HEN system office room【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】机电一体化技术应用及其研究摘要讨论了机电一体化技术在数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型 化、集成化、带源化、绿色化这些方面的研究和发展对于改变整个机械制造业面貌 所起的重要作用，并说明机电一体化技术的智能化技术，分布式控制系统、开放式 控制系统、现场总线技术、交流传动技术在钢铁中的应用以及趋势。第 1 章 绪 论概述进入 80 年代 以来 ，关 于 机电 一体 化技 术的 研 究和应 用已 成为 全 球性 的 课题 ，可 以 说，从军事到经济、从生产到生活、从简单的日用消费品生产到复杂的社会生产和管 理系统.机电一体化技术几乎达到无所不在、无孔不入的地步。然而，“什么是机电 一体化?”，呼机电一体化技术都包括那些特征?”，“机电一体化技术在各应用领 域中的发展状况如何?”等问题却很难令人回答，这一方面是因为机电一体化技术的 研究不断向深度持续发展，所采用的技术手段越来越先进，无法通过定义来界定其发 展潜力;另一方面是因为机电一体化技术的应用领域不断向户度持续发展，也无法通 过定义来界定其应用范围。第 二 章 机 电 一 体 化 技术 发 展机电一体化是机械、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步 有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人 性化、微型化、集成化、带源化和绿色化数字化微控制器及其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、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操作、诊断和修复。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 C N C 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。随着模糊控制、神经网络、灰色 理论、小波理论、混沌与分岔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。模块化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。网络化由于网络的普及，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。人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情 感和人性显得愈来愈重要，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，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高 境界就是人机一体化。微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(MicroElectronicMechanicalSystems,简称 MEMS)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 于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来， 国内外在 MEMS 工 艺、 材 料 以 及微 观机 理 研究方 面取 得了 很大 进 展，开 发 出各 种 M EM S 器件和 系统 ，如 各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、 微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复 合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多 品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分 解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、 硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。带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。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。绿色化技术的发展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，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，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。第三章 机电一体化技术在钢铁中应用在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通 讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统 的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在 钢铁企业中主要应用于以下几个方面：智能化控制技术（IC）由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以 克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、 模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控 制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系 统、炼钢连铸轧钢综合调度系统、冷连轧等。分布式控制系统（DCS）分布式控制系统采用一台中央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。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。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。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越 来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调 度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。D CS 是监视集中控制分散， 故障影响面小， 而且系统具有连锁保护功能， 采用了系统故障 人工手动控制操作措施， 使系统可靠性高。 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。开放式控制系统（OCS）开放控制系统（OpenCon trolSys tem）是目前计算机技术发展所引出的新的结构 体系概念。 “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。 开放控制系统通过通信 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。计算机集成制造系统（CIMS）钢 铁的 C IM S 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。目前钢铁企 业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的 共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是 多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员 及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理， 获取 必 须 的 效益 ，提 高 了企业 的竞 争力 。美 国 、日本 等 一些 大 型钢 铁 企业在 2 0 世 纪 80 年代 已广 泛 实现 C I MS 化。现场总线技术（FBT）现场总线技术（FiedBusTechnology）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（如420mA, DC直流传输）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。通过现场总线连接可省 去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕 开放自动化系统的现场总线化仪表, 如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪 表、现场总线化PLC （ProgrammableLogicControl ler）和现场就地控制站等的发 展。交流传动技术传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用。 随着电力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。现在无论大容量电机或 中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧 钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大总结综 上所 述 , 经过 2 0 多 年的 发 展， 机电 一体 化 技术已 经成 为当 今世 界 最热 门、 最 重要 的 技 术 发展 方向 之 一，并 影响 到几 乎全 部 的工业 行 业。 我 国从 8 0 年 代初 对机 电 一体化技术和产品开始予以重视，先后在国家科技攻关计划、 863 高科技计划和国家 自然科学基金中列专项对机电一体技术加以研究，并取得了一系列重大科技成果。 199。年，国家将用电子技术改造传统产业列为“八五”及本世纪后十年发展全民经 济的重要战略技术措施，机电一体化技术的推广应用已取得相当进展。致谢大学时光，匆匆，太匆匆。一切恍如昨日历历在目，转眼间，灰飞烟灭，各走天 涯。回首这三年，感慨万分，万千思绪在心头。说不出，道不尽，心中多少欢乐与忧 愁。谢谢学校三年来给予我的教导和莫大的帮助，无论是在学习上、还是在工作的过 程中都教会了我许多许多。在学校和老师的悉心指导下，我也慢慢地学到了很多知识 不管是专业知识还是其它方面的知识。在我论文的整个写作过程中，从论文的选题、 提纲的撰写、格式的要求、内容的修改甚至标点符号各个方面都给了详细的意见和修 改，使我能够按时按照学院要求顺利地完成整篇论文。我很庆幸能够在这样学校学 校，感谢学校感谢老师！参考文献1 李建勇机电一体化技术M.北京：科学出版社，2004.2 李运华机电控制M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.3 洪钟洲. 数控系统的发展现状和趁势. 机电一体化. 19964 项占琴. 微电子机械的发展现状及前景. 机电工程. 1997，5 张建民机电一体化系统设计M.北京：北京理工大学出版社，19966 陈瑜国外机电一体化技术发展趋势J.国外机电一体化技术.2000, 57 谢存禧