淺談機電一體化技術分析

摘 要：機電一體化技術是面向應用的跨學科技術,是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。機電一體化技術的飛速發展,以及機電一體化產品更日新月異,是現代科學技術發展的必然結果。在這里淺談機電一體化的核心技術,分析機電一體化發展過程,提出機電一體化的發展趨勢。以期達到初步了解、認識機電一體化技術的發展及趨勢的目的。
一、機電一體化的基本概念：
機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸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品的基礎上,采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合,它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。與傳統的機電產品相比,機電一體化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動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中,遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時,能自動采取保護措施,避免和減少人身和設備事故,顯著提高設備的使用安全性。
(二)對生產能力和工作質量提高：
機電一體化設備大都具有信息自動處理和自動控制功能,其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高,通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作,使之不受機械操作者主觀因素的影響,從而實現最佳操作,保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時,由于機電一體化產品實現了工作的自動化,使得生產能力大大提高。例如,數控機床對工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)使用性能改善：
機電一體化設備普遍采用程序控制和數字顯示,操作按鈕和手柄數量顯著減少,使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮實現,系統可重復實現全部動作。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隨機自尋最佳工作程序,實現自動最優化操作。
(四) 具有復合功能并且適用面廣：
機電一體化設備跳出了機電產品的單技術和單功能限制,具有復合技術和復合功能,使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能,能應用于不同的場合和不同領域,滿足用戶需求的應變能力較強。例如,電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能,使其應用范圍大為擴大。
(五)調整和維護方便：
機電一體化產品在安裝調試時,可通過改變控制程序來實現工作方式的改變,以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統中,而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品, 可以事先存入若干套不同的執行程序,然后根據不同的工作對象,只需給定一個代碼信號輸入,即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施,使工作恢復正常。
機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛,涉及到工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。按照機電一體化產品的功能,可以將其分成下述幾類。
1、數控機械類：主要產品包括數控機床、機器人、發動機控制系統以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執行機構為機械裝置。
2、電子設備類：主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執行機構為電子裝置。
3、機電結合類：主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT 掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品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體化的伺服裝置, 如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置,控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。
5、信息控制類：主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外,機電一體化產品還可根據機電技術的結合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產品的構成及特點：
機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,而實現這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能,即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執行功能,而實現這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統。
(一)機械系統：
機電一體化產品的機械系統包括機身、框架、機械傳動和聯接等機械部分。這部分是實現產品功能的基礎, 因此對機械結構提出了更高的要求, 需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面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)動力系統：
動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能,去驅動執行機構工作以完成預定的主功能。動力系統包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主,包括電源、電動機及驅動電路等。
(三)傳感與檢測系統：
傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數轉換成可以測定的物理量,同時利用檢測系統的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制所需的各種信息。傳感與檢測系統的功能一般由測量儀器或儀表來實現,對其要求是體積小、便于安裝與聯接、檢測精度高、抗干擾等。
(四)信息處理及控制系統：
根據機電一體化產品的功能和性能要求,信息處理及控制系統接收傳感與檢測系統反饋的信息,并對其進行相應的處理、運算和決策,以對產品的運行施以按照要求的控制,實現控制功能。機電一體化產品中,信息處理及控制系統主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。 一、功能：
MY-001 操作手站(實習鑒定裝置)是將前一工作站上的工件抓起并輸送到下一工作站。
MY-001 操作手站(實習鑒定裝置)由不同的氣動執行部件組成，通過擺動、伸縮、氣動夾爪抓取等動作，將前一工作站上的工件抓起并輸送到下一工作站。
二、可以組合的形式：
上料檢測站、操作手站
操作手站、加工站
操作手站、分類工作站
三、系統構成：

1.底車 2.鋁合金底板 3.I/O接線端子盒 4.過濾調壓組件 5.電磁閥 6.控制面板

7.帶PLC的電氣控制掛板 8.液壓阻尼器 9.氣動夾爪 10.葉片式旋轉氣缸 11.桿不回轉氣缸 12.雙聯氣缸

四、技術數據：
工作壓力：0.4～0.6MPa
穩壓電源：DC24V
信號輸入：7個數字開關量
信號輸出：7個數字開關量
PLC主機：三菱FX2N系列 可擴展485BD、CC-Link網絡總線
西門子S7系列 可擴展PPI、MPI、Profibus網絡總線