工作需要继续研究，其未来的发展趋势是:(1)开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，研究具有自主知识产权的核心装置;(2)增加产品的通信功能，以适应综合自动化的需要;(3)开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和运行状态监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等;(4)煤矿机器人仍然是煤矿机电一体化技术今后研究的重点之一。 3 结束语 近年来，随着微电子技术、计算机技术、软件技术、传感器技术和自动化技术的飞快发展(自动化、数字化、智能化的煤矿机械产品在性能和功能方面均实现了质的飞跃。 机电一体化技术始于电子技术的发展以及电子技术与机械技术的结合，尤其是大规模集成电路的出现，促进了机电一体化技术的发展，并引起了人们广泛的注意。数控机床的问世写下了机电一体化技术的新篇章。微电子技术为机电一体化技术带来了勃勃生机。可编程序控制器、电力电子的发展为机电一体化技术提供了坚实基础;激光技术、模糊技术、信息技术等高新技术的发展使机电一体化技术跃上新台阶。 机电一体化产品可分为系统(整机)和基础元(部)件两大类:典型的机电一体化系统有数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD,CAM系统等。典型的机电一体化元(部)件有电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些机电一体化产品将给机械产业和农机产业的生产技术带来巨大的飞跃，而企业的技术开发能力也将随之增强。 1、机电一体化系统的基本结构 (1)机械本体。系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械联接等。机械本体要在结构、材料、加工工艺性及几何尺寸等方面适应产品高效、多功能、可靠和节能、小型轻量等要求。 (2)动力部分。按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，用尽可能小的动力输人获得尽可能大的功能输出。 (3)测试传感部分。对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。 (4)执行机构。根据控制信息和指令，完成要求的动作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、 电液等机构。 (5)驱动部分。在控制信息作用下提供动力，驱动各种执行机构完成各种动作和功能 一方面要求驱动的高效率和快速响应特征，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性，另一方面，由于几何尺寸的限制，动作范围狭窄，还需考虑维修及标谁化。 (6)控制及信息处理单元。将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应指令，控制整个系统有目的地运行。 2、功能原理解接口特征匹配的实现方法 机电单元功能求解过程是从功能至效应，最终至原理解的具体化和结构化过程。在系统级功能原理求解过程中，所谓单元功能解的接口特征实际上包含有功能接口特征、效应接口特征和原理接口特征。这三者之间不是并列的关系，后者是前者的具体化和结构化，是前者的物化和实现，因而在内涵上存在着嵌套的关系。原理解接口特征在内涵上的分层嵌套性质体现了接口信息从粗略到详细的层层相扣的特点，提供了按功能接口、效应接口和原理解接口分层先后进行适配性检验的可能。 功能接口特征和效应接口特征所包含的信息最相对较少，不必再对其划分层次。但作用原理接口特征包含的信息量很大，有必要再对其细分层次。作用原理接口特征包括输入,输出物料接口、输人,输出能量接口、输入,输出信息接口、作用环境接口7个分特征，它们大致可以被划分为作用对象层次和关联对象层次(作用对象是指直接参与功能实现，构成功能的输入和输出的对象。作用对象还可以细分为主要作用对象和非主要作用对象2个层次，丰要作用对象就是通过运动执行功能实现转换的对象。关联对象是指不直接参与功能实现，而是通过作用对象间接与原理解发生关系的对象，这里主要指作用环境。 基于以上对作用原理接口特征的层次划分，作用原理接口特征层面上的逐层次匹配策略为:先进行主要作用对象接口特征匹配，再进行非主要作用对象接口特征匹配，最后进行关联对象接口特征匹配。由于关联对象接口特征所包含的接口信(息比较简单，故只讨论作用对象接口特征匹配的有关问题。作用对象接口特征包括能最接口特征、物料接口特征、信息接121特征3类。 能量接口特征可以被划分为3个层次:?效应层。描述与效应直接相关的接口特征;?作用原理层。对效应层物理量或者对象加以更加详细描述的其他接口特征。?物理实现层。描述该原理解的结构、形状、尺寸等物理层面的具体接口特征。同样，物料接日特征、信息接口特征也可以划分为效应层、作用原理层、物理实现层3个层次。 基于以上对作用对象接口特征的层次划分，作用对象接口特征匹配策略为:效应层接口特征匹配一作用原理层接口特征匹配一物理实现层接口特征匹配。 3、机电一体化技术的发展 机电一体化技术的各组成技术的研究已经进行得非常深人且日趋成熟，同时，人们也意识到单纯发展和研究各组成技术并不能保证机电一体化系统的最优化。因此，有人提出了要进行机电一体化系统设计理论的研究，也有人提出了机电一体化系统集成和融合的理论。我们认为无论是系统设计理论还是系统集成和融合理论的研究都是必要的，但是，由于机电一体化系统的复杂性，这两种理论都很难对机电一体化系统进行具体的研究，只能停留在理论的层面上。而机电接口技术正为它们提供了一种有效的方法来进行系统研究，并将系统设计、集成和融合理论应用到实际的设计当中。 现在，机电一体化正在向着智能化、模块化、网络化等方向发展，智能化必然要求系统各部分的结合要更加紧密，信息传递和反馈更加迅速准确。模块化必然要对接口提出更高的要求，接口在保持一致性的情况下还要能保证系统信息和能量的传递、技术融合。网络化要求系统的接口具有网络功能，包括现场网络、局域网和互联网功能。从机电一体化发展方向对机电接口技术的要求来看，机电接口技术的研究与发展已经成为必然，同时，机电接口技术的研究与发展也必然对机电一体化技术的发展起促进作用。 随着科学技术不断深入地发展，集机械、电子、信息、材料和管理技术干一体的机电一体化技术水平也将得到不断地提高。因此，企业要充分利用机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低且具有柔性的特点，根据市场需求，对产品结构和生产过程进行调整和改造，提高自身的技术开发能力，使其产品在国际市场具有竞争力。 摘要: 机电一体化是现代科学技术发展的必然结果，简述了机电一体化技术的基本概念和发展过程，分析了机电一体化的现状及未来的发展前景。 关键词:机电一体化;概念;过程;发展前景 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。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，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人了机电一体化的发展阶段。 1 机电一体化的概念及内容要点 机电一体化是指在机构功能、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总称。 机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，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、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，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、微电子技术以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力。 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，还能赋予许多新的功能，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。即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，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。 2 机电一体化的产生及发展过程 机电一体化的发展分为三个阶段。20世纪60年代以前为初级阶段。在这一时期，人们自觉地利用电 子技术的初步成果来完善机械产品的性能。尤其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了积极的作用。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人发展，已经开发的产品也无法大量推广。 7080年代为蓬勃发展阶段。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迅猛发展，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:? 机电一体化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以很大的关注和支持。 90年代后期，是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、通信技术等进人了机电一体化，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，由于人工智能技术、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。促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。 3 机电一体化在未来的发展前景 3(1 智能化智能化是本世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。智能化是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。 3(2 模块化模块化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、环境接口的机电一体化产品单元是十分复杂又是非常重要的。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，规模化将给机电一体化企业带来美好的前景。 3(3 微型化微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。 3(4 绿色化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。,方面，物质丰富，生活舒适;另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。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，报废后能回收利用。 4 结语 综上所述，机电一体化将在很多领域被逐步应用起来，其必要性和可行性也是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。 可编程序控制器(Programmable Log Controller)简称PLC，是采用微电脑技术制造的通用自动控制设备。它是一种带有指令存储器、数字或模拟的输入输出接口，以运算为主能完成逻辑顺序、定时、计数和算术运算等功能，用以机器或生产过程自动控制和监视的装置。它以优越的功能，良好的控制精度和高可靠性，在工业自动化控制中独领风骚。程序控制技术是工业自动化中重要的基础技术。PLC既能控制开关量，也能控制模拟量，用于替代继电器控制逻辑、二极管矩阵逻辑以及便于接线的数字逻辑。由于PLC是专门为工业自动化控制设计的一种工业用微电脑，所以在工业自动化控制中，PLC比单板机、微型计算机的使用更可靠。 一、PLC的主要功能及技术指标 PLC是控制技术和计算机技术的结晶，但是对于熟悉机电控制技术的工程人员来说，在使用PLC时没有必要完全了解计算机的深层次技术问题，只需要把PLC看作机电控制技术人员熟悉的继电器计时器和计数器的集合即可，所以PLC的实际使用简单方便，适应普通的机电控制技术人员。 1(PLC的主要功能PLC的主要功能有:?条件控制。PLC具有逻辑运算功能，它设置了与(AND)、或(OR)、非(NOT)等逻辑运算指令，能处理继电器接点的串联、并联、串并联以及并串联等各种连接;?限时控制。PLC具有定时控制功能，它可以提供若干个定时器，并设置了定时指令，调用修改灵活方便;?计数控制。PLC具有计数控制功能，它可以提供若干个计数器，设置了计数指令，计数器的计数值可以在运行时读出，也可以在运行时修改;?步进控制。 PLC具有步进控制功能，可以在一道工序完成后，再进行下一步工序，并且设置了移位寄存器;? 模数和数模转换功能。有些PLC具有模数和数模转换功能，能完成对模拟量的控制和调节;?通信和联网。有些PLC采用了通信技术，可以进行远程的I,0控制，即PLC之间同位链接或由一台计算机和若干台PLC构成集中管理，分散控制的分布式控制网络。 2(PLC的主要技术指标单台PLC可控制成千上万个点，多台PLC的同位链接可控制更多个点，平均每个点的处理速度从10 s一1 8，编程容量从几K字节,上百K字节，平均无故障时间为3×105H 而且编程语言是电气控制技术人员熟悉的梯形图语言，还配置了较强的监控功能，它能记忆某些异常情况，在发生异常情况时自动终止运行。在控制系统中，操作人员通过监控命令可以监视有关部分的运行状态，随时调整定时、计数等设定值，为调试和维护提供了较强的手段。 二、PLC与继电器控制逻辑的比较 继电器控制逻辑自2O世纪20年代问世以来一直是机电顺序控制的主流，由于它的结构简单，使用方便，价格低廉，所以使用范围甚广。其缺点是动作速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的PLC的出现，使得继电器控制逻辑更加逊色，比较如下: 1(控制逻辑继电器控制采用硬接线逻辑，它利用继电器接点的串连、并联，利用延时继电器的滞后动作组合成控制逻辑，连线复杂，体积大，功耗也大，当一个控制系统研制成功以后，要想再做修改就困难了。这是因为任何控制逻辑的修改都随着现场连线的改动而改动，特别是想增加一些控制逻辑时就更加困难了。 因此，继电器控制逻辑的灵活性和扩展性较差。而PLC采用存储逻辑，除了输入输出端以外不与现场连接，控制逻辑以程序的方式存储在PLC的内存当中，控制逻辑复杂则程序就会长一一些，因此连线少体积小，PLC是由大、中规模集成电路组装而成的，功耗也小。由于控制逻辑只与程序有关，当需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程序就行了，而不需要修改连线，因此灵活性和扩展性强。 2(控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现的，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反应速度越慢，还容易出现触点抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，由于PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题。 3(限时控制继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，时间继电器一般分为空气阻尼式，电磁式等，还有半导体时间继电器，用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不够，定时时间易受环境变化的影响和时间调整困难等问题。有些特殊的时间继电器结构复杂、维护不便。而PLC使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生精度相当高，定时器的定时范围一般在0(1秒至若干秒、若干分甚至更长。定时值可根据实际需要在程序中设定，定时精度小于10ms，定时时间不受环境的影响，一旦调好，不会改变。PLC还能完成计数功能，而继电器控制逻辑一般没有计数功能。 4(可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大置的机械触点，连线多，触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，体积小，功耗小，寿命长，可靠性高。PLC还配备了自检和监控功能，能检查出自身故障，并随时显示出来 还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 5(逻辑电路的设计和完成使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，设计、施工、调试必须顺序进行，周期长，而且修改困难。 控制逻辑越复杂，这一缺点就越突出。而PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场电路连接和逻辑的设计(包括继电器梯形图和程序设计)可以同时进行，周期短，调试和修改都很方便。 三、PLC与单板机比较 单板机具有结构简单，使用方便，价格便宜等优点，一般用于数据采集和工业控制。但是，由于单板机不是专门针对工业现场自动化控制设计的，因此与PLC比较有以下缺点: 1(不如PLC容易掌握使用单板机来实现自动控制，一般要使用微处理机的机器指令进行编程。这就要求设计者具有一定的计算机硬件和软件知识，对于那些只熟悉机电控制的技术人员来说，需要进行相当一段时间的系统学习才能掌握。而PLC虽然是微电脑系统。由CPU、ROM、RAM固件和I,0接口等构成，但它提供给使用者的却是电气控制技术人员所熟悉的梯形图语言，使用的术语仍然是继电器这一技术术语，大部分指令与继电器接点的串联、并联、串并联、并串联等相对应，这就使得那些熟悉机电控制的工程技术人员一目了然，对于使用者来说，不必去关心微电脑的一些深层次技术问题，而只要用较短的时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法即可。 2(不如PLC使用简单使用单板机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工作，如要考虑工程现场与单板机的连接，输出驱动，接口的扩展，接口的工作方式等，除了要进行控制程序的设计，还要在单板机的外围进行很多的硬件和软件的工作才能与控制现场连接起来，调试也比较繁琐。而PLC的输入输出接口已经做好，输人接口可以与无电压开关直接连接，非常方便，输出接口具有一定的驱动能力，如用继电器输出，输出的触点容量可达220V、2A，能适应一般的控制要求，而且在输入接口有光电耦合环节，使现场的干扰信号不容易进人PLC。 3(不如PLC可靠使用单板机进行工业自动控制，最突出的问题是抗干扰性能差，工作环境条件要求高。而PLC是专门用于工业自动化控制的，在设计和制造过程中采用了抗干扰措施，稳定性和可靠性高。如PLC具有较强的自诊断功能，保证在硬件(如CPU、RAM、I,O总线等)都正常的情况下才执行控制程序，一旦出现硬件故障则立即给出信号，并停止控制程序的执行，等待修复。有些高档的PLC具有CPU并行操作，一旦某个CPU出现故障，系统仍能正常工作并给出带病工作信号，要求修复出现故障的CPU，这就更增加了PLC的可靠性。从以上的比较可以看出，PLC是一种用于工业自动化控制的微电脑，具有结构简单，抗干扰能力强，J9九游会 - 真人游戏第一品牌环境适应范围广，控制可靠性高，易于学习和掌握，控制逻辑修改容易，调试方便等优点，它在现代机电技术一体化中占有重要的地位和作用 介绍了机电一体化技术在纺织设备中的特点、应用和发展趋势。总评认为，我国纺织业发展的国际化进程正日趋迅速，我国纺织设备机电一体化的技术水平有了极大提高。 关键词 机电一体化 纺织设备 自动化 1 机电一体化是现代纺织设备的发展趋势 从历届国际纺织机械展览会来看，世界纺织科技和设备发展的总趋势是机电一体化、高科技化和多功能化。 当前。现代纺织技术与机电一体化技术的有机结合及应用促成了纺织行业多种先进技术的发展，如喷气织造技术、喷气纺纱技术、梳棉机用管道喂给系统、粗细络联合系统、Barco织造监控系统、HVI纤维测试系统、自动络筒技术、自动整纬技术、计算机化的颜料化学品配方系统、梳棉机短片段自调匀整技术等。这些技术不仅反映了纺织技术与机电一体化技术结合应用后的跨多学科的特点，也体现了纺织技术和纺织设备在过去的几十年的结合应用中有了突破性发展。 纺织设备的研制开发，正朝着高速化、自动化、连续化短程化、智能化的方向发展。微电子技术和机械动作的有机结合，使纺织设备重点向三高(高质、高速、高效)发展。机电一体化的实现，使纺织设备的自动化程度和连续化程度明显提高。在机械产品设计中，由于广泛采用PLC、PCC、PCS、FCS、工控机、单片机的解决方案，变频调速、交流伺服凋速的普及化，不仅使纺织设备的自动化水平大大提高，而且使机械传动结构大大简化。如必加乐的Gamma剑杆织机和OMNI喷气织机采用SUMO超级主电动机，由主电动机直接传动织机，不再需要传动皮带以及离合器和刹车盘;在新型电脑粗纱机中利用计算机控制下的多电动机分部传动就取消了复杂的铁炮变速、摆动成形等传动结构。 2 我国纺织设备机电一体化发展的特点 2(1 普及了交流变频调速技术近年来各企业推出的纺织设备新产品积极地推广应用交流异步电机变频调速技术，某些特殊要求的还应用了交流伺服电机控制技术。用于纺织机械设备的变频调速控制系统的调速方案主要有以下三种。 1)通用变频器开环控制异步电机变频调速。此方案适用于对调速精度要求不是很高(2, 一5,)、调速范围不大(10:1以内)的各种纺机设备，如针织机械和部分染整机械等。 2)无速度传感器的矢量变频器控制异步电机变频调速。此方案工作可靠性好，适用于要求调速精度为0(5,一1(0, 、调速范围在20:l以内的大部分纺织设备。 3)带速度反馈的矢量变频控制异步电机闭环变频调速。此方案电路调速性能好，可从零转速起进行恒转矩速度控制，具有良好的动特性，适用于对调速性能要求高的纺机设备，如整经、浆纱、热定形和化纤机械等。 2(2 推广了智能化控制技术各种纺织机械设备普遍采用了PLC可编程控制器或IPC工控机等具有智能控制功能的控制器，这样可方便地实现:(1)各电机速度的准确控制、同步协调运转或位置的准确跟踪，如浆纱机、分条整经机、涤纶后处理机等;(2)按设定或生产要求的工艺曲线控制各机件的运动，如粗钞机等;(3)按设定或生产要求的操作程序完成加工全过程的控制，如清梳联台机卷轧染机等;(4)网络通讯。 利用PLC不仅能实现一般的逻辑控制，还具备包括模拟量在内的数值处理和网络通信等功能，并可通过网络构成分布式系统，完成各种复杂的控制要求。例如PLC通过标准的RS485串行通讯网络和自定义或自主选择的通信协议构成PLC和工控机的分布式网络，它具有较好的灵活性和性能价格比，因而得到广泛应用。 2(3 现场总线(Field Bus)技术开始用于纺织设备自动化现场总线技术已成为世界自动化技术的热点。近年来在我国纺机自动化中已受到关注并开始推广应用。现场总线主要是用于连接现场仪表和自动化控制系统之间的一种开放式、全数字化、双向、多站的通信系统。现场总线在应用层所使用的协议有多种多样，但目前已趋于统一。PROFIBUS--DP是现场总线PROFIBUS中广泛应用的一种协议。主要用于现场级的主从通信，实现现场级控制系统与分布式l,O及其他观场级设备之间的通信(它有极好的抗电磁干扰性能)。 2(4 数显应用普遍各种纺机设备普遍采用了数显，如各种数显仪表、人机界面和触摸屏等。前者一般是显示单一参数或少数几个参数。而后者，一般则显示多参数或图形并带有智能功能，实现人机对话，可以曲线或图表形式显示工艺参数的历史值和当今值或状态显示。人机界面可设文本操作面板、图形操作员面板和触摸屏等，可与PLC配套使用，有的还支持现场总线 传感检测技术应用加速了自动化程度随着纺织设备自动化程度的不断提高，传感器的使用量越来越大。通用常规参数例如温度、速度、长度、张力等的检测技术较成熟。如FL100型粗纱机，为了精确控制粗纱的最佳卷绕张力，该机使用CCD摄像传感器，能够以0(1mm的精度检测粗纱的悬垂度，大大提高了粗纱张力调节精度。速度的精确检测或者位移的精密测量应用光电编码器可得到满意的解决。 3 机电一体化技术在纺织设备中的应用 3(1 在租纱机的应用新型粗纱机采用机电一体化技术，使复杂的机械传动系统大大简化，多电动机分部传动使防细节功能更可靠，控制器和执行期的功能更加先进，控制精度更高。采用触摸屏人机界面使系统控制更易于实时修改和设定。 如国产的FA491型粗纱机由工控机控制四台电机，分别传动粗纱机的四个执行部件，即罗拉、锭翼、筒管和龙筋来代替。根据粗纱工艺的要求，建立了四电机速度输出;纺纱张力，纺纱成型等多个数学模型，实现了四电机同步控制、粗纱机恒张力纺纱。它采用液晶显示屏和触摸式操作键盘进行人机对话，具有贮存成熟工艺功能，使得工艺调整和更换品种方便、快捷。工艺锭速可达1500 rpm，机械转速可达1800rpm， 率先实现了高速高产，具有大小纱变速功能。 3(2 在细纱机的应用细络联中的细纱机采用电脑控制分部传动，即锭子采用变频电机传动，前、中、后罗拉分别采用一台伺服电机驱动，控制各电机问的速比，即可控制前中后罗拉之间以及与锭子间的牵伸比的恒定，实现了大小纱变速以及全机升降控制。提高了细纱机的技术水平。新型数控细纱机除了锭子传动用变频调速，罗拉传动、集体落纱用交流伺服外，还采用了电子凸轮替代原机械凸轮，使计算机控制交流伺服电机驱动钢领板升降运动。采用了电子凸轮技术后，改变了传统的纺纱成形工艺，可根据用户纺纱品种的要求，通过参数设置，任意改变纺纱成形，以满足新产品发展的需要。 3(3 在整经上的应用目前整经技术发展迅速，集机、电、液、气及计算机技术于一体，充分体现设备的高速化、整经质量的高质化、控制技术的自动化和生产品种的高适应化。 如国产的ASGA221型高速整经机适用于直接(分批)整经工艺，15kW 三相交流电机经变频器变频调速，确保线速度恒定。实行机电一体化，逻辑动作由PLC控制，并设有联锁保护装置。经轴直接计长，通过旋转编码器由PLC控制，经轴计长误差小于0(05。气液转换装置驱动钳式制动器，制动灵敏可靠。经轴、加压辊、测长辊均由电气保证其同步制动。筒子架前反弹式红外线自停装置，动作灵敏，并由指示灯显示断头位置。整机性能得到大大提高，实现等距离卷绕、自动条对准，精度高。触摸显示屏可全方位故障诊断显示。操作站内容丰富，操作简单，提高了设备使用效率。 3(4 在清梳联的应用清梳联单机和全流程采用的光电检测、压力传感、位移传感、信号转换、伺服系统控制、计算机处理、变频调速、自调匀整、计算机综合监控等技术提高了全流程运行的稳定性、可靠性，保证了全流程连续、同步、平稳运行，使输出棉条长片段、超长片段，甚至短片段的均匀度都能稳定在一定范围内，从而保证了成纱质量和稳定性。近年发展起来的异性纤维在线自动检测清除装置，采用彩色数码摄像技术，通过面扫描，修正照度差异，光谱分析能精确判定异纤大小及位置，并由高速气流将异性纤维排出。 3(5 在无梭织机上的应用随着喷气引纬系统电子化和计算机控制技术的不断提高，喷气织机已经可以用计算机自动设定、自我诊断、自我修正、监控引纬过程。因纬纱特性引起纬纱飞越梭口时间发生变化时，能自动调节空气喷射时间，校正纬纱飞越梭口的时问，并能自动调节喷嘴的喷射压力、校正纬纱飞行速度，还能优化喷气时间和压力，减少动力消耗。 织机引纬失误时，纬纱自动处理机构能自动清除废纱并重新开车。织机停机后重新开车时，能根据停机时间和上机张力使后梁后退或织轴倒转，保证织口位置不变，并自动调节送经量，防止开车横档。工艺参数自动设定系统只要输入织物组织和织机速度，便能自动完成复杂的引纬工艺参数条件和经纱张力设定。

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