新一代EM系列-北京元茂兴控制设备技术有限责任公司

新一代EM系列机电一体化教学设备2010年版适合专业：运动控制，数控技术，机电一体化，机电控制，自动控制，电机控制等一、概述1998年8月，元茂兴为清华大学精仪系开发了第一台机电一体化教学设备，并生产30台作为清华大学编写的《机电一体化》教材配套教学实验设备，承接课题的开发平台。随后，我们开发了EM-300，EM-350，EM-400机电一体化教学设备，在高教部世行两次招标中，受到各名校大量选用，有上海交通大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、天津大学、浙江工程学院，重庆工学院等。今天，随着运动控制技术的快速发展，北京元茂兴在总结过去十年机电一体化教学设备的开发、生产和应用经验，并结合美国元茂兴对美国高校机电一体化教学、教材和教具的了解，确定了新一代机电一体化教学设备的方案，并编制了新的《机电一体化教学实验指导书》，《运动控制技术及应用》，《多轴运动控制器快速入门》，《伺服驱动简易操作手册》，开发了新的《机电控制教学软件》。新一代机电一体化教学设备分两个层面：对老型号的改造和开发新型号。老型号为2轴控制系统，按配的电机品种不同分为步进EM-300，直流有刷伺服EM-350，无刷伺服EM-400，改进后的型号为在原有型号后加A1，意思是随着控制技术的发展和教学易学性的要求，对原型号采用的技术进行了第一次升级，分别变为：EM-300A1，EM-350A1，EM-400A1新型号EM-800经典机电一体化教学设备，EM-900先进机电一体化教学设备，都为3轴控制系统。而且EM-800上可实现步进，直流伺服，交流伺服的互换，即将老型号三合一，同时控制轴数增多，可进行实际零件加工。二、什么样的机电一体化教学设备才是机电一体化相关专业最理想的教学设备？多年来，元茂兴招聘了各高校毕业的机电一体化相关专业毕业的的大学本科及硕士毕业生已超过150人以上；通过办运动控制培训班，已为各企业培训高级技术人才1000多名。通过对这些人才的培训和培养发现，对基本概念，原理和方法的培训非常重要，众多大学没有机会让学生深刻理解和掌握这些基本概念，原理和方法，有的大学现有的教学设备由于数量有限、设备封闭专用性（不开放）、有的只是一个功能性或结构性的教学，很难进行延伸性和综合性的训练培训，只停留在演示和观摩（花架子），不能让学生全面系统的掌握机电一体化相关专业基本概念，原理和方法。这样的学生走向社会很难很快进入工作状态。根据各高校机电一体化相关专业的教科书，其共同之处是机电一体化系统构成相似，即由机械本体，人机界面（操控平台）,控制部分,驱动部分,传动部分,机械执行器,检测和反馈，安全保护部分，干扰和噪声处理部分，通讯部分组成。所以，对每一部分的基本概念，原理和方法的培训及整个系统的分析，控制软件编制，各种电机控制模式和各种控制电机特点特性的实际训练，系统的PID调整，加速度前馈和速度前馈的应用，系统误差分析和补偿，系统故障诊断和分析，各种运动的实现和特点，针对数控机床、机器人、三坐标测量机，切割和焊接，PCB钻孔，半导体划片，电脑绣花机等不同应用来开展模拟实际训练非常重要。机械本体：不同用途的设备，其机械本体的结构不同，复杂程度不同。人机界面：人机界面是实现人与机器进行沟通的操控平台。控制器主要控制三个方面的内容:运动控制(电机轴的控制),PLC控制(I/O控制),测量控制(A/D采集及控制,视觉反馈及控制).驱动部分：分电机驱动，液压驱动，气动。最为典型的控制电机驱动有步进电机，无刷伺服电机（交流伺服），直流有刷伺服电机。传动：象丝杠，同步齿形带，减速机，连轴器等，都属于传动部分。机械执行器：精密定位平台，转台，电动缸等都属于机械执行器。检测和反馈：象常用的光电编码器，光栅尺，旋转变压器等。安全保护：任何设备，安全保护非常重要，像安全报警，安全控制等。干扰和噪声处理部分：设备的干扰和噪声消除是实际工程项目中比较麻烦的事情。通讯部分：无线通讯，Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen等三、系统构成及配置EM-300A1步进电机驱动的机电一体化教学设备EM-350A1直流有刷伺服驱动的机电一体化教学设备EM-400A1交流无刷伺服驱动的机电一体化教学设备系统构成：◆X-Y精密定位平台◆电机及驱动器◆运动控制器◆操作面板◆电控机箱◆软件及操作手册，实验指导书系统配置执行机构反馈元件驱动部分指标机箱配置平台配置EM-300A1步进电机驱动的机电一体化教学设备日本Mycom纳米步进电机系统无电源12-30V，可到每圈20万步细分集成开关电源、两轴运动控制器美国Parker9000（经济型可选Parker1505卡），驱动部分及转接板、面板配有手轮，按钮及指示灯、RS232，Ethenet，USB，CANopen通讯端口中美合资北京贝赛德生产的平台X/Y两轴，电机内藏滚珠丝杠微型滚动导轨定位精度20μ重复定位精度10μ可选直线光栅尺反馈行程：200X200MM台面：250X320MM可选笔架EM-350A1直流伺服驱动的机电一体化教学设备美国GLENTEK直流伺服：最大速度4000r/min1000cts/rev增量式码盘美国Glentek驱动SMB9508，速度/位置/转矩多种控制方式及组合，25KHzPWM带宽EM-400A1交流伺服驱动的机电一体化教学设备美国Glentek无刷伺服：小惯量200W、0.64Nm、3000r/min2500cts/rev增量式码盘美国Glentek驱动SMB9807，速度/位置/转矩多种控制方式及组合，25KHzPWM带宽关键元部件介绍：1.多轴运动控制器Parker9000：9000是ACR9000的简称,是一款功能强大的独立式系统级别的多轴控制器,是一台运动控制计算机,是全球销量最大设计最优秀的开放式通用多轴运动控制器之一.在原教学设备上，选用9000替换原控制器PMAC，主要可改进以下不足：(1)可靠性：教学实验的特殊性是不断的更换不同的使用者，主要部件的可靠性尤其重要；老系统PMAC新系统9000(2)易学性：9000对初学者来说很易（半个小时）上手和深入，PMAC则需花2周的时间都不一定能上手；(3)功能方面：弥补了以前PMAC不能进行普遍流行的PLC梯形图编程教学；(4)通讯方面：以前只能RS-232通讯，而9000可以网口，USB，RS-232同时通讯，并且还有现场工业总线CANopen通讯口，可与其他厂家PLC接口，为教学提供了柔性和方便。2.高品质的驱动器和电机，经典的精密定位平台：高品质的部件，让学生能真实体验这类产品的特性和了解最新行业技术，为他们未来从事设计建立一个样板，就像一台好的钢琴给初学者的作用一样。我们需要培养时代的精英，而不是落伍者。EM-800经典机电一体化教学设备系统构成机械本体，工件夹具。X-Y-Z精密定位平台，高速主轴。X、Y、Z轴采用步进电机或直流有刷伺服电机或交流（直流无刷）伺服电机（这是出厂前已安装的）驱动，三种电机通过过度法兰盘和轴套与X、Y、Z精密定位平台连接安装。步进电机驱动器采用细分驱动器，直流有刷伺服电机或交流（直流无刷）伺服电机驱动采用同一开放式驱动，可通过RS-232与计算机通讯来设置不同电机和电机配置，可选通讯协议开放（EM-801），并进行各类调整，可单独进行伺服培训。这样可省掉3个驱动器，同时也增加了功能，并降低成本。控制器采用独立式可编程开放式多轴运动控制器，包括4轴运动控制，4点输出，20点输入光隔离I/O，通过CANopen，可以对PLC点数扩展。标配通讯口：无线通讯Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen。操作面板，用于操控系统和进行PLC的编程训练。软件，操作手册，实验指导书附件箱：包括工具，3套步进电机及安装附件，3套直流有刷伺服电机及安装附件。可选附件：用于展示的滚珠丝杠副，导轨，轴承，联轴器，同步齿形带，编码器，光栅尺，手持盒。可增选功能附件：设备底座，电脑台，虎钳，第4轴旋转台，第4轴驱动及电缆。EM-800配置技术参数说明项参数英制公制特征参数长x宽x高30.70x31.49x36.60780x800x930mm重量375lbs170kg发货外形尺寸39.37x40.94x40.941000x1040x1040mm发货重量420lbs205kg最大钻孔直径0.98425mm端面铣削能力0.63016mm平面铣削能力1.96950mm铣削高度9.06230mm说明项参数英制公制平台尺寸21.65x6.30550x160mmX轴行程11279.40mmY轴行程5.25133.35mmZ轴行程10254mm最大承载33lbs15kgT槽尺寸7/1612mmT槽数.33主轴位置精度0.00040.01mm外径2.7670mm主轴安装刀具端R-8R-8速度100-5000RPM100-5000RPM马达功率1.33HP1000W进给轴滚珠丝杠(XAxis)0.78(dia)x25.39(L)20mm(dia)x645mm(L)滚珠丝杠(YAxis)0.55(dia)x13.23(L)14mm(dia)x336mm(L)滚珠丝杠(ZAxis)0.78(dia)x18.82(L)20mm(dia)x478mm(L)滚珠丝杠螺距0.1574mm滚珠丝杠精度Class5Class5以上参数和配置如有变化不另行通知四、EM系列机电一体化教学设备实验内容：◆各种机电控制系统认知实验，熟悉系统组成、功能及控制原理。◆运动本体设计及运动实验，以精密定位平台为例进行运动机构加减速特性实验，系统力学模型建立实验。◆运动本体机构实验，熟悉精密定位平台的丝杠、导轨、螺母副、联轴器等机械构件，对运动及定位精度进行分析计算。◆机电控制元部件教学，学习步进电机，伺服电机的特性和选择。◆机电系统反馈测量传感器，执行元件安装维护及选型联接实验。◆体验步进电机，直流有刷伺服和无刷伺服的区别。◆掌握采用不同伺服环（位置环，电流环，速度环）进行调试设备和进行加工的区别。◆系统分析，数学模型建立并对系统进行PID调整实验。◆PLC编程，运动程序编制，编译G代码，G代码编程，数控软件编程实验。◆进行2D和3D（EM-800）插补编程训练◆进行数控铣削加工实验（EM-800）◆开展CAD，CAM实验◆进行精密雕刻中英文字体实验（EM-800）◆上位机软件编程实验。◆数据采集分析实验。◆整体机电控制系统及系统评估实验。EM-900先进机电一体化教学设备系统构成大理石平台，防震底座，工件夹具。X、Y轴采用气浮导轨和轴承，电机为无刷直线伺服电机，采用纳米级分辨率的光栅尺作为反馈，采用先进的无刷伺服线性放大器作为驱动，充分体验直线电机及相关直驱技术给系统带来的高精度，高平稳性。EM-900图片X轴上是一个旋转轴即θ轴，电机采用无框无刷伺服电机，采用带霍尔的高分辨率的码盘反馈，驱动器采用高带宽特性的PWM驱动器驱动，充分体验直驱电机及相关直驱技术给系统带来的高精度，高平稳性。Z轴和主轴，采用一体化结构。Z轴选用音圈直线电机，驱动选用线性放大器，反馈选用光栅尺；主轴选用直流无刷高速电机，驱动选用PWM驱动器，反馈为编码器。控制器采用独立式可编程多轴运动控制器，包括6轴运动控制，8点输出，40点输入光隔离I/O，通过CANopen，可以对PLC点数扩展。标配通讯口：Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen。操作面板，用于操控系统和进行PLC的编程训练。软件，操作手册，实验指导书标配通讯口：无线通讯，Ethnet，USB2.0，RS-232，CANopen。操作面板，用于操控系统和进行PLC的编程训练。软件，操作手册，实验指导书附件箱：包括工具。可选附件：示波器，激光干涉仪。可增选功能附件：视觉检验系统，用于半导体芯片查验；激光器，用于PCB板微小孔加工，微小切割，微小焊接，以及微小打标。EM-600直线电机教学设备采用美国Parker单轴控制和驱动一体的AR-04CE智能驱动器，具有ACR9000的所有控制功能，软件易学易用。