电气与电气技术应用与发展前景(正文)

一、绪论：现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，电机与电气结合（机电一体化）有了很好的提高，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电 一体化”为特征的发展阶段。

二、机电一体化的核心技术

机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处 理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下 几方面着手。

(一)机械本体技术

机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。

(二)传感技术

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰 有着直接的关系。为了避免电干扰,目前 有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信 息传感器来说,目前主要发展非接触型检 测技术。

(三)信息处理技术

机电一体化与微电子学的显著进步、 信息处理设备(特别是微型计算机)的普 及应用紧密相连。为进一步发展机电一体 化,必须提高信息处理设备的可靠性,包 括模/数转换设备的可靠性和分时处理 的输入输出的可靠性,进而提高处理速 度,并解决抗干扰及标准化问题。

(四)驱动技术

电机作为驱动机构已被广泛采用,但 在快速响应和效率等方面还存在一些问 题。目前,正在积极发展内部装有编码器 的电机以及控制专用组件-传感器-电

机三位一体的伺服驱动单元。

(五)接口技术

为了与计算机进行通信,必须使数据 传递的格式标准化、规格化。接口采用同 一标准规格不仅有利于信息传递和维修, 而且可以简化设计。目前,技术人员正致 力于开发低成本、高速串行的接口,来解 决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。

(六)软件技术

软件与硬件必须协调一致地发展。为 了减少软件的研制成本,提高生产维修的 效率,要逐步推行软件标准化,包括程序 标准化、程序模块化、软件程序的固化、推 行软件工程等。

三、机电一体化技术的主要应用领域

(一)数控机床

数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展,在结构、功能、操作和控制精度 上都有迅速提高,具体表现在:

1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即 采用多C PU、多主总线的体系结构。

2、开放性设计,即硬件体系结构和功 能模块具有层次性、兼容性、符合接口标 准,能最大限度地提高用户的使用效益。

3、W O P技术和智能化。系统能提供 面向车间的编程技术和实现二、三维加工 过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊 控制等智能机制。

4、大容量存储器的应用和软件的模 块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也 加强了C N C系统的控制功能。

5、能实现多过程、多通道控制,即具 有一台机床同时完成多个独立加工任务 或控制多台和多种机床的能力,并将刀具 破损检测、物料搬运、机械手等控制都集 成到系统中去。

6、系统的多级网络功能,加强了系统 组合及构成复杂加工系统的能力。

7、以单板、单片机作为控制机,加上专 用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。

(二)计算机集成制造系统(CIMS)

C IM S的实现不是现有各分散系统 的简单组合,而是全局动态最优综合。它 打破原有部门之间的界线,以制造为基干 来控制“物流”和“信息流”,实现从经营

决策、产品开发、生产准备、生产实验到生 产经营管理的有机结合。企业集成度的提 高可以使各种生产要素之间的配置得到 更好的优化,各种生产要素的潜力可以得 到更大的发挥。

(三)柔性制造系统(FMS)

柔性制造系统是计算机化的制造系 统,主要由计算机、数控机床、机器人、料 盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。 它可以随机地、实时地、按量地按照装配 部门的要求,生产其能力范围内的任何工 件,特别适于多品种、中小批量、设计更改 频繁的离散零件的批量生产。

(四)工业机器人

第1代机器人亦称示教再现机器人, 它们只能根据示教进行重复运动,对工作 环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活 性;第2代机器人带有各种先进的传感元 件,能获取作业环境和操作对象的简单信 息,通过计算机处理、分析,做出一定的判 断,对动作进行反馈控制,表现出低级智 能,已开始走向实用化;第3代机器人即智 能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂 的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。

四、机电一体化技术的发展前景

纵观国内外机电一体化的发展现状 和高新技术的发展动向,机电一体化将朝 着以下几个方向发展。

(一)智能化

智能化是机电一体化与传统机械自 动化的主要区别之一,也是21世纪机电 一体化的发展方向。近几年,处理器速度 的提高和微机的高性能化、传感器系统的 集成化与智能化为嵌入智能控制算法创 造了条件,有力地推动着机电一体化产品 向智能化方向发展。智能机电一体化产品 可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取 代制造工程中人的部分脑力劳动。

(二)系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总

线结构。系统可以灵活组态,进行任意的 剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调 控制和综合管理。表现特征之二是通信功 能大大加强,一般除R S232等常用通信 方式外,实现远程及多系统通信联网需要 的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一 体化更加注重产品与人的关系,如何赋予 机电一体化产品以人的智能、情感、人性 显得越来越重要。机电一体化产品还可根 据一些生物体优良的构造研究某种新型 机体,使其向着生物系统化方向发展。

(三)微型化

微型机电一体化系统高度融合了微 机械技术、微电子技术和软件技术,是机 电一体化的一个新的发展方向。国外称微 电子机械系统的几何尺寸一般不超过 1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于 微机电一体化系统具有体积小、耗能小、 运动灵活等特点,可进入一般机械无法进 入的空间并易于进行精细操作,故在生物 医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国 防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利 用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在

实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

(四)模块化

模块化也是机电一体化产品的一个 发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。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、电气接 口、动力接口、信息接口的机电一体化产 品单元是一项复杂而重要的事,它需要制 订一系列标准,以便各部件、单元的匹配 和接口。机电一体化产品生产企业可利用 标准单元迅速开发新产品,同时也可以不 断扩大生产规模。

(五)网络化

网络技术的飞速发展对机电一体化 有重大影响,使其朝着网络化方向发展。 机电一体化产品的种类很多,面向网络的 方式也不同。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。

(六)绿色化

工业的发达使人们物质丰富、生活舒 适的同时也使资源减少,生态环境受到严 重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化 是时代的趋势,其目标是使产品从设计、 制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的 绿色化主要是指使用时不污染生态环境, 报废时能回收利用。绿色制造业是现代制 造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化是众多科学技 术发展的结晶,是社会生产力发展到一定 阶段的必然要求。它促使机械工业发生战 略性的变革,使传统的机械设计方法和设 计概念发生着革命性的变化。大力发展新 一代机电一体化产品,不仅是改造传统机 械设备的要求,而且是推动机械产品更新 换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

（七）电机的发展

电机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。

它应用广泛，种类繁多。性能各异，分类方法也很多。电机常用的分类方法主要有两种：一种是按功能用途分，可分为发电机﹑电动机，﹑压器和控制电机四大类。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%~70%。另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机.

在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电

力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

（八） 电动机的定期检查和保养

为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下：

（1） 及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥，如使用环境灰尘较多，最好每天清扫一次。

（2） 经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。

（3） 定期测量电动机的绝缘电阻，若使用环境比较潮湿更应经常测量。

（4） 定期用煤油清洗轴承并更换新油（一般半年更换一次），换油时不应上满，一般占油腔的1/2~1/3，否则，容易发热或甩出，油要从一面加人，可以把没有清洗干净的杂质，从另一面挤出来。

（5） 定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。

（6） 绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身（本文来自 范文中国 http://www.fanwencn.com，转载请保留。）安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。

（7） 除了按上述几项内容对电动机定期维护外，运行一年后要大修一次。大修的目的在于，对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护，增补电动机缺少、磨损的元件，彻底清除电动机内外的灰尘、污物，检查绝缘情况，清洗轴承并检查其磨损情况。

五、常用建筑电气设备控制电路分析

（一）现代的大型建筑特别是高层建筑透气性差，加上人多，空气混浊，人居住在里面出现头昏眼花的不舒适感觉。如果出现一些不明原因的烟雾，人们就会惊慌失措，所以排风、排烟是一项不可或缺的措施。根据国家《建筑设计防火

规范》和《高层民用建筑建筑设计防火规范》，现代建筑特别是高层建筑在设计和施工时都有通风和排烟通道。当空气不好时，应将排风风机起动，进行通风，使空气清洁；排烟风机主要用于消防时排除地下室、走廊等处的浓烟；正在风机则用于消防时为楼梯间、电梯前室送风加压。故对风机的电气控制要求为：

1、应具有手动和自动功能。当为自动时，能接收消防联动控制中心的指令，控制风机的动作，同时风机的运行状态送给消防控制中心。

2、手动时应能多地控制。

3、排风风机允许单独起动，当需要排烟而起动排烟风机时，排风风机也允许同时起动。

4、当发生较为严重的火灾时，应能自动切断排风、排烟风机的通电电路。

（二）、排水泵的电气控制

在工业和民用建筑中，一般都设计有排水设备，根据所使用的场合以及具体的控制要求不同，排水设备中使用的排水泵的种类繁多，其控制电路也多种多样，在此主要介绍在民用建筑中使用的三种控制电路，这些控制电路也用于要求相同的工业建筑用排水设备中。

民用建筑主要是排除生活污水、溢水、漏水、雨水和消防废水等。一般生活污水的排水量可以大致预测，如果排水量不大，可以设置为一台排水泵控制；如果排水量过大，可以设置为两台排水泵控制。采用两台排水泵控制时，其工作可靠性高，当排水量不是很大时，可一用一备，工作泵出现故障，备用泵自动接入，转为工作泵；也可以两台排水泵互为备用，轮流使用工作；当排水量过大时，两台泵能够同时运行，以加快排水。雨水的排水量变化较大，较难预测，所以雨水排水泵电路多数为两台泵控制。对于比较重要的建筑物内，排水可靠性要求较高，也要设计成两台甚至三台泵控制。

排水泵大多采用潜水泵，开泵前不用预先灌水或抽气，操作方便。对于地下室或人防工程排除生活粪便污水，或者排除其它带有纤维及悬浮物的污水，一般采用腋下立式泵，在集水池内设置水位控制，由于一般集水池的深度大约为0.5-1m，液位器可以采用两水位控制。

下面介绍三种排水泵控制电路，其中一种为单台排水泵控制，另两种为两台排

水泵控制。

对排水泵的基本控制要求：

1、应具有手动和自动控制功能，高水位时自动起泵，低水位时停泵。

2、能发出各种报警信息，如故障报警、溢流水位报警等。

3、如果是两台排水泵，应能互为备用，工作泵故障时，备用泵要自动起用，同时发出报警信号。

4、两台排水泵应能同时工作，以满足排水量过大的需要。

六：结论

电机与电气的结合在我国的经济建设中担当着重要的角色，随着我国加入WTO后，我国机电行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。从节约能源，保护环境出发，机电一体化是目前国际发展的趋势。这样看来，推广掌握好机电一体化的一些知识是非常有必要的。本文着重从机电一体化的技术发展及数控、电气控制等进行了初略的探讨和分析，希望能给正在或即将从事机电工作的人士一些帮助。

七、

致 谢

能够写好此篇毕业论文，我要感谢我的领导及同事对我的帮助，我从论文的选题到编写成文。就一直在询问领导及同事，是他们不厌其烦的对我讲解机电一体化的知识，才让我能够很好的完成此次毕业论文，在这里我由衷的对他们说声，谢谢！

参考文献:

1、侯进旺 建筑电气控制技术 机械工业出版社

2、李运华.机电控制[M]. 北京航空航天大学出版社,2003.

3、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.

4、王中杰,余章雄,柴天佑. 智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).

5、章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).

7、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).