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机电一体化8000字论文4篇
【篇1】机电一体化8000字论文
机电一体化论文
题目：
PLC在机电一体化生产系统中的应用
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摘 要：可编程控制器指建立在计算机的基础之上，以工业现场作业等为主要适用范围的一类电控控制器，当前我国工业生产自动化水平整体来说较低，PLC产品具有着极大发展空间。PLC在生产系统中起着至关重要的作用，自动控制已经成为智能生产系统中必不可少的一部分。首先对机电一体化技术及PLC进行了简要介绍，在此基础上详细阐述了PLC在机电一体化生产系统中的应用。
关键字：
PLC 生产 控制 智能
一、机电一体化：
1、机电一体化的概念：
机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。
2、机电一体化的发展方向
机电一体化向智能化方向迈进.20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；
另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。
关注六个发展方向：
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。未来机电一体化的主要发展方向有：
1．智能化。智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
2．模块化。模块化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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。
3．网络化。20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。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。
4．微型化。微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS)，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。
5．绿色化。工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；
另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。
6．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。
二、可编程控制器（PLC）：
1、PLC的概念：
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
PLC是工控的利器,机电一体化专业本来就是一门控制机械的学科,包含了机械设计和电控设计.所以只要是机械要用到(非人工)控制的都可以用到PLC,当然单片机也可以,但是对于电气控制来说可编程控制以其编程便捷、接口通用和工业环境适应性等特点支撑着整个控制核心，是机电一体化产品中重要的器件。
2、PLC的构成：
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
b、中央处理单元（CPU)
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路。
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块。
f、通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
3、PLC具有的鲜明的特点：
（1） 功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强
（2） 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
（3）安装简单，容易维修。PLC可以在各种工业环境下直接运行，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，写入程序即可运行。
（4）抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型。
（5）环境要求低。PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。
（6）易学易用。PLC是面向工矿企业的工控设备，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
所以对于电气控制来说可编程控制支撑着整个控制核心，是机电一体化产品中重要的器件。
三、PLC在机电一体化技术中的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐机电一体化领域，使用情况大致可归纳为如下几类。
1、开关量的逻辑控制
这是PLC最基本最广泛的应用领域。PLC取代继电器控制系统，实现逻辑控制。例如：机床电气控制，冲床、铸造机械、运输带、包装机械的控制，注塑机的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金企业的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制，电镀生产线、啤酒灌装生产线、汽车配装线、电视机和收音机的生产线控制等。
PLC在CNC机床中的应用方式及其特点，PLC在CNC机床中的作用及数控装置I/O口和机床控制面板、强电信号的连接方法，研究了数控机床中T功能代码和M功能代码在PLC上的实现方法。CNC机床数控系统具有较强的数据处理能力和图形显示功能，可编程控制器具有较好的逻辑处理功能，可以充当数控系统微处理器与机床强电控制的桥粱。PLC与CNC机床数控装置联接可靠性高，在经济型数控机床和普通机床数控改造中有广泛的应用前景。PLC在针吸式穴盘自动播种机上的应用，将PLC用于对气动系统和电器系统的自动控制，使针吸式穴盘播种机结构简单、紧凑，系统工作安全、可靠、效率高，且对故障的判断也较容易和直观。
2、运动控制
PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器与执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC厂家生产的PLC几乎都有运动控制功能。
PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械。例如：金属切削机床、金属成型机械、配装机械、机器人和电梯等。PLC以其工作平稳、可靠、抗干扰能力强等特点，在工业控制领域得到了越来越广泛的应用。在磁选机中引入PLC控制，能极大地改善设备的电气性能，提高设备的自动化水平，保证设备高效、安全运行，以达到提高矿山企业经济效益之目的。从控制系统的组成、控制原理以及程序设计思想方面以PLC为核心的控制系统应用干混凝土搅拌站的生产运行控制，具有运转平稳、搅拌的混凝土质量好，故障率低，生产量大，能耗低以及操作简便等优点，可广泛应用于建筑工程、公路工程、桥梁工程等。
3、过程控制
过程控制要用到模拟量。模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。过程控制的目的就是根据有关模拟量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量或模拟量输出，以使系统工作参数能按一定要求作。是连续生产过程最常用的控制。
4、数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；
也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5、通讯联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
四、结论
总的概括说来，21 世纪的机械制造业是以信息为主导,它是采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业。它的特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。所以以PLC为主组成的控制系统将代表着当前机电设备电气控制的先进水平与发展方向。
五、参考文献
1.《PLC编程及应用》 廖常初主编 机械工业出版社
2.《机电一体化技术》 刘德全主编 大连理工大学出版社.
3.《电力拖动自动控制系统》 陈伯时主编 机械工业出版社.
4.《计算机控制系统》 何克忠 李伟编著 清华大学出版社
5.《计算机工业控制》 杨劲松 张涛编著 中国电力出版社
【篇2】机电一体化8000字论文
摘要：
机电一体化系统设计的目的是综合运用机械技术和电子技术各自的特长迅速设计制造一个能够经济、方便、有效、可靠的满足用户需要的系统或产品。机电一体化是当前生产机械发展的主要趋势，有着广阔的发展前景，对未来的机械生产有着重要的影响。而机电一体化系统原理的方案设计， 作为机电一体化系统的核心组成部分， 对机电一体化的总体设计影响深远。机电一体化是机械、电子、光学、控制、训一算机、信息等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖于也促进相关技术的发展和进步。本文介绍了机电一体化系统优化设计方法研究。
引言：
机电一体化系统最本质的特征是一个机械系统 ,它是充分运用电子计算机的信息处理和控制功能、可控驱动元件特性的现代化机械系统 ,实现了机械系统的智能化、自动化。
基于机电一体化系统是现代机械系统这一基本认识,将会有利于我们进行机电一体化系统优化设计方法研究。
1.1国外机电一体化发展现状
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:第一阶段(又称初级阶段)是20世纪60年代以前，这一时期人们不自觉地利用电子技术并使之得到比较广泛的承认;第二阶段，机电一体化技术和产品得到了极大发展;第三阶段，各国均开始极大关注和支持机电一体化技术和产品。因此，机电一体化产品得以迅猛发展，主要表现在以下4个方面：
(1)机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。
(2)机电一体化从单机向整个制造业的集成化过度。
(3)激光技术进入机电一体化领域。
(4)微细加工技术与设备发展迅猛。
1.2国内机电一体化发展现状
我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863计划”。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响，许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作。虽然口前国内机电一体化技术与日本、欧关等先进国家相比仍有一定差距fs，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，取得了一定的成绩。
(1)数控技术方面。
(2)工业机器人方面。
(3)计算机集成制造系统方面。
1.3机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交义综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。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:
(1)绿色化(2)智能化(3)网络化(4)微型化(5)模块化
2机电一体化系统优化设计
2.1 机电一体化系统的组成特点
对于以完成工艺动作为主功能的机电一体化系统, 从概念设计的需要出发, 可根据其广义功能原理来进行划分。主要有以下三大特点:
( 1)机电一体化系统是由计算机进行信息处理和控制制的机械系统, 它的最终目的是实现机械运动和动作。
( 2)从完成工艺动作过程这一总功能要求出发, 机电一体化系统可划分为: 执行机构子系统、传感检测子系统、信息处理及控制子系统, 它们分别完成机械运动和动作、信息检测、信息处理及控制。
( 3)机电一体化系统中的机构子系统有它的特殊性, 它是一个将驱动元件和执行件( 或执行机构) 融为一体的广义执行机构。
这种机构的最大特点是可控性。
2.2 机电一体化系统的概念设计
总的来讲, 概念设计的内涵是十分广泛和深刻的, 它是一个发散思维和创新设计的过程, 是根据产品生命周期各个的阶段的要求 , 进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计; 进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计。
机电一体化系统概念设计作为概念设计的一个子集, 服从于概念设计的总体思路。
但由于机电一体化系统是一个机电一体化技术、现代控制理论以及传感检测等技术的统一体, 使得机电一体化系统的概念设计与传统机械的概念设计有所不同。
2.3机电一体化系统设计方法
2.31取代法
取代法也称为机电互补法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品(或系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。如在一般的工作机中，用可编程逻辑控制器（PLC)或微型计算机来取代机械式变速机构、凸轮机构、离合器、蜗轮蜗杆等机构，代替插销板、拨码盘、步进开关、时间继电器等，以弥补机械技术的不足，不但能大大简化机械结构，而且还可提高系统(或产品)的性能和质量。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。
2.32融合法
它是将各组成要素有机结合为一体，构成专用或通用的功能部件（子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。某些高性能的光机电一体化系统，如激光打印机的主扫描机构一一激光扫描镜，其扫描镜转轴就是电机的转子轴，这是执行元件与执行机构结合的一例。
2.33组合法
它是将用结合法制成的功能部件(或子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种光机电一体化系统，故称组合法。在新产品(或系统)系列及设备的光机电一体化改造中应用这种方法，可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理、使用和维修。
3机电一体化系统的结构功能
3.1机电一体化系统的主要功能
3.2机电一体化系统的信息结构
信息由人产生，为人服务，人和人之间相互交流的数据和消息都是信息，这里的“信息”指的是控制论意义上的信息，即信息是独立于物质和能量的一类功能变换对象。机电一体化系统主要处理以下两类信息:①过程信息:被系统所变换(处理)的信息;②控制信息:用于控制系统中能量和物质变换过程的信息，是能够被系统所“理解”的信息。
机电一体化系统中的过程信息和控制信息划分在不同的信息层次上被证实存在着相对性。例如，机器人中的电子反馈回路无疑是传递控制信息的，即这个装置的目的是控制系统的运动，但是，若从局部来看其中的反馈传感器和信号调节电路的话，就会发现被它们处理的信息具有过程特征，同时，过程信息的语义值对传感器和前置放大器等的功能并无影响。机电一体化系统中的过程信息和控制信息通常在系统的信息层次结构中交替出现(控制信息需要变换功能，而变换功能在下一层次上又可能被控制信息所支配。例如，由一个图像传感器而来的信息在用来控制下一较高层次上的机器人程序之前必须被处理)。
3.3机电一体化系统中的从属功能
机电一体化系统中主要功能的实现离不开一些从属功能的协同。机电一体化系统中的主要从属功能包括动力功能、控制功能、接口功能、保护功能、通讯功能和结构功能。
(1)动力功能为系统主要功能的实现提供必需的能量。如果系统主要部件的输入或输出与系统所处环境的相应输入或输出不能直接匹配，接口功能就是必要的了。例如，当选用电动机去驱动一个直线移动机构时，就需要能够将旋转运动转换为直线运动的接口部件。
( 2) 保护功能确保系统的重要部件的功能参数处于可允许的范围内。另外，保护功能也防止系统部件对环境产生不利影响。
( 3)通讯功能使系统部件能够与环境交换(状态)信息例如，激光系统会发出警报信号(输出)以表明其处于运行状态，同时又可根据一些参考设置(输入)进行运辊通讯功能主要向功能结构上层的控制回路提供信息。
( 4)结构功能确保主要部件正常工作时所需的空间条件能够得到满足例如，电灯插座就有结构上的用途，同时它还提供了一个电气接口。控制功能管理着系统中部件的状态，并能根据外部输入控制系统的功能特性。
从属功能本身可被视为下一较低功能层次上的主功能，每个这样的功能又需要新的从属功能正是实现主功能的方法决定了在功能结构的下一层次上需要什么样的从属功能。
3.4机电一体化系统的功能模型
机电一体化系统的功能模型必须符合以下两个原则:①包括所有从属功能;②维持功能方法树因果链层次的递归性所有的从属功能均被置于系统边界上以表明它们可以被相的系统所共用。初步的系统模型见图1。
结构功能未包含在图1中，因为它不宜用变换术语表达同样，将保护功能表达为输入输出关系可能会妨碍到对它的全面理触如机械安全销的功能是防止机构移出安全区域，这样的保护功能就不能够用变换术语来表达以上功能模型可以清楚地解释从属功能以及主功能与从属功能之间的输入输出关系结机但将此模型作为设计工具(即抽象地描述产品的功能结构)是不太合适的，因为当多个系统集成时，系统之间的关系将变得相当复杂因而难以清楚地表达。
4机电一体化系统的建模与仿真
4.1概述
4.2系统模型建立方法 ：
（1）、机理模型法——也称解析模型 是对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理 经过合理分析简化而建立起来的描述系统各物理量、静态变化性能的数学模型。
（2）、统计模型法——采用由特殊到一般的逻辑、归纳方法 根据一定数量的在系统运行过程中实测、观察的物理数据 运用统计规律、系统辨识等理论合理估计出反映系统各物理量相互制约关系的数学模型。
（3）、混合模型法——当对机电一体化系统的内部结构和特性有部分了解 但又难以完全用机器模型方法表述出来 这时需要结合一定的试验方法确定另一部分不甚了解的结构特性 或是通过实际测定来求取模型参数。这种方法是机理模型法和统计模型法的结合 故称混合模型法。
4.3数学模型
4.4系统仿真
5结论与展望
5.1总结
5.2展望
【篇3】机电一体化8000字论文
机电一体化的研究现状及发展应用前景
前言
机电一体化是微电子技术向传统机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念, 是机械技术与微电子技术相互融合的产物。机电一体化打破了传统的机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等旧模块的划分, 形成了融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的一门新兴的交叉学科。
目前, 国内对机电一体化的涵义有各种各样的认识及各自的出发点和着眼点不尽相同, 再加上机电一体化本身的涵义还在随着生产和科学技术的发展不断被赋予新的内容。到目前为止, 较为人们所接受的涵义是日本机械振兴协会经济研究所1981年3 月提出的解释: 机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展。以机械为主体的工业产品和民用产品, 不断采用诸学科的新技术, 在机械化的基础上, 正向自动化和智能化方向发展, 以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。
机电一体化的内容
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术, 将机械装置与电
子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展, 还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:
( 1) 机电一体化技术是一种技术群的总称。机电一体化是从系统的观点出发, 综合运用机械技术、微电子
技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术, 根据系统功能目标和优化组织目标, 合理配置与布局各功能单元, 在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值, 并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统, 则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
( 2) 机电一体化系统由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体, 具有满足人的使用要求的最佳功能。机电一体化系统主要是指机械系统与微电子系统相互置换和有机结合, 从而赋予新功能的戏能的新一代产品, 有良好的人际协作关系。
( 3) 机电一体化思想体现了“系统设计原理” 和“综合集成技巧”。系统工程、控制论和信息论是机电一
体化的方法论。从某种意义上讲, 机电一体化思想相当于“一体化”思想。它带来了诸如光电一体化、科工贸一体化、人机一体化等技术及其产品。
( 4) 机电一体化与机械电器化的区别。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术, 而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化, 仍属传统机械, 其主要功能依然是代替和放大体力。但是发展到机电一体化后, 其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外, 还能赋予许多新的功能, 如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸, 还是人的感官与头脑的延伸, 具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
机电一体化的现状
近年来机电一体化研究进展很快, 成果累累, 在以下几个方面取得了较快发展。
1. 1 计算机数控机床
计算机数控机床( CNC) 是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化机床。它综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等方面的最新成就, 是典型的机电一体化产品, 是机床发展的必然趋势
【篇4】机电一体化8000字论文
江西机电职业技术学院毕 业 论 文
题 目：YL235A设备设计机械手传送带物料分拣任务五
学 校：
专 业：
机电一体化 班 级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
起止日期；
2011年9月-2012年5月
前言
作为自动化专业的学生，PLC是我们最基础的专业课。众所周知，PLC自从问世以来就在自动控制各个行业发挥着难以取代的核心控制作用。PLC运行可靠，适用于各种恶劣的工业环境，PLC和工控机（IPC）相比，其运行可靠、可扩展性好、便于电气连接、控制更专业，但是工控机良好的人机界面，方便高级语言都是PLC所不能比拟的。
组态软件在很多场合应用于控制，可整个控制的中心往往还是PLC，组态软件（上位机）
所起的控制作用很小。人机界面一般用于简单的动作控制，工艺参数的编制，配方的设定等等，虽然在概念上属于控制范畴，但它并未真正起到核心控制作用，因为真正长期的自动运行控制是由PLC完成。我们不经常使用工控机作为核心控制部分的原因有两点：第一，工控机不适于在很恶略的环境下运行；
第二，工控机经常采用的WINDOWS系统并不能够让人放心，其长期运行效果并不好。
尽管PLC、IPC在自动化控制中扮演不同角色，在许多运行连续时间较短，环境相对比较好的地方，人们还是希望使用IPC进行核心控制。使用IPC进行核心控制有很多种实现方式，当然其中最为简单的办法就是使用组态软件。在工厂和企业里面PLC一直是实现自动化的有效方式，而且目前国内真正懂得PLC的人才太少，希望针对本次实训对我们自动化的人大有裨益。
目
录
1.1 外观 ............................................................................................................................................................ 5
1.2 概述 ............................................................................................................................................................ 5
1.3 实训项目 ................................................................................................................................................... 6
1.4 配置 ............................................................................................................................................................ 6
1.5 配置清单 ................................................................................................................................................... 7
1.5.1 PLC及变频器选配表 ......................................................................................................................... 8
1.6 技术参数 ................................................................................................................................................... 9
第2章 亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置机构说明 ..................................................... 10
2.1 整机工作流程 ........................................................................................................................................ 10
2.2 工作原理 ................................................................................................................................................. 10
2.3 送料机构 ................................................................................................................................................. 11
2.4 机械手搬运机构 ................................................................................................................................... 12
2.5 物料传送和分拣机构 .......................................................................................................................... 13
2.6 气动原理 ................................................................................................................................................. 14
2.7 气缸电控阀使用 ................................................................................................................................... 14
2.8 传感器应用说明 ................................................................................................................................. 157
2.8.1 常用传感器的使用说明 ............................................................................................................ 15
2.8.2 磁性开关的使用说明 ................................................................................................................ 15
第3章 亚龙YL-235A光机电一体化实训考核装置电气电路说明 ................................................. 18
3.1 电气电路组成 ........................................................................................................................................ 18
3.2西门子PLC主机、变频器 ................................................................................................................... 18
3.2.1 端子接线图 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。
3.2.2 西门子PLC控制原理图 .......................................................................................................... 17
3.2.3 西门子I/O分配图 .................................................................................................................... 21
3.2.4 西门子变频器操作 ..................................................................................................................... 22
3.2.5 西门子变频器参数设置 ............................................................................................................ 19
小结...................................................................................................................................................................... 26
参考文献 ............................................................................................................................................................ 27
附录
西门子控制原理图 ...............................................................................................................................................
电气图 ......................................................................................................................................................................
梯形图 ......................................................................................................................................................................
指令表 ......................................................................................................................................................................
第1章 亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置1.1 外观
图1-1 亚龙YL-235A
1.2 概述
亚龙YL－235A型光机电一体化实训考核装置，由铝合金导轨式实训台、上料机构、上料检测机构、搬运机构、物料传送和分拣机构等组成。各个机构紧密相连，学生可以自由组装和调试。
控制系统采用模块组合式，由触摸屏模块、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、接线端子排和各种传感器等组成。触摸屏模块、PLC模块、变频器模块、按钮模块等可按实训需要进行组合、安装、调试。
该系统包含了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、机械传动、气动、触摸屏控制、可编程控制器、传感器，变频调速等多项技术，为学生提供了一个典型的综合实训环境，使学生对过去学过的诸多单科的专业和基础知识，在这里能得到全面的认识、综合的训练和实际运用。
1.3 实训项目
1. 自动检测技术使用实训
2. 气动技术应用实训
3. 可编程控制器编程实训
4. 电气控制电路实训
5. 变频器应用实训
6. 触摸屏应用实训
7. 自动控制技术教学与实训
8. 机械系统安装和调试实训
9. 系统维护与故障检测实训
1.4 配置
该装置配置了触摸屏模块、可编程控制器（PLC）、变频器装置、气动装置、传感器、气动机械手装置、上料器、送料传动和分拣装置等实训机构。整个系统为模块化结构提供开放式实训平台，实训模块可根据不同的实训要求进行组合；
同时学校还可以根据教学需要，配置不同品牌的（PLC）模块和变频器模块以及触摸屏模块，也可以增加其它实训模块。
系统的控制部分采用触摸屏模块和可编程控制器（PLC），执行机构由气动电磁阀-气缸构成的气压驱动装置，实现了整个系统自动运行，并完成物料的分拣。整个实训考核装置的模块之间连接方式采用安全导线连接，以确保实训和考核的安全。
1.5 配置清单
序名称
号
主要元件或型号、规格
数量
单备注
位
1 实训桌 1190×800×840 MM 1 张
2 触摸屏模块
1 块
3 PLC模块
1 台
用户可在清单内选择，4 变频器模块
1 台
详见附表一
三相电源总开关（带漏电和短路保5 电源模块
护）1个，熔断器3只，单相电源插座2个，安全插座5个；
1
块
24 V/6 A、12 V/2 A各一组；
急停按钮1只，转换开关2只，蜂鸣器6 按钮模块
1只，复位按钮黄、绿、红各1只，自锁按钮黄、绿、红各1只，24V指示灯黄、绿、红各2只；
1
套
直流减速电机（24 V，输出转速6
7 物料传送机部件
R/MIN）1台，送料盘1个，光电开1 套
关1只；
单出双杆气缸1只，单出杆气缸1只，气手爪1只，旋转气缸1只，8 气动机械手部件
电感式接近开关2只，磁性开关5只，缓冲阀2只，非标螺丝2只，双控电磁换向阀4只；
1
套
三相减速电机（380 V，输出转速9 皮带输送机部件
40R/MIN）1台，平皮带1355×49×2 MM 1条；
1
套
单出杆气缸3只，金属传感器1只，光纤传感器2只，光电传感器1只，10 物件分拣部件
磁性开关6只，物件导槽3个，单控电磁换向阀3只
1
套
11 接线端子模块 接线端子和安全插座 1 块
12 物料 金属5个，尼龙黑白各5个 15 个
13 安全插线 14 气管 15 PLC编程线缆 16 PLC编程软件
Φ4\Φ6 亚龙
1 1 1 1 1 1 1
程序及相关资料
1 1 1
亚龙 品牌机
1 1 1 1
图1-2
套 套 条 套 条 条 套 套 个 套 台 台 台 套
可选 可选 可选 拷贝版
17 触摸屏与计算机通 18 触摸屏与PLC通信 19 配套工具 20 产品配套光盘 21 线架 22 实训指导书 23 电脑推车 24 计算机 25 空气压缩机 26 塑料泡沫盒
1.5.1 PLC及变频器选配表
序号 名称 型号及规格 单位 数量
三菱PLC主机 1
三菱变频器
FX2N-48MR 台 1
E540，0.75KW 台 1
CPU226CN+EM222CN，西门子PLC主机
AC/DC/RLY
台
1
2
西门子变频器
MM420，0.75KW，（三相输
台
1
入）
CPM2AH-40CDR+CPM1A欧姆龙PLC主机 3
欧姆龙变频器
-8ER
台
1
3G3JV-A4007，0.75KW 台 1
松下PLC主机 4
松下变频器
FPX-L60 台 1
BFV00074，0.75KW 台 1
5 其它
图1-3
1.6 技术参数
1、 交流电源：三相 AC 380V±10% 50 HZ；
2、 温度：-10℃~40℃；
环境湿度：≤90%（25℃）；
3、 实训桌外形尺寸：长×宽×高=1200MM×800MM×840MM；
4、 整机消耗：≤1.5KVA；
5、 安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。
第2章 亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置机构说明
2.1 整机工作流程
图2-1
2.2 工作原理
在触摸屏上按启动按扭后，装置进行复位过程，当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器开始检测；
如果送料电机运行若干秒钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料，这时要停机并报警；
当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，手臂伸出，手爪下降将物料放到传送带上，落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传
送带输送物料，同时机械手按原来位置返回进行下一个流程；
传感器则根据物料的材料特性、颜色特性进行辨别，分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。
2.3 送料机构
图2-2
1－转盘 2－调节支架 3－直流电机 4－物料 5－出料口传感器 6－物料检测支架
放料转盘：
转盘中共放三种物料：金属物料、白色非金属物料、黑色非金属物料。
驱动电机：
电机采用24V 直流减速电机，转速6R/MIN；
用于驱动放料转盘旋转。
物料支架：
将物料有效定位，并确保每次只上一个物料。
出料口传感器：
物料检测为光电漫反射型传感器，主要为PLC提供一个输入信号，如果运行中，光电传感器没有检测到物料并保持若干秒钟，则应让系统停机然后报警。
2.4 机械手搬运机构
图2-3
1－旋转气缸 2－非标螺丝 3－气动手爪 4－手爪磁性开关Y59BLS 5－提升气缸
6－磁性开关D-C73 7－节流阀 8－伸缩气缸 9－磁性开关D-Z73 10－左右限位传感器
11－缓冲阀 12－安装支架
整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。
手爪提升气缸：提升气缸采用双向电控气阀控制。
磁性传感器：用于气缸的位置检测。检测气缸伸出和缩回是否到位，为此在前点和后点上各一个，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；
（在应用过程中棕色接PLC主机输入端，蓝色接输入的公共端）
手爪:
抓取和松开物料由双电控气阀控制，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，在控制过程中不允许两个线圈同时得电。
旋转气缸：机械手臂的正反转，由双电控气阀控制。
接近传感器：机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。（在应用过程中
棕色线接直流24V电源“+”、蓝色线接直流24V电源“-”、黑色线接PLC主机的输入端）
双杆气缸：机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。
缓冲器：
旋转气缸高速正转和反转时，起缓冲减速作用。
2.5 物料传送和分拣机构
图2-4
1－磁性开关D-C73 2－传送分拣机构 3－落料口传感器 4－落料口 5－料槽
6－电感式传感器 7－光纤传感器 8－过滤调压阀 9－节流阀 10－三相异步电机
11－光纤放大器 12－推料气缸
落料口传感器：检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号。
落料孔：物料落料位置定位。
料槽：放置物料。
电感式传感器：检测金属材料，检测距离为3~5MM。
光纤传感器：用于检测不同颜色的物料，可通过调节光纤放大器来区分不同颜色的灵敏度。
三相异步电机：驱动传送带转动，由变频器控制。
推料气缸：将物料推入料槽，由电控气阀控制。
2.6 气动原理
本装置气动主要分为两部分：一、气动执行元件部分有单出杆气缸、单出双杆气缸、旋转气缸、气动手爪。二、气动控制元件部分有单控电磁换向阀、双控电磁换向阀、节流阀、磁性限位传感器。
图2-5气 路 原 理 图
2.7 气缸电控阀使用
图2-6气缸示意图
注：气缸的正确运动使物料分到相应的位置，只要交换进出气的方向就能改变气缸的伸出（缩回）运动，气缸两侧的磁性开关可以识别气缸是否已经运动到位。
图2-7双向电磁阀示意图
注：双向电控阀用来控制气缸进气和出气，从而实现气缸的伸出、缩回运动。电控阀内装的红色指示灯有正负极性，如果极性接反了也能正常工作，但指示灯不会亮。
图2-8单相电磁阀示意图
注：
单向电控阀用来控制气缸单个方向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。与双向电控阀区别在双向电控阀初始位置是任意的可以随意控制两个位置，而单控阀初始位置是固定的只能控制一个方向。
气动手爪控制图：
图2-9手爪控制示意图
当手爪由单向电控气阀控制时，如上图所示，当电控气阀得电，手爪夹紧。当电控气阀断电后手爪张开。当手爪由双向电控气阀控制时，手爪抓紧和松开分别由一个线圈控制，在控制过程中不允许两个线圈同时得电。
2.8传感器应用说明
2.8.1 常用传感器的使用说明
电感式接近传感器由高频震荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。震荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物料接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了震荡器的能量。使震荡减弱以至停滞。震荡器的震荡及停振这两种状态，转换为电信号通过整形放大器转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。
光电传感器是一种红外调制型无损检测光电传感器。采用高效果红外发光二极管\光敏三极管作为光电转换元件。工作方式有同轴反射和对射型。在本实训装置中均采用同轴反射型光电传感器，它们具有体积小，使用简单，性能稳定，寿命长，响应速度快，抗冲击，耐震动，接受不受外界干扰等特点。
2.8.2 磁性开关的使用说明
磁性开关是用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程的。它可分为有触点式和无触点式两种。本装置上用的磁性开关均为有触点式的。它是通过机械触点的动作进行开关的通（ON）断（OFF）。
用磁性开关来检测活塞的位置，从设计、加工、安装、调试等方面，都比使用其他限位开关方式简单、省时。触点电阻小，一般为50～200MΩ，吸合功率小，过载能力较差，只适合低压电路。
响应快，动作时间为1.2MS。耐冲击，冲击加速度可达300m/s2,无漏电流存在。
使用注意事项：
1）安装时，不得让开关受过大的冲击力，如将开关打入、抛扔等；
2）不要把连接导线与动力线（如电动机等）、高压线并在一起；
3）磁性开关的配线不能直接接到电源上，必须串接负载。且负载绝不能短路，以免开关烧坏；
4）带指示灯的有触点磁性开关，当电流超过最大电流时，发光二极管会损坏；
若电流在规定范围以下，发光二极管会变暗或不亮。
第3章 亚龙YL-235A光机电一体化实训考核装置电气电路说明
3.1电气电路组成
本装置电气部分主要有电源模块、按钮模块、可编程控制器（PLC）模块、变频器模块、三相异步电动机、接线端子排等组成。所有的电气元件均连接到接线端子排上，通过接线端子排连接到安全插孔，由安全接插孔连接到各个模块，提高实训考核装置安全性。结构为拼装式，各个模块均为通用模块，可以互换，能完成不同的实训项目，扩展性较强。
3.2西门子PLC主机、变频器
电源模块：三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器、单相电源插座用于模块电源连接和给外部设备提供电源，模块之间电源连接采用安全导线方式连接。
按钮模块：提供了多种不同功能的按钮和指示灯（DC24V），急停按钮、转换开关、蜂鸣器。所有接口采用安全插连接。内置开关电源（24V/6A一组，12V/2A一组）为外部设备工作提供电源。
PLC模块：主机采用西门子S7-200 226继电器输出型+EM222CN（I/O扩展模块），所有接口采用安全插连接。
变频器模块：变频器采用西门子MM420（三相输入），所有接口采用安全插连接。
警示灯：共有绿色和红色两种颜色。引出线五根，其中并在一起的两根粗线是电源线（红线接“+24” ，黑红双色线接“GND” ），其余三根是信号控制线（棕色线为控制信号公共端，如果将控制信号线中的红色线和棕色线接通，则红灯闪烁，将控制信号线中的绿色线和棕色线接通，则绿灯闪烁）。
3.2.2 西门子PLC控制原理图
3.2.2 西门子PLC控制原理图
3.4.3 西门子I/O分配图
输 入 地 址 输 出 地 址
序号 地址 备注 序号 地址 备注
1 I0.0 启动 1 Q0.0 驱动手臂正转
2 I0.1 停止 2 Q0.1 驱动手臂反转
3 I0.2 气动手爪传感器 3 Q0.2 驱动转盘电机
4 I0.3 旋转左限位传感器 4 Q0.3 驱动手爪抓紧
5 I0.4 旋转右限位传感器 5 Q0.4 驱动手爪松开
6 I0.5 气动手臂伸出传感器 6 Q0.5 驱动提升气缸下降
7 I0.6 气动手臂缩回传感器 7 Q0.6 驱动提升气缸上升
8 I0.7 手爪提升限位传感器 8 Q0.7 驱动臂气缸伸出
9 I1.0 手爪下降限位传感器 9 Q1.0 驱动臂气缸缩回
10 I1.1 物料检测传感器 10 Q1.1 驱动推料一伸出
11 I1.2 推了一伸出限位传感器 11 Q1.2 驱动推料二伸出
12 I1.3 推了一缩回限位传感器 12 Q1.3 驱动推料三伸出
13 I1.4 推了二伸出限位传感器 13 Q1.4 驱动报警
14 I1.5 推了二缩回限位传感器 14 Q1.5 驱动变频器
15 I1.6 推了三伸出限位传感器 15 Q1.6 运行指示
16 I1.7 推了三缩回限位传感器 16 Q1.7 停止指示
17 I2.0 启动推料一传感器
18 I2.1 启动推料二传感器
19 I2.2 启动推料三传感器
20 I2.3 启动传送带
3.4.4 西门子变频器操作
3.4.5 西门子变频器参数设置
序号 参数代号 设置值 说明
1 P0010 30 调出出厂设置参数
2 P0970 1 恢复出厂值
3 P0003 3 参数访问级
4 P0004 0 参数过滤器
5 P0010 1 快速调试
6 P0100 0 工频选择
7 P0304 380 电动机的额
8 P0305 0.17 电动机的额定电流
9 P0307 0.03 电动机的额定功率
10 P0310 50 电动机的额定频率
11 P0311 1500 电动机的额定速度
12 P0700 2 选择命令源
13 P1000 1 选择频率设定值
14 P1080 0 电动机最小频率
15 P1082 50.00 电动机最大频率
16 P1120 2 斜坡上升时间
17 P1121 2 斜坡下降时间
18 P3900 1 结束快速调试
19 P0003 3 检查P0003是否是“3”
20 P1040 10 小结
频率设置
三年的大学学习，让我们对机械设计与制造方面的知识有了一个系统而又全新的的认识。毕业设计是我们学习中最后一个重要的实践性环节，是一个综合性较强的设计任务，它为我们以后从事技术工作打下了一个良好的基础，对我们掌握所学知识情况进行了全面而又直观的检测。为了能够较好的完成这次毕业设计，我投入了万分的精力做了充分的准备工作。
首先，我先针对课程设计课题来考虑，在指导老师的指点和帮助下，对所需的资料进行
搜集和整理，根据设计的要求，再对资料做一个简单的归类。
其次，依据指导老师给出的设计任务要求，先制定设计的总体方案，按照指导老师要求的设计进度，一步步的完成此次的设计任务。前几周的数控拆装综合实验，为我此次的毕业设计做了很好的铺垫，让我做起来没有太多陌生的感觉，更加得心应手些。
课程设计虽已结束，但想想我在其中所学到的知识，所遇到的困难，仍记忆犹新。它让我明白了无论是设计新产品，还是改造原先的老产品，都是一个复杂的技术过程，容不得半点含糊。设计人员应先明白设计的目的，了解产品的价值和实用性，其次要对设计的产品进行构思，确定总体方案，查阅资料，最后编写产品的设计说明书，进行绘图。
这次的课程设计培养了我独立设计思考和分析解决问题的能力，拓宽了我的知识面，是一次很好的锻炼机会！感谢指导老师刘曼老师对我此次课程设计的指导!
参考文献
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