淺談機電一體化技術的應用

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摘要:隨著科學技術日益走向整體化、交叉化和數字化以及微電子技術資訊科技的迅速發展,機電一體化技術的應用也越來越廣泛。本文對機電一體化技術的應用進行闡述,並對其發展進行探究。隨著科技的發展和市場需求的多樣化,國內外工程機械廠家日益關注產品的多功能開發。機械製造業在經歷了內燃機的動力革命和液壓、氣壓傳動的傳動革命之後,現正致力於應用電控技術來完成產品的操縱和控制革命,以滿足使用者對產品環保、節能、操作舒適性及智慧化監控維護的要求。

淺談機電一體化技術的應用

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著相關技術的不斷髮展,其內容將不斷更新。但其基本特徵可概括為:機電一體化是從系統的觀點出發,綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、光學技術、電力電子技術、介面技術等群體技術,合理配置各功能單元,在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值,並使整個系統最優化的系統工程技術,它使工業生產由機械電氣化邁入了機電一體化為特徵的發展階段。

一個機電一體化系統中一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結合而成。機械本體(結構組成要素)是系統的所有功能要素的機械支援結構,一般包括有機身、框架、支撐、聯接等。動力驅動部分(動力組成要素)依據系統控制要求,為系統提供能量和動力以使系統正常執行。測試感測部分(感知組成要素)對系統的執行所需要的本身和外部環境的各種引數和狀態進行檢測,並變成可識別的訊號,傳輸給資訊處理單元,經過分析、處理後產生相應的控制資訊。控制及資訊處理部分(職能組成要素)將來之測試感測部分的資訊及外部直接輸入的指令進行集中、儲存、分析、加工處理後,按照資訊處理結果和規定的程式與節奏發出相應的指令,控制整個系統有目的的執行。執行機構(運動組成要素)

根據控制及資訊處理部分發出的指令,完成規定的動作和功能。

機電一體化技術的應用在現代機械製造業中的應用。傳統機械製造業是建立在規模經濟的基礎上,靠企業規模、生產批量、產品結構和重複性來獲得競爭優勢的,它強調資源的有效利用,以低成本獲得高質量和高效率,其生產盈利是靠機器取代人力,靠複雜的專業加工取代人的技能來獲取的。先進的機械製造業是以資訊為主導,採用先進生產模式、先進製造系統、先進製造技術和先進組織管理形式的全新的機械製造業,其特徵是全球化、網路化、虛擬化、智慧化以及環保協調的綠色製造。現代製造業集成了現代科學技術的發展,充分利用電子計算機技術,使製造技術提高到新的高度。近年來,製造工程領域的新技術相繼誕生,如計算機數字控制、現代整合製造系統、柔性製造技術、敏捷製造、虛擬製造、並行工程等。

在飲料行業中的應用。機電一體化技術是當今發展最快、應用前景最為廣泛的技術之一。機電一體化技術在食品、飲料包裝機械的開發、設計和製造過程中的'應用。

不僅使單機的自動化程度大大提高,而且使整條包裝生產線的自動化控制水平、生產能力得到很大提高,使其競爭能力遠遠超過傳統的機械控制的同類裝置。可以大大改善食品飲料包裝生產裝置產品的質量,提高其國內、國際競爭能力。

在鋼鐵企業中的應用。①計算機整合製造系統(CIMS)。鋼鐵企業的CIMS 是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體,用以實現從原料進廠,生產加工到產品發貨的整個生產過程全域性和過程一體化控制。

②現場匯流排技術(FBT)。現場匯流排技術是連線設定在現場的儀表與設定在控制室內的控制裝置之間的數字式、雙向、多站通訊鏈路。採用現場匯流排技術取代現行的訊號傳輸技術就能使更多的資訊在智慧化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通訊媒體上進行雙向傳送。

③交流傳動技術。隨著電力電子技術和微電子技術的發展,交流調速技術的發展非常迅速。由於交流傳動的優越性,電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動,數字技術的發展,使複雜的向量控制技術實用化得以實現,交流調速系統的調速效能已達到和超過直流調速水平。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到使用者的歡迎,應用不斷擴大。

④開放式控制系統。開放意味著對一種標準的資訊交換規程的共識和支援,按此標準設計的系統,可以實現不同廠家產品的相容和互換,且資源共享。開放控制系統通過工業通訊網路使各種控制裝置、管理計算機互聯,實現控制與經營、管理、決策的整合,通過現場匯流排使現場儀表與控制室的控制裝置互聯,實現測量與控制一體化。

⑤分散式控制系統(DCS)。分散式控制系統採用一臺中央計算機指揮若干檯面向控制的現場測控計算機和智慧控制單元。

利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。分散式控制系統與集中型控制系統相比,其功能更強,具有更高的安全性,是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

機電一體化技術的發展趨勢智慧化。智慧化即要求機電產品有一定的智慧,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 數控機床上增加人機對話功能,設定智慧I/O 介面和智慧工藝資料庫,會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數學、神經網路、灰色理論、心理學、生理學和混沌動力學等人工智慧技術的進步與發展,為機電一體化技術發展開闢了廣闊天地。

數字化。微控制器和介面技術的發展奠定了機電產品數字化的基礎,如不斷髮展的數控機床和機器人;而計算機網路的迅速崛起,為數字化設計與製造鋪平了道路,如虛擬設計、計算機整合製造等。數字化要求機電一體化產品的軟體具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機介面。數字化的實現將便於遠端控制操作、診斷和修復。

模組化。是一項重要而艱鉅的工程。由於機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研製和開發具有標準機械介面、動力介面、環境介面的機電一體化產品單元模組是一項複雜而有前途的工作。如研製具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元;具有視覺、影象處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣,在產品開發設計時,可以利用這些標準模組化單元迅速開發出新的產品。從而避免利益的衝突,並能使之標準化、系列化。