【正文】 ????????? .22 致謝 ???????????????????????????????????? .23 參考文獻 ?? ???????????????????????????????? .24 4 第 1 章 機電一體化的慨要 基本概念 機電一體化最早（ 1971 年）起源于日本。以智能動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理、接口耦合、運動傳遞、物質運 動、能量變換機處理進行研究使得整個系統(tǒng)有機結合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質量高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術。從 汽車發(fā)動機系統(tǒng)看，安裝在汽車上的微型計算機可以通過各個傳感器檢測出曲軸位置、氣缸負壓、冷卻水溫度、發(fā)動機轉速、吸入空氣量、排氣中的氧濃度等參量，然后計算并發(fā)出最佳控制信號，控制執(zhí)行機構調整發(fā)動機燃油與空氣的混合比例、點火時間等，使發(fā)動機獲得最佳技術經(jīng)濟性能。 20 世紀 70~80 年代為第二階段，可 稱為蓬勃發(fā)展階段。 我國是從 20 世紀 80 年代初才開始在這方面研究和應用。 （ 2）提高精度。機電一體化產(chǎn)品采用計算機程序控制實現(xiàn)了自動化，且具有良好的人機界面，減少了操作按鈕及手柄，從而改善了設備的操作性能，減少了培訓操作人員的時間。 、機電一體化的核心技術 機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。 信息處理技術 機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備 (特別是微型計算機 )的普及應用緊密相連。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。 模塊化 由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。自 1986 年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針， 1988 年美國加州大學 Berkeley 分校研制出第一個微電機以來，國內外在 MEMS 工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，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、微彈簧以及微機器人等）。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生。 能實現(xiàn)多過程、多通道控制 ,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力 ,并 將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。 工業(yè)機器人 第 1代機器人亦稱示教再現(xiàn)機器人 ,它們只能根據(jù)示教進行重復運動 ,對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應性和靈活性 。它們各自獨立發(fā)展又彼此相互滲透。 11 智能控制系統(tǒng)的基本結構 智能控制系統(tǒng)的結構可以根據(jù)被控對象及環(huán)境復雜性和不確定性的程度、性能指標要求等劃分為具有不同的結構 , 本文主要介紹了基本結構形式如圖 1 所示。 國內外數(shù)控機床的發(fā)展狀況 在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中 , 各發(fā)達國家提出了新的模式 , 他們認為 : 數(shù)控技術是關鍵技術 , 它集執(zhí)行器 廣義對象 12 微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體。 數(shù)控機床的智能化 在數(shù)控機床中得到廣泛應用的數(shù)控技術 , 是一種采用計算機對機械加工過程中各種控制信息進行數(shù)字化運算、處理 , 并通過高性能的驅動單元對機械執(zhí)行構件進行自動化控制的高新技術。它是一種帶有指令存儲器、數(shù)字或模擬的輸入輸 出接口，以運算為主能完成邏輯順序、定時、計數(shù)和算術運算等功能，用以機器或生產(chǎn)過程自動控制和監(jiān)視的裝置。 PLC 具有定時控制功能，它可以提供若干個定時器，并設置了定時指令，調用修改靈活方便； ③ 計數(shù)控制。其缺點是動作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術的 PLC 的出現(xiàn)，使得繼電器控制邏輯更加遜色，比較如下： 1．控制邏輯繼電器控制采用硬接線邏輯，它利用繼電器接點的串連、并聯(lián)，利用延時繼電器的滯后動作組合成控制邏輯，連線復雜，體積大，功耗也大，當一個控制系統(tǒng)研制成功以后，要想再做修改就困難了。 3．限時控制繼電器控制邏輯利用時間繼電器的滯后動作進行限時控制，時間繼電器一般分為空氣阻尼式，電磁式等，還有半導體時間繼電器，用時間繼電器實現(xiàn)定時控制會出現(xiàn)定時的精度不夠，定時時間易受環(huán)境變化的影響和時間調整困難等問題。 5．邏輯電路的設計和完成使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，設計、施工、調試必須順序進行，周期長，而且修改困難。而 PLC 的輸入輸出接口已經(jīng)做好，輸人接口可以與無電壓開關直接連接，非常方便，輸出接口具有一定的驅動能力，如用繼電器輸出，輸出的觸點容量可達 220V、2A，能適應一般的控制要求，而且在輸入接口有光電耦合環(huán)節(jié)，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進人PLC。通過微電子技術、計算機技術等信息技術與機械裝置和動力設備有機結合，一方面極大的提高了機電產(chǎn)品性能和競爭性；另一方面又極大的提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和企業(yè)的競爭能力，促使機械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的技術革命，產(chǎn)生了機電一體化技術。 16 計算機技術對機電一體化發(fā)展的推動過程 縱觀機電一 體化技術的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，它是一個以機電整合為主，同時綜合整合其他各類學科技術的過程，尤其是以計算機技術為代表的信息技術極大的促進了機電一體化的發(fā)展。在這一時期，人們自覺地、主動地利用 3C 技術的巨大成果創(chuàng)造新的機電一體化產(chǎn)品。因而，機電一體化一詞由日本人創(chuàng)造也就不足為奇了。 早期的機電一體化是在機械電子基礎上整合進微電子技術， 1981 年日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所在《日本機械工業(yè)的存在條件機械工業(yè)和電子化》的報告書中所說的機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進了電子技術，它是將機械裝置與電子設備以及軟件等有機結合起來構成系統(tǒng)的總稱。 綜上所述，機電一體化是一門以機械、電子、計算機為主的多學科交叉、滲透的邊緣學科；其發(fā)展過程是整合的過程；整合作為發(fā)展的內在動力，是一個創(chuàng)造性的過程；正是由于它的創(chuàng)造性，將機、電、信息、控制等各種相關技術融會貫通，揚長避短，才實現(xiàn)了系統(tǒng)整體優(yōu)化的效果，產(chǎn)生了多姿多彩的機電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)，促使了該領域的不斷拓展。 (2)以機電為基礎從機電一體化的五個功能要素的物理載體，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，除計算機功能要素外，其他要素都是以機電為基礎的，這也符合機電一體化產(chǎn)生和發(fā)展的背景。信息處理環(huán)節(jié)可以通過硬件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)，一般主要通過軟件設計來實現(xiàn)。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。到 90 年代初集成電路保護的研制、生產(chǎn)、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。東南大學研制的微機主設備保護的硬件也經(jīng)過了多次改進和提高。現(xiàn)在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時機已經(jīng)成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。 我國用微電子技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的工作量大而廣，有難度我國用機電一體 化技術加速產(chǎn)品 21 更新?lián)Q代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。同時，可為傳統(tǒng)的機械工業(yè)注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動中解脫出來，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。因此，建議各主管部門責成有關單位在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出統(tǒng)管全局的 “ 機電一體化 ” 研究、開發(fā)、生產(chǎn)計劃和規(guī)劃，避免開發(fā)上重復，生產(chǎn)上撞車！ 強化行業(yè)管理，發(fā)揮 “ 協(xié)會 ” 作用 目前，我國 “ 機電一體化 ” 較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制， “ 政出多門 ” 是難哆的。第二個層次是 “ 提高 ” 工作，即在新產(chǎn)品設計之初，就把 “ 機械 ” 與 “ 電子 ”統(tǒng)一起來進行考慮，使 “ 機械 ” 與 “ 電子 ” 密不可分，深度結合，生產(chǎn)出來的新產(chǎn)品起碼正做到機電一體化。通過自己親身實踐，探索，學到了許多有用的知識，改正了自己的缺點，從而更加完善了自己。這樣就使我們許多地方都受到制約，不能得到更多的利益。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。 6劉杰 . 趙春雨 宋偉剛 張鐳編著．機電一體化技術基礎與產(chǎn)品設計．北京：冶金工業(yè)出版社， 2021 7姜培剛 . 蓋玉先主編．機電一體化系統(tǒng)設計 機械工業(yè)出版社 8楊自厚 . 人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用 [Ｊ ]．冶金自動化， 1994（ 5） 9唐懷斌 . 工業(yè)控制的進展與趨 勢 [Ｊ ]．自動化與儀器儀表， 1996（ 4） 10王俊普 . 智能控制 [M]． 合肥：中國科學技術大學出版社， 1996 11殷際英 . 光機電一體化實用技術 [Ｍ ]．北京：化學工業(yè)出版社， 2021 12芮延年 . 機電一體化系統(tǒng)設計 [Ｍ ]． 北京：機械工業(yè)出版社， 2021． 13楊自厚 . 人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用 [Ｊ ]．冶金自動化， 1994（ 5） 14唐立新 . 鋼鐵工業(yè) CIMS特點和體系結構的研究 [Ｊ ]．冶金自動化， 1996（ 4） 15唐懷斌 . 工業(yè)控制的進展與趨勢 [Ｊ ]．自動化與儀器儀表， 1996（ 4） 16王俊普 . 智能控制 [M]． 合肥：中國科學技術大學出版社， 1996 17林行辛 . 鋼鐵工業(yè)自動化的進展與展望 [Ｊ ]．河北冶金， 1998（ 1） 。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。才能夠更好的理解知識。 在這大學的生活中，我看到了許多自身的缺點，許多不足。要注意抓兩個層次上的工作。各自都有一套自己的發(fā)展策略。機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據(jù)市場需要和用戶反映時產(chǎn)品結構和生產(chǎn)過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚須進行具體深入的研究。在計算機保護發(fā)展初期，曾設想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。華中理工大學研制的微機保護也是從 8 位 CPU，發(fā)展到以工控機核心部分為基礎的 32 位微機保護。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991 年通過鑒定。 在此期間，從 70 年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。 建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約 10 年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。即把非電量轉換為電的參量變化，通過電界面的典型整合技術有機電整合、光電整合、硬件整合等。 從功能結構的角度可以對整合作以下意義的理解： 1)任何整合后的機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)都可以分解為功能要素之間的合理組合 ； 2)被整合的功能要求都可以分解為具體功能要素的組合，從而實現(xiàn)有目的的整合。 再如，我們經(jīng)常提及的智能結構是指該結構具有檢測、通信、動作等功能。 計算機與機電一體化技術整合的表現(xiàn) 縱觀機電一體化的發(fā)展過程可以發(fā)現(xiàn)，它是同時綜合整合其他各類學科技術的過程。經(jīng)過短短幾年的努力，出現(xiàn)了日本經(jīng)濟奇跡。 20 世紀 70 年代到 80 年代為第二階段。實際上，機電一體化技術己經(jīng)不僅僅局限于機械與電子技術的有機結合，而是融合檢測傳感技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服驅動技術、精密機械技術、計算機技術和系統(tǒng)總體技術等多種技術于一體的交叉學科與綜合技術。 第 5 章 計算機以及機電一體化技術的整合 20 世紀 6o 年代，以微電子技術為主導，自動化技術、信息技術、生物技術、新材料技術、新能源技術、激光與紅外技術等高新技術逐步形成，引發(fā)了第四次技術革命。由 CPU、 ROM、RAM 固件和 I／ 0 接口等構成，但它提供給使用者的卻是電氣控制技術人員所熟悉的梯形圖語言，使用的術語仍然是繼電器這一技術術語，大部分指令與繼電器接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等相對應，這就使得那些熟悉機電控制的工程技術人員一目了然，對于使用者來說，不必去關心微電腦的一些深層次技術問題，而只要用較短的時間去熟悉 PLC 的指令系統(tǒng)及操作方法即可。而 PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路完成，體積小，功耗小，壽命長，可靠性高。而且使用的繼電器越多，