大学毕业设计(论文)-浅谈机电一体化技术.doc

xx 高等专科学校毕业设计（论文） xxxx 高等专科学校毕业设计（论文）高等专科学校毕业设计（论文） 毕毕 业业 论论 文文 题题 目目 浅 谈 机 电 一 体 化 技 术 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 0 页 摘摘 要要 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程 领域的技术革命与改造。在机械工程领域，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。 本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展与应用。综述了国内外机电一体 化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。作为机电系的一名学生，将来 工作学习都会以机电为主，所以必须掌握好各种机电的专业知识。我会本着认真的 态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养，接下来我将介绍一下我对机电一体 化技术的认识。 关键词关键词： 机电一体化、技术、应用、发展 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 1 页 目 录 第 1 章 绪论 -1 1.1.本论文的背景和意义 -1 1.2.本论文的主要方法和研究进展 -1 1.3.本论文的主要内容 -2 1.4.本论文的结构安排 -3 第 2 章 机电一体化概要 -4 第 3 章 机电一体化技术发展 -5 3.1.数字化 -5 3.2.智能化 -6 3.3.模块化 -6 3.4.网络化 -6 3.5.人性化 -7 3.6.微型化 -7 3.7.集成化 -7 3.8.带源化 -8 3.9.绿色化 -8 3.10.系统化-8 第 4 章 典型机电一体化产品的发展趋势 -9 4.1.数控机床 -9 4.1.1.高速化 -9 4.1.2.高精度化 -9 4.1.3.复合加工，新结构机床大量出现 -9 4.1.4.使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼 ”-10 4.1.5.数控机床的开放性和联网管理 -10 4.2.自动机与自动生产线 -10 4.3.机电一体化技术的发展趋势 -10 4.3.1.光机电一体化方向 -11 4.3.2.柔性化方向-11 4.3.3.智能化方向 -11 第 5 章 机电一体化技术在钢铁企业中的应用 -12 5.1.智能化控制技术(IC) -12 5.2.分布式控制系统(DCS) -12 5.3.开放式控制系统(OCS) -12 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 2 页 5.4.计算机集成制造系统(CIMS) -13 5.5.现场总线技术(FBT) -13 5.5.1.现场通信网络 -13 5.5.4.通信线供电 -14 5.6.交流传动技术 -14 第 6 章 机电一体化技术在轧钢厂中的应用 -15 6.1.什么是轧钢 -15 6.2.轧钢生产过程极其制定 -15 6.3.钢的轧制 -15 第 7 章 机电一体化技术在机器人中的应用 -17 7.1.网络机器人技术-17 7.2.虚拟机器人技术-17 7.3.多智能体协调控制技术-18 7.4.微型和微小型技术-18 7.5.软机器人技术-18 7.6.新型机构、新型控制器、新型传感器及体系结构的研究-18 第 8 章 机电一体化技术在汽车中的应用 -19 8.1.仪表电子化-19 8.2.仪表指示形式将演变成计算机终端显示器-19 8.3.仪表功能拓宽-19 8.4.仪表将广泛应用于电光学技术-20 第 9 章 我国发展“机电一体化”面临的形势和任务-21 9.1.我国“机电一体化”工作面临的形势-21 9.2.我国“机电一体化”工作的任务-21 第 10 章 我国发展“机电一体化”的对策 -23 10.1.加强统筹安排，协调发展计划 -23 10.2 强化行业管理，发挥“协会”作用。 -23 10.3.优化发展环境、增大支持力度 -23 10.4.突出发展重点，兼顾“两个层次” -24 结论 -25 致谢 -26 参考文献 -27 (著作图书文献) -27 （其它外来资料文献） -27 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 0 页 第第 1 章章 绪论绪论 1.1.本论文的背景和意义本论文的背景和意义 背景：背景：大学即将毕业，在大学学了三年的机电一体化技术专业知识，感受到现 代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，并导致了工程领域 的技术革命与改造。在机械工程领域，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、产品结构、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，所以要对专业的深入议论。 目的：目的：综合三年来机电一体化技术专业课程的重要依据，总结专业基础和专业 技术的学习成果，锻炼和开发的综合运用能力，对相关课程的知识撰写。 意义：意义：必须明确，“机电一体化”具有“技术”与“产品”两方面的内容。机 电一体化技术主要指其技术原理和机电一体化系统（或产品）得以实现、使用和发 展的技术。机电一体化产品主要是指机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予 新功能和性能的新一代产品。 1.2.本论文的主要方法和研究进展本论文的主要方法和研究进展 理论依据：理论依据：现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透， 导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，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。 研究方法：研究方法：复习整理三年专业书籍，将在学校图书馆借阅大量于之有关的资料， 来吸收相关的知识，利用当今网络资源广泛收集有用的资料，通过社会调查和人际 交往来获取有关信息。 研究内容：研究内容：机电一体化技术在仪表、机械、汽车、通讯、电站、冶金、化工及 轨道车辆等行业中的应用、技术、发展。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 1 页 机械 工程学 电子 工程学 控制信息工 程学 机电 一体 化 测试技术 传感技术 系统工程学 生产工程学 计算机工程学 信息处理 通讯工程学 机械力学 机构学 材料力学 液压与气动 精密加工 机械零件与机械设 计 电子电路 电气工程学 微电子学 光学 机器人工程学 1.3.本论文的主要内容本论文的主要内容 “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已成为一门有着自身体系的新型学科，并且伴随着科学技 术的不断进步还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：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。 因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，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 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 2 页 气化在概念上的根本区别。机械工程技术有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的体力。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眼神，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。 1.4.本论文的结构安排本论文的结构安排 综合三年来所学所有相关课程的知识撰写。 要求： 1.叙述机电一体化的内容、作用。 2.机电一体化技术核心与相关支撑技术 3.机电一体化的构架等 4.机电一体化技术典型应用实例 5.总结 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 3 页 第第 2 2 章 机电一体化概要机电一体化概要 机电一体化是指在机构得主功能、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：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。 因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，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。机械工程技术有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的体力。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眼神，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。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 4 页 第第 3 章机电一体化技术发展章机电一体化技术发展 “机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪 60 年代末作商业注册时最 先创用的。当时及 70 年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内 早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行 使用。 80 年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产 品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统 等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械电子系统在高度控制、排气 控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。 信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用 上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集 成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产 生了“光机电一体化”的新领域。 进入 90 年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚 拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机 电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术 的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结 合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。 虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机 电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了 21 世纪。机电一体化是机 械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于 相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人 性化、微型化、集成化、带源化和绿色化 3.1.数字化数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机 器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、 计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 5 页 可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和 修复。 3.2.智能化智能化 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 体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里 所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、 运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法， 模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的 控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是 不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的 部分智能，则是完全可能而又必要的。 3.3.模块化模块化 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。由于利益冲 突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。 显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电 一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业 带来美好的前程。 3.4.网络化网络化 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、教育义举人么日常生活都带来了巨大的 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 6 页 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。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利 用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统 (computer integrated appliance system, CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便 利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。 3.5.人性化人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、 情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、 造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机 器人的最高境界就是人机一体化。 3.6.微型化微型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统 (Micro Electronic Mechanical Systems，简称 MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、 微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一 体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988 年美国加州大学 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来，国内外在 MEMS 工艺、材 料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种 MEMS 器件和系统，如各种 微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微 粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 3.7.集成化集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复 合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现 多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 7 页 统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通 过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 3.8.带源化带源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。 由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有 独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 3.9.绿色化绿色化 科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减 少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展， 绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒 适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类 健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品 寿命结束时，产品可分解和再生利用。 3.10.系统化系统化 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，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和 综合管理。系统化的表现特征之二是通信功能的大大加强，特别是人格化发展引人 注目，即未来的机电一体化更加注重产品和人的关系。机电一体化的人格化有两层 含义：一是机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智 能、感情、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体 化；另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 8 页 第第 4 章章 典型机电一体化产品的发展趋势典型机电一体化产品的发展趋势 4.1.数控机床数控机床 目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 320 万台），但数控机床只占约 5且大多数是普通数控（发达国家数控机床占 10）。近些年来数控机床为适应 加工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 4.1.1.高速化高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有 30004000r/min 提高到 800010000r/min；铣床和加工中心主轴转速由 40008000r/min 提高到 1200040000r/min 以上；快速移动速度由过去的 1020m/min 提高到 48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同时要 求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的 0.5G（重力加速度）提高到 1.5G2G，最高可达 15G；直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主 轴电机。 4.1.2.高精度化高精度化 数控机床的定位精度已由一般的 0.010.02mm 提高到 0.008 左右；亚微米级机 床达到 0.0005mm 左右；纳米级机床达到 0.0050.01um；最小分辨率为 1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已问世。 数控中两轴以上插补技术大大提高， 纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1u 的圆度，插补前多程序预读，大大提 高了插补质量，并可进行自动拐角处理等。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 9 页 4.1.3.复合加工，新结构机床大量出现复合加工，新结构机床大量出现 如 5 轴 5 面体复合加工机床，5 轴 5 联动加工各类异形零件。同时派生出各种新 颖的机床结构，包括 6 轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采用特殊机械结构，数 控的特殊运算方式，特殊编程要求。 4.1.4.使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼如虎添翼 ” 如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大 大提高效率。加工刚件切削速度能达 1000m/min，加工铝件能达 5000m/min。 4.1.5.数控机床的开放性和联网管理数控机床的开放性和联网管理 数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数 控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段 的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等 各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主 要潮流。 4.2.自动机与自动生产线自动机与自动生产线 在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化 设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：200080000 瓶/h 的啤酒 自动生产线瓶/h 的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各 种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP 型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现 代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光 电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比 10 多年前跃升了一大步，其 技术水平已达到或超过发达国家上一世纪 80 年代后期的水平。使用这些自动机和生 产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 10 页 4.3.机电一体化技术的发展趋势机电一体化技术的发展趋势 以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网 络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会 和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化 技术将向以下几个方向发展： 4.3.1.光机电一体化方向光机电一体化方向 一般机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部 件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系 统的传感系统、能源系统和信息处理系统。 4.3.2.柔性化方向柔性化方向 未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性” ，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是 相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同 环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总 的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性） ，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。 4.3.3.智能化方向智能化方向 今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主 要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 11 页 第第 5 章章 机电一体化技术在钢铁企业中的应用机电一体化技术在钢铁企业中的应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据 通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大 系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化 技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 5.1.智能化控制技术智能化控制技术(IC) 由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难 以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系 统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、 控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢 系统、炼钢连铸轧钢综合调度系统、冷连轧等。 5.2.分布式控制系统分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和 智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对 生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控 制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、 生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系 统。CS 具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性 高等特点。CS 是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能， 采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 12 页 型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的 主要潮流。 5.3.开放式控制系统开放式控制系统(OCS) 开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体 系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计 的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工 业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集 成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 5.4.计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS) 钢铁企业的 CIMS 是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实 现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前 钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信 息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企 业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节 能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化， 关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一 些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 CIMS 化。 5.5.现场总线技术现场总线技术(FBT) 现场总线技术是对自动化领域的一场变革。由于现场总线简单、可靠、经济实 用，已成为当今自动化领域发展的热点之。目前，新建的连铸机已经开始使用现 场总线技术。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多 分支结构的通信网络。现场总线的含义主要体现在以下几个方面： 5.5.1.现场通信网络现场通信网络 传统的分散型控制系统(DCS)通信网络截止于控制站或输入输出单元，现场仪表 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 13 页 仍然是一对一模拟信号传输。现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备 或现场仪表互联的现场通信网络，把通信线一直延伸到生产现场或生产设备。 5.5.2.互操作性互操作性 互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备，不仅可以相互通信，而且可以 统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。 5.5.3.分散功能块分散功能块 现场总线控制系统(FCS)废弃了分散型控制系统(DCS)的输入输出单元和控制 站，把 DCS 控制站的功能块分散给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如流量变送 器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入功能块，而且有 PID 控制和运算功能块。 5.5.4.通信线供电通信线供电 现场总线的常用传输线是双绞线，通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线 上摄取能量。这种低功耗现场仪表可以用于安全环境，与之配套的还有安全栅。有 的企业生产现场有可燃性物质，所有现场设备必须严格遵守安全防爆标准，现场总 线也不例外。 5.6.交流传动技术交流传动技术 传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术 的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在 不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技 术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无 论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。 交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 14 页 第第 6 章章 机电一体化技术在轧钢厂中的应用机电一体化技术在轧钢厂中的应用 6.1.什么是轧钢什么是轧钢 轧钢，旋转的轧辊间改变钢锭，钢坯形状的压力加工过程叫轧钢。轧钢的目的 与其他压力加工一样，一方面是为了得到需要的形状；另一方面是为了改善钢的内 部质量，我们常见的汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、 镀锌板、镀锡板，包括火车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。 6.2.轧钢生产过程极其制定轧钢生产过程极其制定 什么叫轧制生产工艺过程？ 由锭或坯轧制成符合技术要求的轧材的一系列加工工序的组合，组织生产工艺 过程，确定加工工序，首先要保证生产出的产品符合质量要求（或称技术要求）， 同时要尽量提高产量、降低消耗，这就是我们常说的“优质、高产、低消耗”，如 何“优质、高产、低成本”的生产出符合技术要求的轧材制定工艺流程的总任务和 总依据。 6.3.钢的轧制钢的轧制 轧出合乎质量要求的轧材，轧钢工序是非常重要的，是保证产品质量的一个中 心环节。 轧钢工序有两大任务：精确成型，改善组织和性能 。 影响精确成型的因素有：合理的孔型设计（型钢），辊型设计（板带钢）压 下规程及轧机调整；轧制过程工艺参数稳定，如：温度、速度、张力等 。 压下规程：内容是确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每道次压下量 。 影响组织和性能的因素： 变形程度：应保证改善铸态组织，保证压缩比和细致均匀的晶粒度（变形程度 较大，压应力状态强，有利于改善组织，性能）。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 15 页 变形温度：钢材：性能组织终轧温度开轧温度 （钢坯在不影响质量的前提下尽量提高开轧温度）开轧温度的确定原则：必须 以保证终轧温度为依据 终轧温度：按照相图确定轧制制度。终轧温度因钢种不同而不同，主要取决于 产品技术中规定的组织性能，如果产品在热扎以后没有热处理，那么终轧温度的选 择便以获得的所需要的组织性能为目的。 在轧制亚共析钢时，一般终轧温度应小于 Ar3 线约 50100， 以便在终轧以后迅速冷却到相变温度，获得细化的晶粒，若终轧温度过高，破碎的 晶粒会继续长大，得到粗晶组织，降低机械性能。若低于 Ar3 线，在（+） 区进行了一定的塑性变形，将导致加工硬化，塑性降低，变形抗力提高（因为在同 样温度下，易变形，不易变形，导致不同相变形不均匀，从而引起附加应力； 另一方面，在基体上出现，可将看作硬的夹杂物，它将强烈阻止位移的移 动，而在该处形成位错堆积，引起应力集中，在一定条件下形成断裂。若在基体 上出现，这将使强固的机体削弱，同样也引起应力集中易使金属过早断裂。 过共析钢的终轧温度应比 SK 线高出 100150，低于 SK 线，易析出石墨出现 裂纹，高于 SK 线在晶粒边界析出的网状碳化物不能破碎，使钢材的机械性能恶化。 变形速度（轧制速度）：提高可提高质量；头尾温差减小，对质量好，但速度上升 受电机能力、轧机设备、强度、机械化自动化水平以及收入条件等限制。 xx 高等专科学校毕业设计（论文） 第 16 页 第第 7 章章 机电一体化技术在机器人中的应用机电一体化技术在机器人中的应用 机器人是 20 世纪人类最伟大的发明之一。从某种意义上讲，一个国家机器人技 术水平的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。机器人已在工业领域得到了广 泛的应用，而且正以惊人的速度不断向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。 毋庸质疑，21 世纪机器人技术必将得到更大的发展，成为各国必争之知识经济至高 点。 在计算机技术和人工智能科学发展的基础上，产生了智能机器人的概念。智能 机器人是具有感知、思维和行动功能的机器，是机构学、自动控制、计算机、人工 智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成 果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务， 比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。智能机器人 作为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的位置， 如核工业、水下、空间、农业、工程机械（地上和地下）、建筑、医用、救灾、排 险、军事、服务、娱乐等方面，可代替人完成各种工作。同时，智能机器人作为自 动化、信息化的装置与设备，完全可以进入网络世界，发挥更多、更大的作用，这 对人类开辟新的产业，提高生产水平与生活水平具有十分现实的意义。 因此，面向先进制造的工业机器人和面向非制造业的先进机器人的研究、开发 和应用将成为 21 世纪智能机器人的两个重要发展方向。 目前，围绕未来的机器人需要研究开发如下一些关键技术：