【正文】 進(jìn)經(jīng)濟(jì)騰飛。第三篇：關(guān)于機(jī)電一體化關(guān)于機(jī)電一體化【摘要】討論了機(jī)電一體化技術(shù)對于改變整個機(jī)械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在以后工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。光機(jī)電一體化技術(shù)是由光學(xué)，光電子學(xué)，電子信息和機(jī)械制造及其他相關(guān)技術(shù)交叉與融合構(gòu)成的綜合性高新技術(shù)是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。編輯本段光機(jī)電一體化技術(shù)光機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。一是機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。4．微型化?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計算機(jī)為中心的計算機(jī)集成家電系統(tǒng)(puter integrated appliance system，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。3．網(wǎng)絡(luò)化。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。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、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。2．模塊化。誠然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。未來機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向有：1．智能化。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。[1] 編輯本段發(fā)展方向，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。機(jī)電一體專業(yè)就業(yè)方向從事機(jī)電一體化液體灌裝生產(chǎn)線及商品包裝自動化機(jī)械運(yùn)行、維護(hù)、管理、飲料、食品及商品包裝生產(chǎn)企業(yè)從事現(xiàn)代化自動機(jī)與生產(chǎn)線的維護(hù)和管理工作,也可在相關(guān)的自動機(jī)與生產(chǎn)線的生產(chǎn)廠家或設(shè)計部門、機(jī)電一體化專業(yè)(計算機(jī)輔助設(shè)計與制造方向)從事機(jī)電產(chǎn)品的計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)與計算機(jī)輔助制造(CAM),、機(jī)械加工、塑料、五金、電子產(chǎn)品、計算機(jī)生產(chǎn)等企業(yè)從事數(shù)控機(jī)床的加工工藝設(shè)計編程,數(shù)控機(jī)床的調(diào)試、維護(hù)及加工操作,從事生產(chǎn)和技術(shù)管理工作,、機(jī)電一體化專業(yè)(模具CAD/CAM方向)、機(jī)械、五金、塑料、家電等生產(chǎn)企業(yè)從事模具計算機(jī)輔助設(shè)計與制造等方面的技術(shù)工作,也可在企事業(yè)單位從事與本專業(yè)有關(guān)的經(jīng)營、機(jī)電一體化專業(yè)(機(jī)電CAD技術(shù)方向)在機(jī)電一體化產(chǎn)品、設(shè)備的設(shè)計、制造、維修、管理、技術(shù)改造與服務(wù)過程中專門從事用電腦繪圖設(shè)計、制造與裝備行業(yè)、模具制造業(yè),輕工、家用電器、電子制造業(yè)從事設(shè)計、制造、技術(shù)改造、產(chǎn)品營銷、有關(guān)研究報告顯示機(jī)電一體化“一詞最早是日本提出的,在上世紀(jì)80年代初,”機(jī)械電子工程“專業(yè)。4．能在機(jī)電設(shè)備制造企業(yè)、從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)、企業(yè)與車間生產(chǎn)技術(shù)管理等工作，以及機(jī)電一體化設(shè)備的安裝、調(diào)試、維修、銷售及管理；普通機(jī)床的數(shù)控化改裝等。2．具有機(jī)械加工設(shè)備的初步操作技能和數(shù)控加工、數(shù)控編程的能力。PC組態(tài)軟件：wincc(西門子)、組態(tài)王、昆侖組態(tài)等。實訓(xùn)課程電工技術(shù)基礎(chǔ)實訓(xùn)、金工實習(xí)、電子技術(shù)基礎(chǔ)實訓(xùn)、單片機(jī)原理與應(yīng)用實訓(xùn)、液壓傳動實訓(xùn)、電力拖動控制線路實訓(xùn)、PLC編程實訓(xùn)、數(shù)控機(jī)床維修實訓(xùn)、畢業(yè)實訓(xùn)、職業(yè)生涯規(guī)劃、大學(xué)生涯規(guī)劃、職業(yè)環(huán)境認(rèn)知、成功素養(yǎng)拓展、工作能力提升、激情自主創(chuàng)業(yè)、求職過程勝出、初涉職場轉(zhuǎn)型等。工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機(jī)產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運(yùn)行。9．程序出格自恢復(fù)電路為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復(fù)正常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運(yùn)行。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號進(jìn)行設(shè)置或調(diào)試。8．液晶顯示單元 為了實現(xiàn)人機(jī)對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。文中選用時鐘電路DS128機(jī)電一體化87。6)、通訊接口為了實現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內(nèi)部有兩個完全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－232標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的RS－232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用繞線電位器、差動變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。4．位置檢測電路 位置檢測電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準(zhǔn)確的機(jī)電一體化位置信號。經(jīng)計算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。3．智能逆變模塊IPM 為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機(jī)電源采用智能功率模塊IPM。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進(jìn)行整個系統(tǒng)的檢測、保護(hù)、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。編輯本段選型與設(shè)計控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計：1．單片機(jī)選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機(jī)單片機(jī)，它主要通過并行8255口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開機(jī)電一體化啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號；處理IPM發(fā)出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號；2．三相PWM波發(fā)生器 PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。三、自動化技術(shù)：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)實預(yù)期的目標(biāo)、功能。對于智能化程度高機(jī)電一體化 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。能量轉(zhuǎn)換：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。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。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、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)動組成要素）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。測試傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)電一體化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。機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）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。這些數(shù)據(jù)結(jié)果，為模型基礎(chǔ)性分析提供服務(wù)，同時為進(jìn)一步研發(fā)提供知識基礎(chǔ)。原型階段成功的測試之后，就會建立一個原型。要進(jìn)行硬件在回路測試，相關(guān)裝置的物理特性需要詳細(xì)確認(rèn)，這些裝置必須是建立在測試平臺的基礎(chǔ)之上。這機(jī)電一體化樣就可以測試和檢驗該系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)波動的魯棒性，功率儲備及連續(xù)運(yùn)行的特征。有必要有一個模型工具，這個工具支持機(jī)電一體化系統(tǒng)的物理模型，即當(dāng)有實物和節(jié)點時，這些模型能夠以1：1來測試，并且原型設(shè)計研究階段可以在嚴(yán)酷的實時條件下進(jìn)行。編輯本段階段 模型階段模型階段，所有的系統(tǒng)組件都能夠被最優(yōu)化；在仿真計算的幫助下，可以測試和分析這些組件的適用性；監(jiān)測響應(yīng)頻率；對模型進(jìn)行分析?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。機(jī)電一體化（5）傳感檢測技術(shù)傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（3）系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝