淺談機電一體化技（jì）術分析

摘 要（yào）：機電一體化技術（shù）是（shì）麵（miàn）向（xiàng）應用的跨學科技術,是機械、微電子、信息和控（kòng）製技術等有機融合、相互滲透的結果。機電一（yī）體化（huà）技術的飛（fēi）速發（fā）展,以及機電一體化產品更日（rì）新月（yuè）異,是（shì）現代科學技術發展的必然結果。在這裏淺談機（jī）電一體化的核心技術（shù）,分析機電一體化發展過程,提出機電（diàn）一體化的發展趨勢。以期達到初步了解、認識機電一體化技術的發展（zhǎn）及趨勢的（de）目的。

一、機電一體化的基本概念：
機電一體化是在以機械（xiè）、電子技術和計算機科學為主的多門學（xué）科相（xiàng）互滲透、相互結合過程中逐漸（jiàn）形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科,而機電一體化產品是在機械產（chǎn）品的基礎上,采用微電子技術和計算機技術生產出來的（de）新（xīn）一代（dài）產品。機電一體化技術（shù）同時也是工程領域不同種（zhǒng）類（lèi）技術的綜合及集合,它（tā）是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息（xī）處理技術、自動控製技（jì）術、電力電子技術、伺服（fú）驅動技術以及係（xì）統總體技術基礎之上的一種（zhǒng）高新技（jì）術。與傳統的機電產品（pǐn）相（xiàng）比,機電一（yī）體化（huà）產品具有下述優越性。
(一)使用安全性和可靠性提高：
機電一體化設備一般都具有自（zì）動監視、報警、自動診斷、自動（dòng）保護等功能。在工作過程中,遇到過載（zǎi）、過壓、過流、短（duǎn）路等電力故（gù）障時,能自動采取保護措施（shī）,避免和減少人身和設備事故,顯著提高設備的使用安全（quán）性。
(二)對生（shēng）產能力和工作質（zhì）量（liàng）提高：
機電一體化（huà）設備大都具（jù）有信（xìn）息自動處理和自動控製功能（néng）,其（qí）控製和檢測的靈敏度、精度以及範圍都（dōu）有很大程度的提高,通過自動控製係統可（kě）精確地保證機械的執行機構按照設（shè）計（jì）的要求完（wán）成預定的動作,使之不受機械操作者（zhě）主觀因素（sù）的影響,從而實現最佳操作,保證最佳的工作質（zhì）量和產品的（de）合（hé）格率。同時,由於機電一體化產品實現了工作的（de）自動（dòng）化,使得生產能力大大提高。例如,數控機床對工（gōng）件的加工穩定性大大提高,生產效率比普通機床提高5 ～6 倍。
(三)使用性（xìng）能（néng）改善：
機（jī）電一體化設備普遍采用程序控製和數字顯示,操作按鈕和手柄數量顯著減少,使得操作大大簡化並且方（fāng）便、簡單。機電一體（tǐ）化產（chǎn）品的工作過程根據預設的程（chéng）序逐步由電子控製係統指揮實現,係統可重複實現全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化（huà）隨機自尋最佳工作程序,實現（xiàn）自動最優化操作。
(四（sì）) 具有複合功能並且適用麵廣：
機電一體化設備跳出了（le）機電產品的單技術和單功能限製,具（jù）有複合技術和複合功能,使產品的功能水平和自（zì）動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動（dòng）化控製、自動補償、自動校驗、自動調（diào）節、自動保護和智（zhì）能化等多種功能,能應用於（yú）不同的場合和不同領域,滿足用戶需求的（de）應變能力較強。例如,電（diàn）子式空氣斷路（lù）器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣（kòu）時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能,使其應用範圍大為擴大。
(五)調整和維護方便：
機電一體化產品在安裝調（diào）試時,可通過改變控（kòng）製程序來（lái）實現工作方式的改變（biàn）,以適應（yīng）不同用戶對象（xiàng）的需要以及現場參（cān）數變化（huà）的需要。這些控製程序可通過多種手段輸入到機電一（yī）體化（huà）產品的控製（zhì）係統中,而不需要改變產品（pǐn）中的任何部件或零件。對於（yú）具有存儲功能的機電一體化產品, 可以事先存入若幹套不同的執行程序,然後根據（jù）不（bú）同的工作（zuò）對象,隻需給定一個代碼信號（hào）輸入（rù）,即可按指定的預定程序進行自動（dòng）工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能（néng）可對工作過程中出現的故障自動（dòng）采取措施,使工作恢複正常。
機（jī）電一體化技術（shù）和產品的應用範圍非常廣泛,涉（shè）及到工（gōng）業生產過程的所有領域,因此,機電一體化產品的種類很多,而且還在不斷地增加。按照機電一（yī）體（tǐ）化產品的功能,可以將其分成下（xià）述幾類。
1、數控機械類（lèi）：主要產品包括數控機床、機器人（rén）、發動機控製係統以及全自動洗衣機等（děng）。這類產（chǎn）品的特點是執行機構為（wéi）機械裝置。
2、電子設（shè）備（bèi）類：主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波（bō）加工機以及激光（guāng）測量儀等。這類產（chǎn）品的（de）特點是執行機構為（wéi）電子裝（zhuāng）置（zhì）。
3、機電結合類：主要產品包括自（zì）動探傷機、形狀自動（dòng）識別裝置、CT 掃描（miáo）診（zhěn）斷機以及自動售貨機等。這類產品（pǐn）的特點是執行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。
4、電液伺服類：主要產品為機電液一（yī）體（tǐ）化的伺服裝置, 如電子伺服萬能材（cái）料試驗機。這類產品（pǐn）的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置,控製機構（gòu）是接受電信號的液壓伺服（fú）閥。
5、信息控製類：主要產品（pǐn）包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像（xiàng）機、錄音機、複印（yìn）機等（děng）。這類產品（pǐn）的主要（yào）特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來（lái）控製。除此之外（wài）,機電一體化產（chǎn）品還可根據機電技術（shù）的結合程度分為功能附加（jiā）型、功能替代型和（hé）機電融合型三類。
二、機電一（yī）體化產品的構成及特點：
機（jī）電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜（zōng）合來共同實現的。從其結構來看,機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性,而實（shí）現這種多功能一般需要機電一體（tǐ）化產品（pǐn）具備五種內部功能,即主功能、動力功能（néng）、檢測功能、控製功能和執行功能,而實現（xiàn）這些功能的各個組（zǔ）成部分及其技術（shù）就構成（chéng）了機電一體化產品的總體或係（xì）統。
(一)機械係統：
機電一體化產品的（de）機械（xiè）係統包（bāo）括機身、框架、機械傳（chuán）動和聯接等機械部分（fèn）。這部分是實現產品功能的基礎, 因此（cǐ）對機械結構提出了更高的要求, 需在結構、材料（liào）、工藝加工及幾何（hé）尺寸等方麵滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節能和小型輕量等要求。
(二)動力係統：
動力係統為機（jī）電一體化產（chǎn）品提供能（néng）量和（hé）動力功能,去驅動執（zhí）行機構工作以完成預定的主功（gōng）能（néng）。動（dòng）力係統包括電、液、氣等動力源。機電一體化（huà）產品以電能利用為主,包括電源、電動機及驅動電路等。
(三)傳感與檢測係統：
傳感器的作用是將機電一體化（huà）產品（pǐn）在運行過程中（zhōng）所需要的自身和外界環（huán）境的各種參數（shù）轉換成（chéng）可以測定的物理量,同時利用（yòng）檢測係統的（de）功能對這些物理量進行測定,為機電一體化產品提供運行控製所（suǒ）需（xū）的各種信（xìn）息。傳感與檢測係統的（de）功（gōng）能一（yī）般由測量儀器或儀表來實（shí）現,對其要求是體積小、便於安裝與聯接、檢測精度高、抗幹擾等。
(四)信息處理及控製係統：
根據機電一體化產品的功能和性能要求,信息（xī）處理及控製係統接收傳感與檢測係統反饋的信（xìn）息,並對（duì）其進行相應的處理、運算和決策,以對產品的運行施以按照要求的控製,實現控製功能。機電一體化產品中,信息處理及控製係統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接（jiē）口所組成。
三、技（jì）術參數：
1. 交流電源：三相五線 AC 380V±10%  50 Hz；
2. 溫度：-10～40 ℃；環境濕度：≤90%（25℃）；
3. 外形尺寸：長（zhǎng）×寬×高=1200×800×1500 mm；
4. 整機功耗：≤1.5 kW；
5. 安全保（bǎo）護措施：具有（yǒu）接地（dì）保護、漏電（diàn）保（bǎo）護功能，安全性符合相關的（de）國（guó）家（jiā）標準。采用高（gāo）絕緣的安全型插（chā）座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導（dǎo）線。
四（sì）、機（jī）電一體化設備結構：
實訓（xùn）裝（zhuāng）置（zhì）台架為鋁合金導軌式，實訓考核裝置PLC模塊的I/O 端子、變頻（pín）器的接線端子、各常用模（mó）塊與PLC的連接端子，均與安全插座連接，使用帶安全插頭的導線進行電路連接；各指令開（kāi）關、光電開（kāi）關、傳感器和指示元件的（de）電路，則通過（guò）端子排進行連（lián）接。插拔線連（lián）接電路與端子牌連接電路相結合，既保證學生基本技能的訓（xùn）練（liàn）、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠（kào）。
1、鋁合金導軌式實訓台：可以安裝送料機構、機械手、傳輸（shū）分揀機構。實訓模塊及（jí）PLC主機等可（kě）以放（fàng）置在拉出式的支架上。
2、觸摸屏模塊：模塊（kuài）材料要求：高強度塑料外殼（ké）、重量輕，麵板是鋁塑板，圖案、文字（zì）符號采用進口油墨絲印（yìn）。
3、PLC模塊及（jí）變頻器模塊：PLC 40點以上IO三菱；變頻器：三菱；模塊材料要求：高強度塑料外殼、重量輕，麵板（bǎn）是鋁塑（sù）板，圖案、文字符號采用進口油墨絲印。
4、電源模塊（kuài）：三相電源總開關（guān）（帶漏（lòu）電和短路保護）1個，熔斷器3隻，單相電源插座2個，安全插座5個；
按鈕（niǔ）模（mó）塊（kuài）：24 V/6 A、12 V/2 A各一（yī）組；急停按鈕1隻，轉換開關2隻，蜂鳴器1隻，複位按鈕黃、綠、紅各1隻，自鎖按鈕黃、綠、紅（hóng）各1隻，24V指示燈黃、綠、紅各2隻；
5、一體化接（jiē）線排：接線排殼體上兩側相對設（shè）置有一初級接線區（接線端子）和一次級接線區（qū）（安全插座（zuò））；接線（xiàn）端子與對應的安全插座通過導電彈性件連接；接線排殼體邊緣卷折，設有固定用的螺孔，可以固定在實訓桌上。
6、井式上料機（jī）構：井（jǐng）式工件庫1件，物料推出機構1件，光電傳感器2隻，磁性開關2隻，單缸氣缸（gāng）1隻（zhī），單控（kòng）電磁閥1隻，警示燈1隻，主要完成將（jiāng）工件庫中的（de）工件依次推出。氣缸及附屬傳感器選用SMC。
7、氣動機械手裝置（zhì）：四自由度氣動機械手，氣缸及附屬傳（chuán）感器選用SMC；整個搬運機構能完成四個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉、手（shǒu）爪上下、手爪（zhǎo）鬆緊。氣缸及附屬（shǔ）傳感器選用SMC。
8、加工機構：主要由物料台、物料夾緊裝置、龍（lóng）門式二維運動裝置、主軸電機、刀（dāo）具以及相應的傳（chuán）感器、磁性開關、電磁閥、步進電機及驅動器、主軸電機、滾珠絲杆副、支（zhī）架、機械零（líng）部件（jiàn）構成。
9、物件包裝機構：主（zhǔ）要由井式供料單元、三工位旋轉工作台、平麵軸承、衝壓裝配單元、光電傳感器磁性開（kāi）關、電磁閥（日本（běn）SMC）、直流減速電機（jī）、支架、機械零部（bù）件構成。
10、物料分揀裝置：傳（chuán）送帶通過三相異步電動機驅動，在傳送帶端點處設計有落料口，通過光電傳感器檢測物料；傳送帶上裝有三（sān）個出料槽，對應位置有電感傳感器、光纖傳感器等，同（tóng）時（shí）正對料槽位置裝有推料氣缸，共計三個氣（qì）缸。傳（chuán）送帶（dài）采用可拆卸的鋁合金支架。氣缸及附（fù）屬傳感（gǎn）器選用SMC。
五、實訓內（nèi）容：
1、氣動係統的安裝與調試（shì）項目：
選用該裝置（zhì）配置的單出杆氣缸、單出（chū）雙杆氣缸、旋轉（zhuǎn）氣缸（gāng）等氣動（dòng）執行元件和單控電磁（cí）換向閥、雙控電磁換向（xiàng）閥和磁性開關等氣動控製元件，可完成下列氣動技術的工（gōng）作任務：
項目一 氣動方向控（kòng）製回路的安裝；
項目二 氣動（dòng）速度控製回路的安裝；
項目三 擺動控製回路的安裝；
項目四 氣動順序（xù）控製回路的（de）安裝；
項目（mù）五 氣動機械手裝置的（de）安裝（zhuāng）；
項目六 氣（qì）動係統安裝與調試；
2、電氣控製（zhì）電路的安裝和PLC程序編寫項（xiàng）目：
選用該裝置配置的PLC模塊、變頻器模塊和指令開關、傳感器等，可完成下列PLC應用技術工作（zuò）任務：
項目（mù）七（qī） 電動機正反轉控製電路的連接與控製程序編（biān）寫；
項（xiàng）目八 電動機調速控製電路的連接與控製程序編寫；
項目九 氣動方（fāng）向控製程序編寫；    
項目十 氣動順序動作控製程序編寫；
項目十一 氣動（dòng）機械手控製程序編（biān）寫（xiě）；    
項目十二 皮帶輸送機控製程序編寫；
項目十（shí）三 機電一體化設備控製程序編寫；
項目十四 自動生產（chǎn）線控製程序編寫。
3、機（jī）電設備安裝與調試項目
選用該（gāi）裝置配置的機電一體化設備部件、PLC模塊、變頻器模（mó）塊和指令開關、傳（chuán）感器等，可完成下列機（jī）電設備安（ān）裝和機電一（yī）體化技術的工作任務：
項目十五（wǔ） 傳動裝置同（tóng）軸度的調整；   
項目十六（liù） 皮帶輸送機的安裝與調整；
項目十七 搬運機械手設備安裝與調試；
項目十八 物件分揀設備的安裝與調試；
項（xiàng）目十九 送料設備的（de）安裝（zhuāng）與調試；    
項目二十 自動生產線設備安裝與調試。
4、自動控製係（xì）統安裝與調試項目
選用該裝置配置的機電一體化設備部件、PLC模塊、變頻器模塊和指（zhǐ）令開（kāi）關、傳感器等，可完成下列機電（diàn）設備安裝和機電一體化（huà）技（jì）術的工作任務：
項目二十一 多種傳感器的安（ān）裝與調試；   
項目二十二（èr） 機（jī）械手的自動控製；
項目二十三 皮帶輸送機的自動控製；
項目二十四 機電一體化設備的自動控（kòng）製；
項目二十五 PLC控（kòng）製係統的安裝與調試；  
項目二（èr）十六 自動生產線的安裝（zhuāng）與調試。
5. PLC工業通訊網絡的安裝及調試
係統選用三菱PLC主控製器，配合（hé）FX1N-485BD網絡模塊，基於本網絡通信功能（néng），可完成下（xià）列工業現場總線通信技術訓練任（rèn）務：
項目二十七N:N網絡的（de）硬件連接、調試
項（xiàng）目二十八N:N網絡參數設置、調試
項目二十九基於多台PLC的複雜（zá）網絡數據讀寫程序編寫與調試

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