机电控制论文

1、从液压机微机控制系统看机电一体化 机自08-2 崔健 03080894机电一体化技术是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的应用技术与系统技术, 它是一门新兴的高新技术。机电一体化产品既不同于传统的机械产品, 又不同于普通的电子产品, 而是新型的机械与微电子器件结合而开发出来的一代电子化机械产品。应用机电一体化技术完成了对3150KN动拉伸液压机的技术改造。1 液压机应用微机控制系统改造前后的变化双动拉伸液压机是一种通用型液压机, 广泛用于轻工、锻压、电子等行业, 每年国内销量几千台。原双动拉伸液压机有几个老大难问题一直未得到很好的解决。（1）触点故障率高。原机中使用了较多的有接点的元器件,

2、 如行程开关、电接点压力表、中间继电器、时间继电器等, 随着使用时间的增加, 触点烧蚀及尘埃附着都会使触点发生故障, 可靠性下降, 影响整机设备的使用效率。（2）原机中缺乏必要的保护功能。在双动拉伸液压机拉伸过程中, 突然出现压边压力降低或失去, 将造成模具的拉伤或损坏。此外, 拉伸滑块回程超限、拉伸压力超压、油温超高等都对整机有影响, 因此迫切需要增加这些必要的保护。但是, 由于原机是用中间继电器组成的逻辑线路, 如果增加保护功能, 那么逻辑线路相当复杂, 体积相当大, 易发生故障, 而且响应速度慢。（3） 原机中隐藏着不安全因素。目前的双动拉伸液压机至少要两个人才能工作,两人配合不好, 就

3、会出废品或人身事故。在对3150KN双动拉伸液压机的改造中, 我们利用MCS-51系列单片机实现了液压机的微机控制。1.1液压机微机控制系统的特点(1)使用了MCS-51 系列单片机作为主要控制器件, 其位置信号输入、油压信号输入、电磁阀的驱动及时间控制均为无触点, 反应灵敏、准确无误, 具有较高的可靠性和控制精度。用位置传感器取代了行程开关。位置传感器选用光电编码器。用户也可以选用接近开关作为位置传感器, 不仅无触点动作, 而且开关动作频率高, 重复精度高,使用后将220V 电压变成了12V 安全电压, 且省去了更换模具、手动调机时上下移动行程开关的麻烦, 方便了操作。用压力传感器取代了电接

4、点压力表。我们选用了应变式压力传感器, 使整机的控制精度得以提高, 产品质量得到保证。 用固态继电器取代了中间继电器。固态继电器是一种新型无触点开关, 它工作可靠, 寿命长、无噪声、无电磁干扰, 其输入输出端有光祸隔离, 抗干扰能力强, 开关速度快、灵敏度高, 它能与微机的TTL 兼容, 以微小的控制信号达到直接驱动大电流的负载。用单片机定时器取代了时间继电器。单片机有两个定时器, 一个作为工作时间计时, 另一个作为延时器用, 可以反复调用和重复使用。(2) 实现了全自动工作。整个工艺过程自动循环进行, 生产率较高。(3) 压边滑块与拉伸滑块均有定程、定压工艺选择。交叉匹配, 可有四种工艺方式

5、, 满足了多品种工件拉伸的需要。(4) 本系统有编程工作方式, 司机可随时设定与修改主要工艺参数及选择工艺方式。其设定与修改值具有掉电保护。(5)操作简单。自动工作时, 不管顶出缸、压进缸、拉伸缸的位置如何, 只需按“ 自动开始”键, 即可自动循环工作。手动工作时, 有点动和持续两种。单键有效, 调机使用很方便。(6)扩展了四路保护功能。在拉伸过程中压边压力降低或失去, 整个系统自动告警并停机;拉伸滑块回程超限、拉伸滑块超压及油温超高都能自动告警并停机。(7)显示功能丰富。除有压边压力、拉伸压力􀀁 位数字显示外, 还有发光二极管组成的告警显示、工艺流程显示及电磁阀通断显示,

6、并扩展了工件记数、工件累计记数、累计记时数字显示, 既便于司机及时了解运行状态, 又便于设备的管理与维护。(8)微机控制装置体积小, 成本低, 其面板为触摸式, 防水、防尘, 美观大方。(9)本系统可与数字泵配套使用, 以其达到节能及适应新的工艺要求的目的。1.2液压机微机系统的配置如下图所示，主电路分置于四块印刷线路板上, 一方面接受传感器7发来的位置、压力、流量及温度信号, 另一方面, 根据工艺流程图位置, 将输入参数与给定值及工艺调速曲线相比较, 经过逻辑判断与运算, 给电磁阀、数字式液压泵及电动机发出调节与控制信号。2 机电一体化的基本结构机电一体化基本结构框图见图2。机械本体和动力装

7、置就是原来机械产品的机械结构和动力部分。执行机构是指运动部件, 它的种类繁多, 通常为电动式、气动式或液动式, 本例中的电磁阀和数字泵上的步进电机就是执行机构。传感器是完成信号采集任务的部件, 没有它, 机电一体化产品和装置就无法达到测控的目的。目前, 传感器的发展趋向是集成化和智能化。计算机承担整机的指挥和控制任务, 并能记忆、思考和判断问题, 它将来自传感器的检测信息集中、储存并进行处理, 然后按照一定的程序和节奏发出各种指令去指挥和控制整个系统的运行。支持机电一体化的技术可归纳为：检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、精密机械技术、系统总体技术等6个方面。机电一体化不仅

8、在机械产品中注入过去所没有的新技术, 即把电子器件的信息处理和控制功能“ 柔和”到机械装置之中, 而且更重要的实质在于机电一体化从系统观点出发, 应用机械、电子与信息等有关技术, 对它们进行有机的组织、渗透和综合, 实现系统整体最佳化。3 机电一体化的生命力所在集成电路是当代最有代表性的技术之一, 机电一体化主要是将集成电路和计算机技术直接应用于各种生产和控制设备,以扩大其功能, 提高其效率, 因此集成电路是机电一体化技术的核心部件之一。随着集成电路的密度日益提高, 使机电一体化技术具备了旺盛的生命力。微处理机具有高速运算能力, 很强的逻辑判断功能和丰富的接口能力, 使它通过执行机构方便地与机

9、械本体相连接, 再通过传感器反馈, 就自然地形成了闭环控制系统, 这其中集成度极高的CPU 具有高速运算能力与很强的逻辑判断功能, 加以电子元件的适当组合, 就可以取代原机械结构复杂的控制方式, 使其控制性能大大提高。利用CPU的很强的逻辑判断功能, 使设备智能化程度大大提高, 这也是机电一体化的重要特点。以液压机为例, 由于停机状态是随机的, 利用微机的智能, 即CPU的逻辑判断功能, 自行判断当前位置并发出相应的命令, 使整个工作过程真正实现了全自动。机电一体化是着眼于系统控制的技术, 微机特有的丰富的接口能力为组成系统提供了极大的方便, 通常认为, 接口不仅具有变换功能, 完成不同模式信

10、号的统一,并且具有放大与传递功能, 使信号按照规定模式进行传递。在液压机中, 位置信号、压力信号、油温信号及对电磁阀的控制信号都是通过接口来实现的。由于机电一体化采用了微处理机的新型传动技术, 使产品结构简化、性能提高,具有自动检测、自动记录、自动控制与调节、自动诊断与保护等智能化功能, 使传统的机械产品在功能上产生了质的变化。4 未来机电一体化的发展方向1.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，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

11、控制目标。 2.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。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。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。 3.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。 4.绿色化：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，报废后能回收利用。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。 5.系统化：其表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模