机电控制工程创新实践1

机电控制工程创新实践任亨斌参考书目：（1）龚仲华主编，三菱FX/Q系列PLC应用技术，人民邮电出版社（2）黄中玉等主编，电气控制与PLC技术，人民邮电出版社（3）张伟林主编，电气控制与PLC应用，人民邮电出版社机器①人造的实物组合体（不是天然形成的）；---结构观点②各部分有确定的相对运动；----运动观点③代替或减轻人类劳动完成有用的机械功或实现能量的转换、提供或转换信息。-能量观点通常把能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置称为机器。机器的特征：第一章引论工业机器人机器人焊接数控加工中的工业机器人工业机器人售酒机器人示教板用于输入控制命令或控制程序控制系统用于控制操作机各关节内伺服电机的运动工业机器人的组成操作机在控制系统的控制下，实现各种复杂运动。每个关节内有电动机和减速器工业机器人机器的功能组成①驱动系统：机械动力的来源②执行系统：能完成机械预期的动作③传动系统：把原动机的运动和功率传递给工作机的中间环节④控制系统就其功能而言，一台完整的机器通常由四部分组成：驱动系统传动系统执行系统润滑、显示、照明等辅助系统控制系统传感器传感器传感器纯机械控制（无碳小车）重庆大学无碳小车机电控制系统的基本概念系统：由相互关联和制约的多个环节组成的一个整体，并就某种目标而运动。自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。机电控制系统：是由控制装置和被控对象所组成，它们以某种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体，并对被控对象进行自动控制。机电控制控制系统的组成及功能•1．机械部分•2．控制装置•3．动力装置•4．传感检测部分•5．执行装置。121．机械部分•机械部分是机电系统的基本支撑，它主要包括机械传动部件、机身、框架、连接件等，如原动机、工作机和传动装置一般都采用机械结构。•传动机构要具有:1)精密化2)高速化3)小型化、轻量化132.控制装置机电控制系统的核心是控制。几乎所有的控制器都是由具有微处理器的计算机、输入/输出接口、通信接口及周边装置等组成。归纳起来，主要有以下几种模式。14控制器的模式•（1）单片机•（2）嵌入式控制器•（3）智能I/O模块•4）可编程控制器（PLC）•（5）可编程计算机控制器（ProgrammableComputerController,PCC）•（6）可编程多轴控制器（ProgrammableMulti-AxisController,PMAC）15控制器的模式•（7）数字调节器、智能调节器、可编程调节器•（8）新型结构体系工业控制计算机•（9）EIC(ElectricalInstrumentationComputer)电控、仪控、计算机•（10）混合型控制器HC900课外作业：查找智能I/O模块、PCC、PMAC、EIC、混合型控制器的相关资料163.动力装置•动力或能源是指驱动电动机的“电源”、驱动液压系统的液压源和驱动气压系统的气压源。•驱动电动机常用的“电源”包括直流调速器、变频器、交流伺服驱动器及步进电动机驱动器等。液压源通常称为液压站：气压源通常称为空压站。174.传感检测部分•传感器是将机电控制系统中被检测对象的状态、性质等信息转换为相应的物理量或者化学量的装置。•传感器的作用类似于人的感觉器官，它将被测物理量，如位置、位移、速度、压力、流量、温度等信息进行采集和处理，以供控制系统分析处理之用。185.执行装置根据使用能量的不同，执行装置分为电气式、液压式和气动式。•（1）电气式执行装置将电能转变成电磁力，并利用该电磁力驱动运行机构运动。•（2）液压式执行装置先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的流向，从而使液压执行元件驱动运行机构运动。•（3）气动式执行装置气动式与液压式的原理相同，只是将介质改为气体而已。由于气动控制系统的工作介质是空气，来源方便，不需要回气管道，不污染环境，因此在近些年得到大量的应用。控制系统的基本环节•1．被控对象自控系统需要进行控制的机器设备或生产过程。•2．给定环节设定被控制量的参考输入或给定值的环节•3．检测装置用于检测受控对象的输出量，并将其转换为与给定量相同的物理量。控制器受控对象调节机构执行机构偏差值给定值自动控制装置u测量、变送元件被控量204．比较环节将所检测到的被控量的反馈量与给定值进行代数运算，从而确定偏差信号，起信号的综合作用。•5．放大环节将微弱的偏差信号进行电压放大和功率放大。•6．执行机构根据放大后的偏差信号直接对被控对象执行控制作用，使被控量达到所要求的数值。•7．校正环节参数或结构便于调整的附加装置，用以改善系统的性能。《机电控制工程创新实践》机电控制技术的发展所谓控制，即为达到某种目的，对某一对象施加所需的操作，含有“调节、监督、操作”等意思。对象、控制量、目标值为控制三要素。随着以微型计算机为代表的微电子技术大量运用到机械工业中，由此产生了机电控制技术和机电一体化技术。从数控机床、加工中心兴起到智能机器人、柔性制造系统（FMS）以及将设计、制造、管理集成为一体的计算机集成制造系统（CIMS）,机电一体化技术的内涵正在日新月异的高速发展，并成为一门综合性的热门学科。《机电控制工程创新实践》工业控制机的分类可编程序控制器PLC总线式工业控制（IPC)单片微计算机分布式计算机控制系统（集散控制系统）《机电控制工程创新实践》机电控制技术中的接口机电一体化系统中，各要素之间必须进行能量和信息的输入、输出，因此在相互连接要素的交界面上必须具备相应的某些条件，才能连接，该交界面就称为接口。接口一般分为机械接口、电气接口、软件接口（信息接口）和环境接口等几大类。例如大家很熟悉的USB串行接口、RS232串行接口、A/D转换器、TCP/IP网络协议等都是常见的接口。接口技术在机电控制系统中占有相当重要的地位。《机电控制工程创新实践》检测传感器它是机电一体化设备中不可缺少的组成部分，是整个设备的感觉器官。检测传感器种类繁多，按功能可分为位置式、角度式、温度式、压力式等。常见的有行程开关、接近开关、光电开关、长光栅、园光栅、热点偶等等。驱动技术在机电一体化产品中常见的执行部件有步进电机、交流伺服电动机、直流电动机、气阀等。步进电动机和交流伺服电动机都是用于位置控制，根据控制系统的构成，又可分为开环式位置控制和闭环式位置控制。异步交流伺服电动机与变频器结合构成交流调速控制系统，实现交流调速。《电气控制与PLC应用》机电一体化系统中的电气控制机电控制技术以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术即自动控制。所谓“自动控制”是指在没有人直接参与（或仅有少数人参与）的情况下，利用自动控制系统，使被控对象（或生产过程），自动地按预定的规律去进行工作。《机电控制工程创新实践》《机电控制工程创新实践》《机电控制工程创新实践》《机电控制工程创新实践》《机电控制工程创新实践》PLC顺序控制器继电-接触器控制20世纪30年代，以各种有触点的继电器、接触器、行程开关等自动控制电器组成的控制电路称为继电器接触器控制方式。它经历了较长的发展历史。20世纪60年代开发了顺序控制器。采用晶体管无触点的逻辑控制，通过在矩阵板上插接晶体管实现编程。它比继电器接触器控制增加了灵活性、通用性，可靠性提高，使用操作较方便。20世纪70年代，PLC的出现，顺序控制器很快退出市场，且逐渐取代复杂的继电器接触器控制。机电控制技术的发展《机电控制工程创新实践》工厂自动化的三大技术支柱——PLC、Robot、CAD/CAM《机电控制工程创新实践》机电控制的发展过程单机控制简单控制复杂控制继电-接触器控制PLC控制生产线控制由手动到自动由硬件控制到软件控制由有触点到无触点控制《机电控制工程创新实践》机电控制技术与其他专业领域之间的关系《机电控制工程创新实践》自动化专业网站（中国高校自动化网）《机电控制工程创新实践》做工控设备的公司国际：罗克韦尔自动化（中国）西门子（中国）自动化与驱动集团施耐德电气中国ABB中国菲尼克斯电气中国欧姆龙中国（工业自动化）霍尼韦尔中国GEFanuc自动化赫斯曼（通讯设备）富士电机（变频器）控创（工控机）APC（电源）奥托尼克斯AutonicsWonderware（工业自动化软件）英维思过程系统（福克斯波罗）三菱电机自动化图尔克传感器《机电控制工程创新实践》做工控设备的公司国内：中国自动化控制系统总公司和利时（DCS、PLC）中控集团浙大中自上海新华控制(GE)中达电通（台达）（PLC）利德华福电气（变频器）森兰变频器安控科技（RTU、PLC）盛博科技嵌入式计算机恒润科技（MATLAB四方继保自动化上海威尔泰工业自动化*烟台东方电子*金自天正智能控制*上海宝信软件*华章电气上海华文自动化浙江威盛自动化德维森科技*（PLC）永宏亚得机电(台商PLC)凯迪恩自动化(PLC)朝阳电源新鼎系統*《机电控制工程创新实践》对想成为机电控制领域专家的学生几点建议１.学生应具备什么样的学习意识２１世纪是一个知识主导经济的时代，学生应具备创新的学习意识。２．学生应具备什么样的学习观念和能力结构（１）学习观念的延伸：从“干粮型学习”到“猎枪型学习”;（２）能力结构的延伸：“分析问题和解决问题的能力”---“提出问题的能力”;（３）学习视野的延伸：“面向书本”到“面向现实世界”(火控、雷达、卫星、航天、先进制造技术等);（４）学习空间的延伸：“课堂教学”到“课外实践”.３．学生应具备什么样的学习境界思考和团队精神境界。《机电控制工程创新实践》１．掌握一门外语。２．学好一个软件。如PROTEEL99.３.掌握１到３门专业课。如电工电子、PLC、组态软件等。４．具有良好的沟通能力。５．培养一种气质。想成为机电控制领域专家的学生应树立的学习目标《机电控制工程创新实践》１．介绍常规电气控制（电动机、继电器、接触器等机电元件）；２．介绍PLC的应用（以三菱FX系列为例）；３.通过宇龙机电控制仿真软件，实现系列机电控制任务（案例）；４．简单介绍GXDeveloper编程软件的使用；５．五层电梯教学模型介绍，学生针对该教学模型编写调试PLC控制程序，实现多种控制要求；6．简单介绍MT6056i触摸屏及EB8000组态软件的使用。本课程几个重要的教学环节及教学内容