機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)精選(九篇)
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第1篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
【關(guān)鍵詞】地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
地鐵車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)( EMCS) 通過中央級(jí)、車站級(jí)和就地級(jí)三級(jí)對(duì)車站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控, 通過中央級(jí)和車站級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)管理。車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)全線各個(gè)車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水設(shè)備、自動(dòng)扶梯、電梯、車站公共區(qū)照明、廣告照明、車站事故照明電源、屏蔽門及人防密閉隔斷門等車站設(shè)備進(jìn)行全面、有效的自動(dòng)化監(jiān)控及管理，確保設(shè)備處于高效、節(jié)能、可靠的最佳運(yùn)行狀態(tài)，并創(chuàng)造一個(gè)舒適的地下環(huán)境，此外在火災(zāi)等災(zāi)害或阻塞事故狀態(tài)下，能夠更好地協(xié)調(diào)車站設(shè)備的運(yùn)行，充分發(fā)揮各種設(shè)備應(yīng)有的作用來保證乘客的安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。
一、系統(tǒng)設(shè)置目的
地下鐵路作為現(xiàn)代化城市建設(shè)的標(biāo)志之一，因其具有無污染、低噪音、高速度等優(yōu)點(diǎn)，目前已被越來越多的城市所采用。機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)( EMCS) 是將計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制對(duì)象主要為地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、正常照明設(shè)備及電扶梯等設(shè)備。其主要作用為：對(duì)地鐵內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)視和控制，使其在正常情況下滿足乘客舒適度的要求，并在緊急情況下提供正確可靠的信息來保證乘客等人員安全。其中，由于地鐵工程的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與一般的地上建筑完全不同，其溫濕的變化既有它的周期性，也有受外界干擾的隨機(jī)變化無規(guī)律性，因此，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)容量大且復(fù)雜。在這種情況下，如果沒有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，只靠工作人員人為去控制是根本無法實(shí)現(xiàn)的。所以在全線設(shè)置EMCS 系統(tǒng)非常重要。設(shè)置機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是想借一斑而窺全貌，想以此達(dá)到反映整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，確保以上這些系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行的目的。特別是在地下車站發(fā)生火災(zāi)事故的情況下，能夠使有關(guān)救災(zāi)設(shè)施按照設(shè)計(jì)工況及時(shí)有效地運(yùn)行，從而保障人身安全。
二、地鐵監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
1、環(huán)境條件特殊
地鐵建筑所處環(huán)境具有特殊性，由于機(jī)車為電力牽引,且地下相對(duì)外界隔絕，環(huán)境潮濕。既不同于地面商用建筑物，一般所處環(huán)境較好，電磁干擾較輕，也不同于工廠金屬粉塵等有害物質(zhì)較多，環(huán)境惡劣。
2、功能要求特殊
地下鐵路屬于公共交通行業(yè), 是城市交通的一面窗口，是面向乘客的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，反映了城市的先進(jìn)程度。這種服務(wù)除了人的因素以外，設(shè)備的安全、可靠、高效、節(jié)能所帶來的舒適感、安全性也非常重要。不同于智能樓宇側(cè)重于辦公自動(dòng)化、通信自動(dòng)化、長時(shí)間工作下環(huán)境智能調(diào)節(jié)的要求,地鐵建筑監(jiān)控系統(tǒng)則更側(cè)重有利于安全行車管理、變化客流下的環(huán)境調(diào)節(jié)、災(zāi)害情況下的疏散導(dǎo)引、相關(guān)設(shè)備在各種情況下的有效運(yùn)行。
三、監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能
1、車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)組成由設(shè)置于車站環(huán)控電控室和車站控制室( SCR) 的可編程序控制器( PLC) 采集現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊線傳遞到車站級(jí)服務(wù)器及監(jiān)控工作站，車站監(jiān)控人員再通過工作站下達(dá)控制指令，由PLC 傳遞到現(xiàn)場設(shè)備完成。
2、中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)由中央級(jí)局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包括主備監(jiān)控主機(jī)、主備服務(wù)器、檔案管理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、打印機(jī)服務(wù)器、大屏幕顯示系統(tǒng)和UPS 等設(shè)備。
3、就地級(jí)監(jiān)控設(shè)備組成：作為車站級(jí)監(jiān)控設(shè)備PLC 控制器的組成部分，遠(yuǎn)程I/ O 設(shè)備直接與現(xiàn)場設(shè)備連接，采集從現(xiàn)場傳感器檢測到的各類信號(hào)；同時(shí)，遠(yuǎn)程I/ O 也將上級(jí)下達(dá)的控制任務(wù)，直接傳遞到現(xiàn)場的閥門、開關(guān)及電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成系統(tǒng)的控制指令。對(duì)于關(guān)鍵性的監(jiān)控場合，使用帶CPU 處理器的遠(yuǎn)程I/ O 來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制功能。
4、地鐵監(jiān)控系統(tǒng)從全線功能來講，包括了設(shè)在全線調(diào)度指揮中心的中央級(jí)功能，設(shè)在各個(gè)車站控制室和環(huán)控電控室的車站級(jí)功能，以及設(shè)在被控設(shè)備附近的就地級(jí)功能。
車站級(jí)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理本車站的被控設(shè)備。接收中央級(jí)下達(dá)的指令，完成其控制要求，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)車站的環(huán)境監(jiān)控、其他機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控管理和導(dǎo)向設(shè)備監(jiān)控。
四、車站級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式
車站局域網(wǎng)采用1: N 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方式，局域網(wǎng)上設(shè)置服務(wù)器，通過集線器可同時(shí)與所有子網(wǎng)控制器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換，通信方式采用輪回仲裁方法，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。該方案屬于集中式通信策略，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，易于擴(kuò)充，但需要的數(shù)據(jù)通路多，而且工作站處容易形成通信故障的瓶頸。
2、環(huán)形以太網(wǎng)形式
局域網(wǎng)通過連接設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)連接成環(huán)型，系統(tǒng)各控制器作為環(huán)網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)互通信息。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用TCPPIP 協(xié)議組標(biāo)準(zhǔn)，通信方式為CSMAPCD。由于以太網(wǎng)是一個(gè)非常開放的網(wǎng)絡(luò)，且通訊能力強(qiáng)大，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備成熟。但其傳輸效率的能力相對(duì)薄弱，如果采用高可靠、高品質(zhì)的交換機(jī)作為連接設(shè)備，利用它的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，建立邏輯上的多通道，則可以較好地解決這一問題。另外，為了保證系統(tǒng)的控制和信息的響應(yīng)時(shí)間，可選擇通信速率為100Mbps 的高速以太網(wǎng)。
3、工業(yè)總線形式
系統(tǒng)各控制器作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在總線網(wǎng)上，利用總線作為節(jié)點(diǎn)的共同信道互通信息。采用廣播或主從等方式通信。這種總線方式，通訊效率高，節(jié)點(diǎn)增加容易。常用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，通信效率和可靠性依據(jù)大量的工業(yè)實(shí)踐有所保證。但不同廠家的總線系統(tǒng)有各自的數(shù)據(jù)通信特點(diǎn)，相應(yīng)的總線產(chǎn)品有其自己的市場定位，在開放性方面都有所努力，以達(dá)到通用性的目的。
五、設(shè)備選型分析
車站級(jí)局域網(wǎng)的高效運(yùn)行，往往取決于網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和信息傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，而控制器的選擇又直接關(guān)系到系統(tǒng)控制性能的高低。在高速以太網(wǎng)尚未普及之前，大多數(shù)以太網(wǎng)10Mbps，沒有交換機(jī)的需求。對(duì)于百兆以太網(wǎng)，選用高品質(zhì)10P100Mbps 自適應(yīng)端口的交換機(jī)，可以使其連接的每個(gè)端口設(shè)備擁有足夠的帶寬。其自動(dòng)偵測交換和全雙工功能，使網(wǎng)絡(luò)有著良好的擴(kuò)充延伸性能。而支持冗余雙環(huán)硬件自動(dòng)切換的功能，使以太網(wǎng)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)成為可能， 這樣就在網(wǎng)絡(luò)故障自愈能力上提高了系統(tǒng)的可靠性。
采用多模光纜作為傳輸介質(zhì)，避免了強(qiáng)電磁感應(yīng)、高電壓引起的干擾。選用帶有鋼護(hù)帶，具有良好抗拉伸和抗側(cè)壓，以及防濕防潮性能的光纜，更有利于在地下的安裝敷設(shè)和系統(tǒng)傳輸可靠性的提高。
作為車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件，控制器的處理能力、處理速度、擴(kuò)展能力、可靠性、易維護(hù)性等諸多方面都要有所考慮。而PLC 在這些方面則有很好的性能和實(shí)踐。在對(duì)實(shí)際數(shù)量的IPO 數(shù)據(jù)收發(fā)的同時(shí)，有大量的中間處理數(shù)據(jù)，選擇CPU 的處理能力就要遠(yuǎn)大于實(shí)際的IPO 數(shù)量。對(duì)于不同的指令，處理速度有幾倍，甚至幾十倍的差別，選擇基本賦值指令作為參考，具有可比性。為提高可靠性，如一臺(tái)PLC 被診斷故障，另一臺(tái)必須保證所有下層設(shè)備及數(shù)據(jù)通訊不間斷、無擾動(dòng)的繼續(xù)正常運(yùn)行，PLC 常需要冗余配置。配置方式有單電源- 雙CPU、雙電源- 單CPU、雙電源- 雙CPU的多種組合, 采用后一種及雙背板結(jié)構(gòu)，更能保證PLC 的完全冗余。采用標(biāo)準(zhǔn)化選件、模塊化結(jié)構(gòu)、可帶電插拔方式等，為運(yùn)營維修部門的現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)和日后系統(tǒng)的擴(kuò)展創(chuàng)造了條件。
總結(jié)
地鐵機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控是一項(xiàng)十分重要的控制技術(shù)，也是一項(xiàng)繁雜的系統(tǒng)工程，涉及許多專業(yè)的設(shè)備監(jiān)控及運(yùn)行要求，有著地鐵行業(yè)的特殊性。這就要以接口協(xié)調(diào)配合為基礎(chǔ)，設(shè)備選型為根本，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造為條件，以管理措施為保證，以實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)作為優(yōu)化的前提，才能使得地鐵監(jiān)控系統(tǒng)有更好的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
第2篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
【關(guān)鍵詞】機(jī)電；數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)；分層；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
采用計(jì)算機(jī)操作可以將機(jī)電結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的導(dǎo)入，這就是機(jī)電結(jié)構(gòu)分層系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，本文重點(diǎn)對(duì)機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義以及形式進(jìn)行了詳細(xì)的分析，目的是提高機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，供相關(guān)的設(shè)計(jì)人員參考。
二、機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義
機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的就是將產(chǎn)品技術(shù)資料光盤進(jìn)行電子化轉(zhuǎn)換后，把提取的有用信息放入機(jī)電數(shù)據(jù)樣表，然后通過其自動(dòng)轉(zhuǎn)換成可導(dǎo)入信息管理系統(tǒng)的機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層文件。機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層文件是信息管理系統(tǒng)中重要的輸入數(shù)據(jù)，是編制采購計(jì)劃及實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)的依據(jù)，其制作質(zhì)量是否準(zhǔn)確、規(guī)范直接關(guān)系到企業(yè)的配件庫存及產(chǎn)品維護(hù)的成本。未開發(fā)軟件之前，機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層是通過人工來完成的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，特別是對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜且配件數(shù)量比較多的機(jī)電產(chǎn)品人工分層顯得尤為煩瑣，極易出現(xiàn)漏分及父子關(guān)系關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤，這嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的正確性，且無法保證時(shí)限性。機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層工作的自動(dòng)化，從根本上解決數(shù)據(jù)分層工作中的大量人力耗費(fèi)問題，可為企業(yè)信息化管理系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確、規(guī)范的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分層信息的共享及更新的便捷化，真正達(dá)到了配件的計(jì)劃與控制。
三、機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)
1、采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)。機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層的整個(gè)過程所使用的數(shù)據(jù)庫管理軟件只是用來存儲(chǔ)提取到的基本數(shù)據(jù)、根據(jù)關(guān)聯(lián)處理規(guī)則分層后的數(shù)據(jù)表是EXCEL格式的文件載體，處理結(jié)果依用戶設(shè)置自動(dòng)保存，該軟件使用SQLServer2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，即可滿足用戶將來要求保存一定量數(shù)據(jù)的要求，也能滿足對(duì)這些基本數(shù)據(jù)的處理功能。
2、采用了多線程編程技術(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層功能模塊通過采用多線程編程技術(shù)，提高應(yīng)用程序響應(yīng)度，使處理器效率更高，且占用較少的系統(tǒng)資源。
3、桌面編程技術(shù)。當(dāng)前桌面應(yīng)用開發(fā)技術(shù)還是首推Delphi。Delphi是一個(gè)以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)為中心的應(yīng)用程序開發(fā)工具，具有基于窗體和面向?qū)ο蟮姆椒ā⒏咚俚木幾g器及強(qiáng)大而成熟的組件技術(shù)等特性，因此該軟件是基于Delphi7.0環(huán)境開發(fā)而成。
四、數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)及實(shí)現(xiàn)
ADO是Microsoft為數(shù)據(jù)訪問范例OLEDB而設(shè)計(jì)，是一個(gè)便于使用的應(yīng)用程序接口。ADO通過OLEDB提供訪問和操作數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，特點(diǎn)是速度快、內(nèi)存支出少和磁盤遺跡小…。ADO在關(guān)鍵的應(yīng)用方案中使用最少的網(wǎng)絡(luò)流量，并且在前端和數(shù)據(jù)源之間使用最少的層數(shù)，所有這些為程序運(yùn)行提供了輕質(zhì)量、高性能的接口。Delphi提供了ADO數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)，由于ADO內(nèi)置在微軟的操作系統(tǒng)中，因此開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序避免了BDE的配置和安裝，減少了的難度。
開發(fā)和一個(gè)基于Client/Server方式的應(yīng)用程序，需要在服務(wù)器端安裝后臺(tái)數(shù)據(jù)庫軟件，并且建立或?qū)胱蚤_發(fā)程序所需要的數(shù)據(jù)庫、賬號(hào)和角色等。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)，一種是在程序開發(fā)完成時(shí)，備份最終使用的數(shù)據(jù)庫，連的程序一同提交給使用者，在用戶的服務(wù)器端安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后，根據(jù)實(shí)際情況手工導(dǎo)入所需的數(shù)據(jù)庫。另一種方法是在開發(fā)的程序中編寫代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫安裝和初始化，提交給用戶的只是的程序，用戶在服務(wù)器端安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后，在客戶端運(yùn)行應(yīng)用程序，完成程序所需數(shù)據(jù)庫的建立和初始化。顯然，后一種方法更加靈活可靠，自動(dòng)化程度高。本文講述如何在Delphi7.0開發(fā)環(huán)境下使用ADO技術(shù)，編程實(shí)現(xiàn)SQLServer2000數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接和程序所需數(shù)據(jù)庫的初始化。這是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)最為核心的內(nèi)容。
1、機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
Delphi是一個(gè)高效的可視化數(shù)據(jù)庫管理信息系開發(fā)工具。利用Delphi 控制EXCEL數(shù)據(jù)層、格式復(fù)雜的報(bào)表等與EXCEL 相關(guān)的工作，通情況下，對(duì)一些不常用到的 操作，只需利其自身函數(shù)強(qiáng)大的處理功能進(jìn)行操作即可，而對(duì)一些經(jīng)常用到且有規(guī)律可循的操作，則可以利用Delphi快速應(yīng)用程序開發(fā)工具編寫程序控制EXCEL格式的文件，更好地提高工作效率。由于分層系統(tǒng)使用的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫是SQLServer ，SQLServer而 對(duì)源表格式的要求比較高，因此在往系統(tǒng)中導(dǎo)入準(zhǔn)備分層的機(jī)電數(shù)據(jù)表時(shí)，應(yīng)先將整個(gè)表的格式設(shè)置為文本格式，并且在制作完成時(shí)，進(jìn)一步核查是否與模板要求相符，將格式不符的進(jìn)行更正。
2、機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層文件中分層編號(hào)的數(shù)字表達(dá)形式能夠非常直觀地了解該產(chǎn)品與組件、組件與零部件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，產(chǎn)品部分配件關(guān)聯(lián)見表1。
分層文件中組件的多少及分層的級(jí)數(shù)反映了產(chǎn)品機(jī)構(gòu)及裝配的復(fù)雜程度。對(duì)于屬于價(jià)值高、重要、可重復(fù)使用、可用于同類其他產(chǎn)品的重要零部件，定為跟蹤件，其分層號(hào)與產(chǎn)品前均標(biāo)識(shí)字母Z，同產(chǎn)品一樣作為資產(chǎn)進(jìn)行全壽命跟蹤管理，其他零部件分層號(hào)前標(biāo)識(shí)字母B，這是為下一步關(guān)接生成而特殊設(shè)定的，每個(gè)配件所要求反映的技術(shù)參數(shù)列事先根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)定。
五、系統(tǒng)界面配置及軟件流程
1、系統(tǒng)界面配置
系統(tǒng)界面配置該軟件界面配置 比較人性化，實(shí)現(xiàn)了分層的個(gè)性化設(shè)置、頁面高清顯示顏色的設(shè)置、分層完成后關(guān)機(jī)設(shè)置等。 “系統(tǒng)―設(shè)置―初始化數(shù)據(jù)庫”，可以通過此路徑刪除導(dǎo)入的所有機(jī)電數(shù)據(jù)表，也可以在此界面進(jìn)行刪除。每次使用之前，要進(jìn)行初始化數(shù)據(jù)庫操作。
機(jī)電數(shù)據(jù)表有 5形式的模板，分別為無ZO主 組 件―― ―無直屬件和有直屬件，有ZO 組件―― ―無直屬件和有直屬件，對(duì)于多臺(tái)設(shè)備分層情況，像刮板輸送機(jī)，轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)和液壓支架就屬于多臺(tái)設(shè)備的情況，根據(jù)軟件要求規(guī)范成一種特殊形式的模板。規(guī)范后的機(jī)電數(shù)據(jù)表導(dǎo)入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行自動(dòng)分層。整個(gè)分層過程清晰明了，對(duì)數(shù)據(jù)的每次處，都會(huì)顯示到“處理日志”中。分層結(jié)束后，顯示分層完成，并將結(jié)果顯示到頁面中。將系統(tǒng)完成的結(jié)構(gòu)分層文件與人工分層完成的結(jié)構(gòu)分層文件通過VLOOKUP進(jìn)行核對(duì)后，其結(jié)果準(zhǔn)確無誤。對(duì)于處理同等數(shù)據(jù)量的機(jī)電數(shù)據(jù)表，效率由原來的1周，提高到 完成。
2、系統(tǒng)軟件流程
系統(tǒng)軟件的編程是基于下面的流程框圖來編制
的，設(shè)備結(jié)構(gòu)分層的實(shí)現(xiàn)主要有以下幾個(gè)步驟：一是讀取規(guī)范好的 表中的數(shù)據(jù)。將表中 數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)、一級(jí) 主組件數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)父子數(shù)據(jù)表存入數(shù)據(jù)庫臨時(shí)表中，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深一步操作 。二是進(jìn)行兩次判斷，首先判斷 主組件節(jié)點(diǎn)是否為空，如果是顯示分層結(jié)果，如果不是查詢是否有子節(jié)點(diǎn)；再次進(jìn)行判斷，如果否再讀取主組件節(jié)點(diǎn)，如果是生成父子數(shù)據(jù)，該步是本程序中的一個(gè)重點(diǎn)。經(jīng)過不斷循環(huán)，完整實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)橫向及縱向多層分層結(jié)構(gòu)。三是從數(shù)據(jù)庫中讀出數(shù)據(jù)，把分層結(jié)果寫入EXCEL表中。由于程序執(zhí)行是按主組件與子組件的圖號(hào)件號(hào)來進(jìn)行關(guān)聯(lián)，一旦數(shù)據(jù)表中前后相同組件的圖號(hào)件號(hào)不一致，該程序?qū)?huì)關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤的分層結(jié)果，因此要充分發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，必須在數(shù)據(jù)源頭把關(guān)，并正確選擇模板。
設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層系統(tǒng)自動(dòng)化制作軟件已應(yīng)用于多個(gè)大型企業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層處理工作，郊果顯著。通過采用該系統(tǒng)，大幅度提高數(shù)據(jù)分層工作的效率和準(zhǔn)確率，并用較少的人力物力為企業(yè)提供了及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為企業(yè)適應(yīng)市場競爭奠定了良好的基礎(chǔ)，國內(nèi)很多大型企業(yè)都引入了企業(yè)信息管理系統(tǒng)，這為系統(tǒng)的推廣帶來廣闊的前景。
六、結(jié)束語
綜上所述，本文重點(diǎn)對(duì)機(jī)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，目的是提高相關(guān)企業(yè)的工作效率。更早的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的操作。
參考文獻(xiàn)：
[1] 任金霞， 黃運(yùn)強(qiáng)， 方翔. 分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)在保險(xiǎn)信息管理系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化， 2009，（8）.
第3篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：PLC；真空吸板機(jī)；流程圖
中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 12-0000-01
真空吸板機(jī)是SMT生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備的重要組合部分，主要是通過真空吸附裝置來吸附PCB板進(jìn)行運(yùn)輸起吊。在真空吸板機(jī)中，真空吸附裝置是整個(gè)機(jī)器的心臟。真空吸附裝置的工作原理是依靠真空源產(chǎn)生的真空力來對(duì)物品起吊、搬運(yùn)及夾持的一種省力機(jī)械。與機(jī)械、電磁起吊裝置相比，具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低；安裝方便、操作容易；維修費(fèi)用少；不損傷工件；吸附、放開工件迅速等。本文主要介紹真空吸板機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
一、系統(tǒng)要求
真空吸板機(jī)主要作用是通過氣缸調(diào)整氣壓吸附住PCB板，并將其傳送到流水線上輸送到需要的崗位。其主要工作順序是：在輸送單元在通電后，按下復(fù)位按鈕SB1，執(zhí)行復(fù)位操作，使吸盤回到原點(diǎn)位置。再按下啟動(dòng)按鈕，氣缸工作，吸盤吸取PCB板，15秒后吸盤上升，到達(dá)上限位后，氣缸工作，吸盤松開PCB板，1秒后吸盤下降，達(dá)到下限位后，氣缸開始工作，吸盤吸取PCB板，然后依次循環(huán)。
二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（一）控制器
PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易學(xué)易用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造等特點(diǎn)。本控制系統(tǒng)選用豐煒PLC，豐煒PLC特點(diǎn)是貼近市場，創(chuàng)新而實(shí)用，功能齊全，性能穩(wěn)定。其使用方式與三菱PLC有較多類似，學(xué)習(xí)起來十分方便。豐煒PLC降低了配線工作，這樣的接線方式降低了錯(cuò)誤率，也給維修帶來方便，拆、裝都只需拔一次。
（二）工作流程
首先按開始按鈕，再按復(fù)位鍵，看看吸盤是否向下移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位后，開始手動(dòng)選擇是上下運(yùn)輸還是左右運(yùn)輸。當(dāng)上下運(yùn)輸時(shí)，真空泵開始工作，吸盤吸附PCB板，延時(shí)2S后上升，達(dá)到上限位后再次選擇是左右運(yùn)輸還是放下PCB板進(jìn)行加工。如果是上下運(yùn)輸，則吸盤松板，再向下運(yùn)輸以此循環(huán)。當(dāng)左右運(yùn)輸時(shí)，先向右運(yùn)輸，到右限位后，真空泵工作，吸盤吸板，再選擇上下運(yùn)輸還是左右運(yùn)輸，如果是左右運(yùn)輸，則向左運(yùn)輸，到達(dá)右限位后吸盤松板，以此循環(huán)（如圖1）。
圖1 系統(tǒng)流程圖
（三）程序設(shè)計(jì)
該梯形圖程序（如圖2）主要是按照工作流程圖來編寫的，其中要注意程序的分支和聯(lián)系。比如說，在上下運(yùn)輸后選擇左右運(yùn)輸；或是先左右運(yùn)輸再上下運(yùn)輸；或是直上直下，直左直右運(yùn)輸。
圖2 部分梯形圖程序
三、結(jié)束語
在現(xiàn)代工業(yè)制造中，真空吸板機(jī)得到越來越廣泛的應(yīng)用，在不同的應(yīng)用場合，有效的選擇、設(shè)計(jì)真空吸板機(jī)是現(xiàn)在化自動(dòng)控制設(shè)備成功的關(guān)鍵。本文介紹了真空吸板機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，真空吸板機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、穩(wěn)定好、適合大面積推廣使用。
參考文獻(xiàn)：
[1]王兆明.可編程序控制器原理?應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.
第4篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；伺服傳動(dòng)系統(tǒng)；智能化；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、引言
機(jī)電一體化是當(dāng)前機(jī)電工程的重要發(fā)展方向，特別是隨著各種信息控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化開始逐漸向著智能、集成的方向發(fā)展，其中伺服傳動(dòng)技術(shù)就是其中非常重要的一類。隨著伺服傳動(dòng)技術(shù)的逐漸成熟，工程機(jī)械對(duì)其進(jìn)行了科學(xué)的定義，伺服傳動(dòng)技術(shù)（伺服控制，伺服系統(tǒng)）是指在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件按照指令要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)給定指令的準(zhǔn)確跟蹤，即實(shí)現(xiàn)輸出變量的某種狀態(tài)能夠自動(dòng)，連續(xù)，精確的復(fù)現(xiàn)輸入指令信號(hào)的變化規(guī)律[1]。由于其操作簡單，控制能力準(zhǔn)確，因此，伺服傳動(dòng)系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中，成為當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)控制的重要技術(shù)。因此，本文將對(duì)伺服傳動(dòng)技術(shù)的基本工作組成及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開分析，為實(shí)際的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展提供參考。
2、伺服傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
整個(gè)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成并不復(fù)雜，它是有幾個(gè)基本元件共同組成，并且彼此之間存在著指令的加工和分析[2]，如圖1所示。
從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成分析，整個(gè)伺服傳動(dòng)控制系統(tǒng)工作大致包含四個(gè)環(huán)節(jié)：比較環(huán)節(jié)，控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，執(zhí)行環(huán)節(jié)以及檢測環(huán)節(jié)。當(dāng)輸入指令進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)之后，指令信號(hào)將被各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行加工，從而最終獲得指令的反饋。
比較環(huán)節(jié)。比較環(huán)節(jié)是信號(hào)處理、分析的第一個(gè)環(huán)節(jié)，通過對(duì)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較，從而計(jì)算出輸出與輸入信號(hào)之間的差別。如果二者具有較大的差別，那么說明系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)的處理存在問題，可以通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)而校準(zhǔn)。
控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)?？刂普{(diào)節(jié)環(huán)節(jié)是對(duì)比較環(huán)節(jié)的信號(hào)分析做出的空盒子和調(diào)節(jié)，通過對(duì)信號(hào)差別的變化，從而做出正確的指令，這一環(huán)節(jié)主要通過計(jì)算機(jī)或PID控制電路完成。
執(zhí)行環(huán)節(jié)。執(zhí)行環(huán)節(jié)是控制系統(tǒng)的指令完成的主要環(huán)節(jié)，它將調(diào)節(jié)元件的輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的機(jī)械能。在實(shí)際的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件通常指種電機(jī)或液壓、氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。
檢測環(huán)節(jié)。檢測環(huán)節(jié)是對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行檢測與反饋的過程，在機(jī)電一體化中是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。
伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的分類方式和類型有多種[3]，例如，根據(jù)控制原理（或方式）的不同，分為：閉環(huán)、半閉環(huán)和開環(huán)三種形式；根據(jù)被控制量性質(zhì)不同，分為：速度、位移、力和力矩等伺服系統(tǒng)形式；按驅(qū)動(dòng)方式的不同，又分為：有電氣、液壓和氣壓等伺服驅(qū)動(dòng)形式；按執(zhí)行元件的不同，則分為交流電機(jī)伺服、直流電機(jī)伺服和步進(jìn)電機(jī)伺服形式等。但是無論是那種形式，其傳動(dòng)系統(tǒng)的組成都是類似的，各個(gè)環(huán)節(jié)之間的協(xié)作形成了統(tǒng)一的整體。
3、伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)
伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是建立在系統(tǒng)組成確定的基礎(chǔ)上展開的，整體系統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算。本將以開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)作為實(shí)例對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。
3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案確定
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案確定實(shí)際上是對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)進(jìn)行確定，從而為完整的系統(tǒng)選擇有效的設(shè)備。在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，各個(gè)元件的選擇原則如下。
執(zhí)行元件的選擇。執(zhí)行元件是控制信號(hào)與設(shè)備之間的連接，是整體系統(tǒng)工作核心。在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件主要采用步進(jìn)電機(jī)、液壓伺服閥控制的液壓馬達(dá)和液壓缸、氣壓伺服閥控制的氣壓馬達(dá)和氣壓缸等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最為廣泛，如果負(fù)荷能力不足，則要考慮用其他的設(shè)備?？傊趫?zhí)行元件的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮設(shè)備的負(fù)載能力、調(diào)速范圍、體積、成本等因素。
傳動(dòng)元件的選擇。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)機(jī)械接口，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)和力進(jìn)行變換和傳遞，伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件以輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。最常用的傳動(dòng)方式包括齒輪齒條傳動(dòng)、絲杠螺母傳動(dòng)、同步齒型帶傳動(dòng)、以及直線電機(jī)傳動(dòng)。每種傳動(dòng)方式起到的作用是不同的，不同方式的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)要根據(jù)傳動(dòng)方式進(jìn)行元件選擇。
控制元件的選擇?？刂圃倪x擇較為簡單，當(dāng)前開環(huán)伺服系統(tǒng)的控制元件主要包括微機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制方式、驅(qū)動(dòng)電路、接口電路等。
3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)于開環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，不僅要確定各個(gè)元件，還必須根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行一定的機(jī)械計(jì)算。計(jì)算的內(nèi)容主要包括脈沖當(dāng)量以及減速傳動(dòng)比。
（1）脈沖當(dāng)量的計(jì)算
不同的執(zhí)行元件其脈沖當(dāng)量是不同的，以步進(jìn)電機(jī)為例，在精密機(jī)床中，脈沖當(dāng)量一般在0.001-0.0025mm/pulse；數(shù)控機(jī)床一般為0.005～0.01mm/pulse；一般機(jī)床為0.1～0.15mm/pulse。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)系統(tǒng)的要求度選定脈沖當(dāng)量的范圍，再根據(jù)負(fù)載確定步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)，并選定絲杠的導(dǎo)程，計(jì)算出傳動(dòng)比，最后設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪的各參數(shù)。
（2）計(jì)算減速傳動(dòng)比
減速傳動(dòng)比是伺服傳動(dòng)系統(tǒng)重要的參數(shù)，通過數(shù)值大小來確定傳動(dòng)方式，其計(jì)算公式為：
其中，i表示減速傳動(dòng)比，α表示步進(jìn)電機(jī)負(fù)載參數(shù)，p表示絲杠的導(dǎo)程，δ表示脈沖當(dāng)量。
在設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)計(jì)算出的傳動(dòng)比較小時(shí)，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)或同步帶傳動(dòng)；傳動(dòng)比較大時(shí)，采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)。
參考文獻(xiàn)
[1]周保牛，黃俊桂.具有伺服進(jìn)給功能的數(shù)控主傳動(dòng)系統(tǒng)的研制[J].機(jī)床與液壓，2009，10
第5篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：機(jī)電作動(dòng)器 DSP 監(jiān)控
中圖分類號(hào)：U674 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（a）-0041-02
飛機(jī)作動(dòng)系統(tǒng)逐步由傳統(tǒng)的液壓作動(dòng)方式向電力作動(dòng)方式轉(zhuǎn)變[1-2]。為了提高電力作動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，國內(nèi)外許多先進(jìn)飛機(jī)采用多舵面，多余度的控制方式[3-4]，這一趨勢(shì)導(dǎo)致機(jī)電作動(dòng)器控制數(shù)量的增加。同時(shí)，現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)對(duì)安全性能要求的提高，對(duì)機(jī)電作動(dòng)器可靠性的要求也不斷提高。對(duì)多個(gè)機(jī)電作動(dòng)器的有效控制以及狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯得尤為重要。傳統(tǒng)的檢測方式包括定期檢測和巡回檢測等，難以滿足系統(tǒng)安全性的要求[5]，為了提高工作效率、運(yùn)行可靠性，設(shè)計(jì)了一種既能滿足多個(gè)機(jī)電作動(dòng)器的控制需求又能對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)控與分析的系統(tǒng)。
1 總體介紹
機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)中的機(jī)電作動(dòng)器通過CAN總線進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)電作動(dòng)器的協(xié)調(diào)控制，由于每個(gè)機(jī)電作動(dòng)器采用相似結(jié)構(gòu)，所以多機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是單個(gè)機(jī)電作動(dòng)器的硬件設(shè)計(jì)。單個(gè)機(jī)電作動(dòng)器的控制系統(tǒng)由控制器、光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)、傳動(dòng)裝置以及傳感器組成?？刂破鞑捎肨MS320F28335控制芯片。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
機(jī)電作動(dòng)器是由控制器，驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)以及傳動(dòng)裝置構(gòu)成[6]，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括電源電路，數(shù)據(jù)采集電路，以及通信電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的控制以及對(duì)其狀態(tài)的監(jiān)控。
2.1 電源電路
在機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)中，DSP的I/O口供電電壓為+3.3 V，內(nèi)核供電電壓為+1.9 V，電路的供電電壓是+5 V，驅(qū)動(dòng)電路中的IGBT管則需要+15 V的供電電壓，所以電源電路需要提供的直流電壓有+15 V，+5 V，+3.3 V，+1.9 V。將電網(wǎng)中的交流電通過整流、濾波、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成直流電，提供+15 V，+5 V電壓。采用TPS73HD301芯片，它是一個(gè)雙通道電壓輸出變換器，輸入電壓為+5 V，輸出電壓分別是+3.3 V和+1.9 V，滿足了系統(tǒng)要求。
2.2 數(shù)據(jù)采集電路
F28335上集成16通道的ADC模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中電流電壓等信息的采集。系統(tǒng)外部時(shí)鐘配置為30 MHz，采樣帶寬是12.5 MSPS。傳感器采集的信號(hào)多為模擬信號(hào)，而且信號(hào)噪聲較大，一般不能被控制器直接使用，所以需要通過信號(hào)調(diào)理電路對(duì)這些傳感器信號(hào)進(jìn)行放大或者縮小，達(dá)到指定的范圍內(nèi)，然后送入到控制器A/D轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路一般由放大器以及相關(guān)的濾波電容和濾波電阻組成，系統(tǒng)采用集成運(yùn)算放大器OP4177。
2.3 通信電路
TMS320F28335上有兩個(gè)加強(qiáng)型CAN總線模塊eCAN，不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電作動(dòng)器之間的通信的，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。CAN總線和工控機(jī)之間的通信需要加入CAN/RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換接口卡。CAN總線控制器采用PHILIPS公司的SJA1000。CAN總線和CAN控制器之間通過接口電路相連，根據(jù)CAN總線通信協(xié)議進(jìn)行信號(hào)的傳送和接收。CAN總線接口芯片采用PHILIPS公司PCA82C50。
2.4 抗干擾設(shè)計(jì)
在硬件設(shè)計(jì)中常常需要考慮電磁干擾的問題，在該系統(tǒng)中采取的抗干擾措施主要包括：（1）在設(shè)計(jì)PCB板設(shè)計(jì)的時(shí)候，導(dǎo)線間、元器件之間的間隔稍大些，設(shè)計(jì)地線時(shí)數(shù)字信號(hào)地和模擬信號(hào)地分開；（2）采取隔離措施，采用隔離元器件將部分大功率器件進(jìn)行隔離。（3）提高電源的抗干擾性，如采用濾波芯片。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)級(jí)控制
系統(tǒng)控制程序主要包括以下幾個(gè)部分：系統(tǒng)初始化程序、中斷子程序、EV模塊數(shù)據(jù)采集子程序、ADC模塊數(shù)據(jù)采集子程序、狀態(tài)數(shù)據(jù)分析子程序、數(shù)據(jù)傳輸子程序。
3.2 信號(hào)處理
系統(tǒng)采集的信號(hào)噪聲較大，需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理工作，主要通過FFT算法來實(shí)現(xiàn)主要包括以下幾個(gè)部分。
（1）為了消除采集信號(hào)中不規(guī)則的隨機(jī)干擾噪聲信號(hào)，采用平均消除法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定變換，從而消除高頻噪聲。如式（1）所示：
均方根值亦稱為有效值，是噪聲信號(hào)的能量的一種表達(dá)。
離散隨機(jī)信號(hào)的方差表達(dá)式為：
系統(tǒng)采用離散傅里葉變換，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，得到幅值和相位譜。幅值可以用來描述信號(hào)大小隨頻率變化的分布情況，相位譜反應(yīng)信號(hào)各個(gè)頻率相位角的分布情況。
4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
該實(shí)驗(yàn)是對(duì)無刷直流電機(jī)A相繞組電流進(jìn)行分析。選擇采樣數(shù)據(jù)其中5 000個(gè)點(diǎn)，去均值后得到系統(tǒng)狀態(tài)的時(shí)域數(shù)據(jù)，求其均值、均方根植、方差獲得時(shí)域特征值。經(jīng)過傅里葉變換，轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行分析，通過上位機(jī)顯示模塊進(jìn)行顯示。并將生成的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以觀測系統(tǒng)的變化及其發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)畫出了連續(xù)采樣40組電流數(shù)據(jù)的特征參數(shù)，每組5 000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，均方根值趨勢(shì)圖如圖1所示。趨勢(shì)圖采用定時(shí)刷新模式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
5 結(jié)語
采用DSP芯片TMS320F28335設(shè)計(jì)多機(jī)電作動(dòng)器實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。利用DSP豐富的外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電作動(dòng)器的控制以及信號(hào)采集，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分布式控制和數(shù)據(jù)共享以及和上位機(jī)的連接。通過上位機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而判定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。滿足了系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障監(jiān)控的需求。
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第6篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；數(shù)學(xué)建模；項(xiàng)目教學(xué)
Exploring of teaching reform for the course of design of mechatronics system
Ding Wenzheng1, Wang Juan2, Wang Mulan1
1. Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
2. Jiangsu institute of economic & trade technology, Nanjing, 211168, China
Abstract: A new teaching mode was suggested according to the characteristic of the course of design of mechatronics system. Mathematical modeling method and project-teaching method were implemented in this mode. The teaching reform scheme was presented which included the project task, refinable teaching and teaching by oneselves, and a new assessing approach was established which was focus on the ability of the students. By this teaching mode, we hope that the students could improve the ability of solving the practical engineering problems through abstracting the model.
Key words: mechatronics; mathematical modeling; project-teaching
在高等教育進(jìn)入普及化的今天，應(yīng)用型人才越來越受到社會(huì)的重視。所謂應(yīng)用型人才，是指面對(duì)實(shí)際問題，具有解決實(shí)際問題能力的人。工程問題錯(cuò)綜復(fù)雜，如何在教學(xué)中培養(yǎng)這種能力呢？關(guān)鍵就在于讓學(xué)生搞清“模型”的意義。因?yàn)椤澳Ｐ汀狈从车氖鞘挛锏谋举|(zhì)，是對(duì)客觀事物的近似描述。我們要引導(dǎo)學(xué)生提出“模型”，通過抓“模型”，教給學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的方法。
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為機(jī)械制造及自動(dòng)化本科專業(yè)的專業(yè)課程，是對(duì)基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課等知識(shí)內(nèi)容的綜合應(yīng)用，是理論與工程結(jié)合的前沿課程。目前按照知識(shí)體系劃分的教學(xué)模式，往往造成學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了各個(gè)模塊的知識(shí)，但因缺乏對(duì)工程對(duì)象的總體認(rèn)識(shí)和把握，使得在系統(tǒng)層面上的設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力較弱。為此，筆者圍繞應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合南京工程學(xué)院在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面的教學(xué)改革實(shí)踐，探討在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，融入數(shù)學(xué)建模和項(xiàng)目教學(xué)兩種方法，在項(xiàng)目任務(wù)中加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模和數(shù)字仿真分析的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生提煉模型，通過模型分析、解決實(shí)際工程問題的能力。
1 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程分析
機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)的發(fā)展方向，但機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)融合，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成的最佳化。如果按照知識(shí)體系劃分進(jìn)行教學(xué)，每個(gè)知識(shí)模塊的內(nèi)容都不能深入探討，教與學(xué)都是蜻蜓點(diǎn)水，而且知識(shí)模塊之間的銜接脫節(jié)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在最后的應(yīng)用案例講解時(shí)，學(xué)生基本只能被動(dòng)接受，至于為什么這樣設(shè)計(jì)或這樣的方案是否最佳普遍比較模糊。如何引導(dǎo)學(xué)生從總體上進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)是這門課教學(xué)探索的第一個(gè)基本點(diǎn)。
另外課程的教學(xué)內(nèi)容在很大程度上受到了教材的限制，而且技術(shù)性的課程如果沒有實(shí)際的操作，教學(xué)很容易陷入教師主導(dǎo)的“空對(duì)空”局面，教師對(duì)著多媒體講，學(xué)生對(duì)著多媒體聽，一起紙上談兵。所以如何改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性是教學(xué)探索的第二個(gè)基本點(diǎn)。
針對(duì)以上分析，筆者提出綜合數(shù)學(xué)建模和項(xiàng)目教學(xué)兩者特點(diǎn)的教學(xué)改革措施，增加項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)引入“系統(tǒng)”的概念，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，進(jìn)而分析解決問題。
2 教學(xué)方案設(shè)置
我們根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)，設(shè)置了以項(xiàng)目任務(wù)為主，以知識(shí)精講和自學(xué)自研為輔的教學(xué)方案。
(1)知識(shí)精講。以知識(shí)體系為主線，精講內(nèi)容少而精，引導(dǎo)學(xué)生多角度、深層次地理解課程內(nèi)容。精講以教師為主，重點(diǎn)是課程內(nèi)容中知識(shí)模塊之間的銜接融合部分。這部分交叉內(nèi)容往往是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，通過點(diǎn)的精講，以點(diǎn)帶面，達(dá)到知識(shí)的融會(huì)貫通。例如在講授執(zhí)行裝置和機(jī)械系統(tǒng)兩部分內(nèi)容時(shí)，略去執(zhí)行裝置和機(jī)械系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和特性分析，突出講解執(zhí)行元件與機(jī)械系統(tǒng)結(jié)合中的問題，像機(jī)電系統(tǒng)的慣量匹配就是一個(gè)難點(diǎn)。為了講清這個(gè)問題，可以從學(xué)生已知的牛頓定律入手，進(jìn)行對(duì)比分析，了解慣量匹配的目的是為了更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性。此外考慮到理論理解的難度，可以利用多媒體播放慣量匹配對(duì)加工精度影響的實(shí)驗(yàn)，將抽象問題形象化、具體化。
(2)項(xiàng)目任務(wù)。項(xiàng)目任務(wù)以學(xué)生完成為主，但任務(wù)的設(shè)計(jì)要求教師精心準(zhǔn)備。項(xiàng)目都來自工程實(shí)際，需經(jīng)過提煉整理才能達(dá)到教學(xué)目的，要求設(shè)計(jì)出項(xiàng)目任務(wù)知識(shí)覆蓋面廣，能貫穿課程的大部分內(nèi)容，更重要的是要體現(xiàn)“系統(tǒng)”的概念，引導(dǎo)學(xué)生用系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析問題，建立數(shù)學(xué)模型。模型不能太簡單，要體現(xiàn)數(shù)學(xué)建模的反復(fù)過程：即“項(xiàng)目分析―模型提煉―系統(tǒng)建模―軟件求解―結(jié)果分析―模型修正―應(yīng)用”。基于上述目標(biāo)，我們?cè)O(shè)置了“數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的項(xiàng)目任務(wù)，要求各個(gè)小組首先設(shè)計(jì)搭建一個(gè)單滑臺(tái)的半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)，然后按照物理系統(tǒng)建立運(yùn)動(dòng)控制性能的數(shù)學(xué)模型，以模型計(jì)算結(jié)果和實(shí)際系統(tǒng)測量結(jié)果的偏差為考核依據(jù)。項(xiàng)目開始就提醒學(xué)生要注意從系統(tǒng)的層面上分析影響運(yùn)動(dòng)控制性能的因素，既包括控制系統(tǒng)，也包括伺服系統(tǒng)，還包括機(jī)械系統(tǒng)。尤其是機(jī)械系統(tǒng)不能簡單地只考慮無阻尼自然頻率和阻尼比對(duì)滑臺(tái)動(dòng)態(tài)特性的影響，還要考慮到滾珠絲杠的間隙、滑臺(tái)的摩擦等非線性因素的影響。指導(dǎo)學(xué)生在系統(tǒng)模型建立之后通過與實(shí)測結(jié)果的對(duì)比，反復(fù)修正數(shù)學(xué)模型，調(diào)整物理系統(tǒng)，搞清模型的意義，更深刻地認(rèn)識(shí)物理系統(tǒng)的本質(zhì)。
這樣綜合性的項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生初次碰到肯定覺得有難度，會(huì)占用大量的教學(xué)時(shí)間，因此項(xiàng)目教學(xué)要充分利用課余時(shí)間進(jìn)行集中輔導(dǎo)。另外在課堂教學(xué)中適當(dāng)增加部分簡單案例介紹供學(xué)生自學(xué)研究和模仿參照，提高學(xué)生的主動(dòng)性和項(xiàng)目教學(xué)的效果。
(3)自學(xué)自研。機(jī)電一體化作為一門交叉學(xué)科，課堂講授內(nèi)容總是有限，安排自學(xué)自研，可以開拓學(xué)生的專業(yè)視野，提高自學(xué)能力。首先在教材上打破“學(xué)一門課只讀一本書”的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生圍繞項(xiàng)目任務(wù)研讀幾本推薦教材，然后根據(jù)實(shí)際需要自主選取所需的教材內(nèi)容，進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建，教師可以綜合不同學(xué)生的知識(shí)需要，作為精講內(nèi)容的補(bǔ)充。另外，根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)的需要，要求學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)建模和相關(guān)建模軟件的編程方法，提高工具知識(shí)的應(yīng)用能力。
3 考核方案設(shè)置
教學(xué)方案的改革要求考核方式也要多樣化。針對(duì)基本概念、理論和計(jì)算仍采取閉卷考核。但項(xiàng)目任務(wù)的完成是團(tuán)隊(duì)協(xié)作和綜合能力的體現(xiàn)，這主要通過探索性表現(xiàn)、創(chuàng)新性表現(xiàn)、任務(wù)結(jié)果以及小組報(bào)告等綜合評(píng)定。自學(xué)自研則以專題報(bào)告的方式檢查，安排學(xué)生之間的互評(píng)。這樣的組合考核方法，既能讓學(xué)生以主動(dòng)探索、積極動(dòng)手的輕松心態(tài)完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，又能培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的綜合能力。
在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)中，通過項(xiàng)目任務(wù)加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)分析和數(shù)學(xué)建模的訓(xùn)練，有助于提升學(xué)生分析解決實(shí)際工程問題的能力。同時(shí)教學(xué)方式的變革也提高了對(duì)教師的要求，因?yàn)轫?xiàng)目任務(wù)源自工程實(shí)踐，要求教師不斷地參與科研項(xiàng)目，追蹤學(xué)科前沿，隨時(shí)更新教學(xué)素材。培養(yǎng)應(yīng)用型人才，教學(xué)改革勢(shì)在必行，希望通過筆者的探索，推進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，培養(yǎng)出具有解決實(shí)際工程問題能力的人才。
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第7篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
【關(guān)鍵詞】煤礦機(jī)電；安全；監(jiān)查
1.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該煤礦安檢設(shè)備的基本功能有：煤礦各工作面瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)采集記錄并顯示；瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)報(bào)警；井下風(fēng)速采集記錄；負(fù)壓（壓力力）記錄；一氧化碳濃度采集記錄；溫度采集記錄；水泵電機(jī)工作狀態(tài)；風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)；絞車工作狀態(tài)；電源過壓報(bào)警；失流報(bào)警；缺相報(bào)警；班次產(chǎn)量記錄；開關(guān)量采集及設(shè)備控制；載波數(shù)據(jù)傳輸；GSM/GPRS無線通信；參數(shù)設(shè)置；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；電源自動(dòng)切換管理以及系統(tǒng)自檢等功能。設(shè)備分為井下數(shù)據(jù)采集終端和地面數(shù)據(jù)集中器兩部分。
2.采集終端設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集終端是用來采集、監(jiān)測、控制井下設(shè)備狀態(tài)并將數(shù)據(jù)記錄上傳給集中器的裝置，可同時(shí)采集16路的開關(guān)量和16路模擬量，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字量，安裝在井下防爆箱內(nèi)。它為各類傳感器提供工作電源，并以RS485總線方式通信；與集中器間以載波通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。集中器間采用載波通信方式，集中器可定時(shí)或隨時(shí)召喚井下各設(shè)備參數(shù)并存儲(chǔ)。
瓦斯傳感器安裝在井下各采煤工作面及巷道上，以采集不同點(diǎn)的瓦斯?jié)舛?。量程?-4%CH4，供電方式采取采集器統(tǒng)一直流l5V供電，保障其安全性。當(dāng)井下瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，采集終端發(fā)出報(bào)警，報(bào)警燈不停閃爍的同時(shí)又通過語音報(bào)警以提示人員進(jìn)行緊急撤離。同時(shí)監(jiān)控室里的集中器也發(fā)出報(bào)警，提醒地勤人員采取緊急措施。另外，在報(bào)警同時(shí)打開風(fēng)門及風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽風(fēng)，以降低瓦斯?jié)舛?。同樣，?dāng)井下一氧化碳濃度超標(biāo)也會(huì)發(fā)出報(bào)警。需注意的是，由于氣敏傳感器都有一定的使用壽命，因此最好一年更換一次傳感器，以保障測量的準(zhǔn)確性。
巷道風(fēng)量的測量采用礦用智能風(fēng)量傳感器，期，其測量范圍為風(fēng)速0.3-15m/s；坑道斷面積小于30m2；允許誤差小于+0.3m/s；重復(fù)性誤差讀數(shù)值+1%；輸出信號(hào)為200-1000Hz/5-15Hz或4-20mA/1-5mA；工作電壓為Dcl5v；工作電流小于60mA；換能器工作頻率為l40-150kHz。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換（或v/F轉(zhuǎn)換）后，可測得其通風(fēng)量的大小，以了解井下空氣質(zhì)量等。
由于井下到處都是易燃的煤，因此，當(dāng)溫度過高時(shí)極易發(fā)生自燃的情況；由于井下燃燒為不完全燃燒，因此會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳。上述情況會(huì)導(dǎo)致井下人員的一氧化碳中毒，當(dāng)遇到明火時(shí)還會(huì)產(chǎn)生爆炸。因此井下溫度的測量很重要，尤其對(duì)于那些井下較干燥的礦井顯得更加必要。根據(jù)現(xiàn)場情況可安裝多個(gè)溫度測量點(diǎn)以監(jiān)控井下溫度的變化。
井下巷道均由鋼架或木架支撐，為防止冒頂、坍塌等危險(xiǎn)情況造成人員重大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，井下需要實(shí)時(shí)巡檢巷道壓力情況，并及時(shí)整修。因此，在承重架下安裝壓力傳感器實(shí)現(xiàn)壓力應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可及時(shí)檢測到出現(xiàn)的險(xiǎn)情，從而能夠避免重大事故的發(fā)生。
井下設(shè)備大多為防爆型沒備，因此價(jià)格較一般同類型非防爆設(shè)備高許多。當(dāng)出現(xiàn)過壓、失流、缺相或三相不平衡等情況時(shí)，常會(huì)燒壞電機(jī)造成停產(chǎn)，從而造成重大的損失。為盡量杜絕或減少出現(xiàn)此類狀況后造成損失。在電機(jī)進(jìn)線上安裝精密的電壓、電流互感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓電流的變化。當(dāng)出現(xiàn)非正常變化時(shí)及時(shí)報(bào)警，超出預(yù)定值時(shí)自動(dòng)斷開電源以保障沒備的安全。
井下設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常對(duì)安全生產(chǎn)：非常重要，因此對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、絞車等重大沒備工作狀態(tài)的監(jiān)測是采集終端的另一重要功能。實(shí)時(shí)監(jiān)測這些設(shè)備的二次觸點(diǎn)等開關(guān)量，然后經(jīng)光電隔離、整形、限流電路接到單片機(jī)端門，單片機(jī)可根據(jù)這些開關(guān)狀態(tài)來判定設(shè)備的工作狀態(tài)。另外，主控室還可通過集中器向采集終端下發(fā)某設(shè)備工作狀態(tài)命令。
3.數(shù)據(jù)集中器設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)集中器是放置在主控室用來匯集、監(jiān)測井下設(shè)備運(yùn)行狀況、對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警及顯示，并能上傳的設(shè)備。同時(shí)，它還具有對(duì)地面絞車運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控、計(jì)量提升煤罐次數(shù)并計(jì)算生產(chǎn)量的功能。數(shù)據(jù)集中器可同時(shí)管理多個(gè)井礦下的采集終端設(shè)備，采用大容量掉電非遺失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器NVRAM，對(duì)井下各測量點(diǎn)數(shù)據(jù)可進(jìn)行定間隔（1-60mim可設(shè)）存儲(chǔ)一個(gè)月的數(shù)據(jù)；可根據(jù)礦上生產(chǎn)情況設(shè)定班次及上下班交接時(shí)間，同時(shí)采集、計(jì)算并保存當(dāng)前班、上一班、上上一班的生產(chǎn)量作為工人工作量核算的依據(jù)。采集方法是：在罐籠提升絞車電機(jī)進(jìn)線上安裝電壓、電流互感器，利用絞車檔位控制開關(guān)的空觸點(diǎn)進(jìn)行上下、檔位的辨別，根據(jù)罐籠提升重量的變化導(dǎo)致電機(jī)輸出功率的變化來判別出是空罐、上下人員還是煤罐。需注意的一點(diǎn)是：由于廠礦電壓晝夜變化都較大，因此根據(jù)公式P=U×I可看出當(dāng)電壓變化時(shí)電流也隨著變化.電流互感器感應(yīng)電流也會(huì)隨著變化，另外還會(huì)出現(xiàn)提升過程中罐籠撞綁導(dǎo)致感應(yīng)電流瞬時(shí)過大的情況，也會(huì)有為防止罐籠過度搖擺出現(xiàn)危險(xiǎn)而在提升過程中暫停（也叫穩(wěn)繩）的情況。所以，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)提升過程采集的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，還需要進(jìn)行求平均值以及設(shè)置穩(wěn)繩時(shí)間、空罐重量參數(shù)、正常罐重參數(shù)、超重報(bào)警參數(shù)等參數(shù)的沒置。根據(jù)提升有效罐次乘以標(biāo)準(zhǔn)罐煤重量計(jì)算出當(dāng)前班次的產(chǎn)量，到換班時(shí)間沒備自動(dòng)進(jìn)行換班存儲(chǔ)，將當(dāng)前班次產(chǎn)量轉(zhuǎn)存為上一班次，上一班次轉(zhuǎn)存為上上班次，依次循環(huán)。對(duì)于小型煤礦，這樣的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)方式可以避免因錯(cuò)計(jì)、漏計(jì)、少計(jì)的人為因素而導(dǎo)致矛盾的發(fā)生。
為便于進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，集中器還具有人機(jī)接口。液晶顯示采用清華蓬遠(yuǎn)公司內(nèi)藏T6963C控制器的液晶模塊，分辨率為128×64點(diǎn)陣，能顯示漢字和圖形，可當(dāng)?shù)赝ㄟ^鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)動(dòng)控制操作等。實(shí)時(shí)刷新顯示井下各采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)及各設(shè)備開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)井下瓦斯?jié)舛?、溫度、?fù)壓、一氧化碳濃度等超標(biāo)時(shí)，集中器面板上各對(duì)應(yīng)報(bào)警LED進(jìn)行閃爍報(bào)警、并顯示出報(bào)警點(diǎn)所在位置，同時(shí)伴有語音報(bào)警。
集中器與采集終端之間通過低壓電力線進(jìn)行載波通信，可實(shí)時(shí)召喚、存儲(chǔ)各采集終端下屬設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)字及數(shù)據(jù).并講行顯示。用戶可通過RS232串口、紅外或RS485接口實(shí)現(xiàn)本地計(jì)算機(jī)與集中器的數(shù)據(jù)交換，也可通過計(jì)算機(jī)經(jīng)集中器對(duì)各設(shè)備進(jìn)行開、?？刂啤１痉桨钢羞€增加了GSM/GPRS通信方式，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)重大報(bào)警時(shí)，集中器自動(dòng)將報(bào)警內(nèi)容通過短消息的形式發(fā)給預(yù)定義好的手機(jī)，或者通過GPRS式將各數(shù)據(jù)記錄及報(bào)警記錄上傳到主管部門的計(jì)算機(jī)。這樣做可以實(shí)現(xiàn)無人值守的要求。
4.軟件設(shè)計(jì)
本方案所涉及到的軟件設(shè)計(jì)包括三部分：運(yùn)行于數(shù)據(jù)采集終端中的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、控制及通信程序；運(yùn)行于數(shù)據(jù)集中器中的數(shù)據(jù)采集、通信、報(bào)警及人機(jī)接口程序；運(yùn)行于PC機(jī)上的后臺(tái)監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫等程序。
數(shù)據(jù)采集終端中的程序采用C51語言編寫，數(shù)據(jù)集中器中的程序也采用C51語言編寫，PC機(jī)上的后臺(tái)監(jiān)控程序即圖形界面用戶應(yīng)用程序，是通過Vistlal C++開發(fā)環(huán)境編寫的，采用串行口中斷的異步通信方式實(shí)現(xiàn)與無線MODEM通信；后臺(tái)數(shù)據(jù)庫程序采用Microsoft SQL Server2000編寫。
第8篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵字： 起重機(jī)；異步電動(dòng)機(jī)；矢量變頻控制；DSP
1. 引言
起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的機(jī)械設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中。起重機(jī)需要在短時(shí)間內(nèi)頻繁啟制動(dòng)，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速存在調(diào)速范圍小、啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大、功率因數(shù)低、故障率較高等問題。
隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，加之工業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用 。變頻調(diào)速，通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來改變電動(dòng)機(jī)的速度，調(diào)速范圍大，運(yùn)動(dòng)平滑性能好，可實(shí)現(xiàn)恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速以適應(yīng)不同負(fù)載的要求，且由于逆變器的反饋?zhàn)饔?，?duì)控制目的的精確度也更高[1]。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的啟、制動(dòng)性能，高效率和節(jié)能效果，在起重機(jī)上有著廣闊的應(yīng)用前景。
2. 三相異步電機(jī)的矢量控制原理
三相異步電機(jī)是一個(gè)多變量、時(shí)變、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，要分析其微分方程組是十分復(fù)雜的。采用標(biāo)量控制的策略，其控制效果不是十分理想，為了從根本上解決上述問題，研究學(xué)者們提出了交流電機(jī)的矢量控制思想，矢量控制是為了改善轉(zhuǎn)矩控制的性能，通過對(duì)定子電流的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制。其基本原理是：利用坐標(biāo)變化原理把交流電機(jī)模擬成直流電機(jī)進(jìn)行控制，在磁場定向坐標(biāo)上，把電流矢量分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，并使兩個(gè)分量互相垂直，彼此獨(dú)立，然后分別進(jìn)行調(diào)節(jié)控制[2]，其關(guān)鍵是對(duì)電流矢量幅值和空間位置（頻率和相位）的控制。通過檢測或估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通位置及幅值來控制定子電流和電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩便只和磁通、電流相關(guān)，這樣便與直流電機(jī)的控制相似，可以獲得高質(zhì)量的控制性能。
3. 三相異步電機(jī)的矢量控制策略分析
整個(gè)矢量控制系統(tǒng)由整流和逆變模塊、SVPWM調(diào)制模塊、位置和速度估算模塊以及速度和電流環(huán)PI控制調(diào)節(jié)等五大模塊組成。
具體控制過程是：通過對(duì)定子三相其中兩相電流的檢測，得到電流 和 ，然后經(jīng)過Clarke變換、Park變換，得到M-T坐標(biāo)系下檢測電流 、 。再通過編碼器模塊得到電機(jī)轉(zhuǎn)速，將電機(jī)的給定速度與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速相比后，作為速度PI的輸入，經(jīng)調(diào)節(jié)輸出T軸電流給定值 。M軸電流給定 ，M、T軸電流分別與各自的實(shí)際檢測值相比較后，分別經(jīng)電流PI調(diào)節(jié)，輸出MT軸電壓 和 ，再經(jīng)過Park逆變化后，得到兩相靜止坐標(biāo)下的電壓值 及 。之后便是要確定 及 的合成矢量位于空間電壓矢量所圍成的六個(gè)扇區(qū)中的哪一個(gè)扇區(qū)內(nèi)，選擇合適的零矢量并計(jì)算該扇區(qū)內(nèi)相鄰兩電壓矢量以及零矢量各自占用的時(shí)間[3]。從而設(shè)定DSP中相應(yīng)事件管理器各寄存器的值，輸出六路PWM驅(qū)動(dòng)IGBT，產(chǎn)生頻率和幅值可變的三相正弦電流，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)完整的速度FOC控制?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制系統(tǒng)框圖
4.1 起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)矢量控制硬件系統(tǒng)主要由主電路，控制電路和輔助電路構(gòu)成。主電路由整流濾波電路、逆變電路和異步電機(jī)組成。逆變電路由六個(gè)IGBT功率開關(guān)完成功率的轉(zhuǎn)換，為了保護(hù)系統(tǒng)的核心器件，功率驅(qū)動(dòng)電路采用了光耦隔離驅(qū)動(dòng)方式。控制電路以TI公司的TMS320F2812為核心芯片，主要完成電機(jī)的電流環(huán)、速度環(huán)的控制及相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)。輔助電路主要是相電流檢測電路、直流側(cè)母線電壓檢測電路，以及一些電源電路組成[4]。其整個(gè)系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。
圖2 三相異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
4.1 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用三相全橋式控制驅(qū)動(dòng)電路，采用的IGBT是Fairchild（仙童）公司的FGA25N120，最高電流可達(dá)25A，最高電壓可達(dá)1200V，其供電電壓是15V。圖中Q1-Q6是6個(gè)IGBT，IGBT1_H～ IGBT3_H是上橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)，IGBT1_L～ IGBT3_L是下橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
4.2 橋臂驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
對(duì)于由功率開關(guān)器件組成的逆變器，門極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)系統(tǒng)顯得尤其重要。門極驅(qū)動(dòng)裝置，除了提供開關(guān)信號(hào)，還應(yīng)盡可能地保護(hù)器件，避免出現(xiàn)管子燒壞的現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中選用了美國IR公司的集成驅(qū)動(dòng)芯片IR2110S來驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)，可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)功率管，芯片具有一個(gè)制動(dòng)輸入信號(hào)SD，當(dāng)過流或是上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，此信號(hào)為高電平，封鎖PWM的輸出，實(shí)現(xiàn)器件的保護(hù)[5]。在驅(qū)動(dòng)電路中，為了保護(hù)驅(qū)動(dòng)芯片，采用光耦隔離方式來控制IR2110S。采用的是6N137光耦合器，是一款用于單通道的高速光耦合器，具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，與LSTTL/TTL兼容。其中一個(gè)橋臂驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。
圖3 三相全控橋電路
圖4 單橋臂驅(qū)動(dòng)電路
5. 起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
矢量控制算法在定時(shí)器的下溢中斷函數(shù)中完成，切入閉環(huán)控制后，先執(zhí)行相電流AD采樣函數(shù)，把其中的兩相相電流賦值給Clarke和Park模塊中對(duì)應(yīng)的參數(shù)，然后在速度環(huán)采樣周期中估算當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)給定速度和反饋速度之差進(jìn)行速度環(huán)的PI調(diào)節(jié)，其PI調(diào)節(jié)器輸出結(jié)果作為T軸電流PI調(diào)節(jié)器的電流參考值，之后對(duì)M軸和T軸電流進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，其結(jié)果通過相應(yīng)的函數(shù)計(jì)算處理后賦值給通用定時(shí)器的比較寄存器CMPR1，CMPR2，CMPR3，確定下一個(gè)開關(guān)周期的占空比，最后由全比較器輸出6路極性兩兩相反、死區(qū)時(shí)間可調(diào)的PWM波。全數(shù)字控制系統(tǒng)的總體軟件流程如圖5所示。
圖5 總體軟件控制流程圖
6. 結(jié)論
試驗(yàn)表明，本文設(shè)計(jì)的起重機(jī)電機(jī)矢量變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，通過設(shè)定系統(tǒng)軟件的參數(shù)，使起重機(jī)可根據(jù)負(fù)載重量的變化自動(dòng)切換起升工作速度和實(shí)現(xiàn)大、小車行走速度的平滑調(diào)節(jié)，減小了起重機(jī)各運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起制動(dòng)沖擊，同時(shí)在一定程度也減少了工作時(shí)的振動(dòng)和噪音。整個(gè)調(diào)速控制系統(tǒng)運(yùn)行效率高、發(fā)熱損耗少，節(jié)能效果良好。
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第9篇：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：防爆電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 管理系統(tǒng)
電機(jī)的設(shè)計(jì)包括電磁設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。那么電磁設(shè)計(jì)師作為電機(jī)設(shè)計(jì)的先行者，承擔(dān)了電機(jī)設(shè)計(jì)的核心工作――電機(jī)的電氣性能設(shè)計(jì)。現(xiàn)以防爆電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。
有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師在進(jìn)行系列防爆電機(jī)產(chǎn)品的電磁設(shè)計(jì)時(shí)，全新設(shè)計(jì)要根據(jù)電機(jī)的防爆結(jié)構(gòu)型式、防護(hù)等級(jí)、環(huán)境溫度、海拔高度及其它環(huán)境參數(shù)等，再結(jié)合工廠的工藝制造水平和自己的工作經(jīng)驗(yàn)來選取適合的參數(shù)進(jìn)行電磁方案設(shè)計(jì)，而對(duì)于派生系列產(chǎn)品進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)時(shí)，可參照成熟產(chǎn)品的電磁參數(shù)進(jìn)行個(gè)別計(jì)算參數(shù)調(diào)整達(dá)到技術(shù)要求以滿足用戶的需要。由于大多數(shù)的電磁設(shè)計(jì)軟件的功能主要是方案設(shè)計(jì)，而對(duì)于方案的管理、存檔方面的功能就顯得蒼白無力。大多數(shù)的電磁設(shè)計(jì)師一般會(huì)利用Windows操作系統(tǒng)加個(gè)人帳本進(jìn)行管理。每個(gè)計(jì)算方案通過操作系統(tǒng)保存到本地磁盤，根據(jù)流水號(hào)分類進(jìn)行管理，然后將流水號(hào)記錄到賬本上，方便以后查閱使用。這樣的管理對(duì)于數(shù)據(jù)量小、設(shè)計(jì)種類少的小企業(yè)還是可行的。但對(duì)于系列產(chǎn)品多，種類雜的大企業(yè)來說，這樣的管理滿足不了企業(yè)及管理者的要求。每每查閱設(shè)計(jì)資料都需要從厚厚的賬本中查出，然后到計(jì)算機(jī)上找到相應(yīng)的文件。如果頻繁使用查閱，就可能造成賬本的老化和損壞，那么電磁設(shè)計(jì)師還需要對(duì)這些帳本數(shù)據(jù)重新整理，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。那么如何簡化勞動(dòng)使電磁設(shè)計(jì)師有更多的精力和時(shí)間投入到新產(chǎn)品開發(fā)呢？于是我們開發(fā)了一個(gè)防爆電機(jī)電磁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理的軟件系統(tǒng)，本文以哈爾濱理工大學(xué)孟大偉教授開發(fā)的幾個(gè)電磁設(shè)計(jì)計(jì)算功能模塊的輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行管理為例進(jìn)行說明。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了使防爆電機(jī)電磁設(shè)計(jì)更加快捷，同時(shí)在功能上有可靠和保障，采用了后臺(tái)數(shù)據(jù)庫與前臺(tái)應(yīng)用程序相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。
數(shù)據(jù)庫方面，選擇微軟的Access桌面型數(shù)據(jù)庫作為電磁數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的支撐平臺(tái)。
應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方面，分兩部分構(gòu)成：
①系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫環(huán)境定制軟件（YBDJConfig.exe）。
②電磁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理軟件（YBDJProject.exe）。
2 開發(fā)語言的選擇
能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（信息管理系統(tǒng)）開發(fā)工具很多，目前主流的開發(fā)工具有Visual Basic 6.0、Visual C++、Delphi等。其中Visual Basic以其簡潔易懂的語法、直觀強(qiáng)大的IDE（集成開發(fā)環(huán)境）、豐富強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫操作特性獲得了大部分程序員的青睞，所以我們使用Visual Basic 6.0進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理軟件開發(fā)。
3 功能模塊的劃分
就本例而言的防爆電磁設(shè)計(jì)管理軟件需要包括：
①產(chǎn)品的分類分級(jí)管理，方便用戶查閱。
②對(duì)不同類型的電磁單需要有單獨(dú)的界面進(jìn)行新增，編輯，保存等操作。
③對(duì)每個(gè)電磁單都應(yīng)該有它的屬性以及特征描述信息。
④具有條件查詢的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速的定位查找。
⑤能夠輸出電機(jī)的性能曲線，方便提供給用戶曲線圖。
⑥為其他系統(tǒng)（如：清華英泰PDM）提供存檔的計(jì)算單。
下面對(duì)各功能模塊分別進(jìn)行敘述：
①對(duì)于產(chǎn)品的分類分級(jí)管理。這里我們采用目錄樹（TreeView控件）結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。如下圖1：這樣通過目錄樹進(jìn)行分類分級(jí)就可以把電磁數(shù)據(jù)分層次管理起來，查看時(shí)只需點(diǎn)擊[+]號(hào)，系統(tǒng)會(huì)逐級(jí)展開直至找到所需要查看的數(shù)據(jù)方案。
②對(duì)于每一種類型如小型鼠籠電磁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息都有單獨(dú)的界面進(jìn)行輸入，編輯，保存以及察看輸出計(jì)算單的功能。如下圖2為正在編輯的YB2隔爆電機(jī)電磁方案：
③對(duì)于在編輯界面中新增的計(jì)算單都可以為其添加一些描述信息，以方便設(shè)計(jì)師管理方案。如下圖3為YB2-280-2 75kW 500V的描述信息內(nèi)容：④為了更好的方便查詢，程序滿足對(duì)各個(gè)描述信息或具體的防爆電機(jī)電磁方案的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查找，減少人工的檢索提高工作效率。下圖4為對(duì)描述信息進(jìn)行的查找的結(jié)果：下圖5為對(duì)防爆電機(jī)電磁方案的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行方案查找的結(jié)果：⑤能夠自動(dòng)輸出電機(jī)的性能曲線到文件中，方便提供給用戶曲線圖。
由于核心的防爆電磁設(shè)計(jì)程序是DOS版，曲線輸出是在顯示屏上繪制的。這就導(dǎo)致無法將其保存為圖片格式的文件。所以，在給用戶提供防爆電機(jī)的特性曲線時(shí)，往往采用的手工的方式，通過電子表格（Excel）的圖表功能進(jìn)行曲線輸出，顯得十分繁瑣，而且制作時(shí)間長，曲線顯示不光滑，很難滿足企業(yè)快速發(fā)展的需要。為了解決上述問題，防爆電磁管理系統(tǒng)對(duì)防爆電機(jī)的特性曲線各點(diǎn)數(shù)據(jù)利用三次樣條曲線原理解析出曲線方程，然后在繪圖容器中進(jìn)行圖形的繪制，并支持保存為位圖文件。同時(shí)系統(tǒng)利用微軟的ActiveX與OLE技術(shù)輸出到Micro Word文檔中（外供用）。并且曲線各點(diǎn)連接光滑，完全能夠滿足用戶的需要。
下圖6為系統(tǒng)輸出的YB2-132M-4 9kW 440V 60Hz特殊設(shè)計(jì)防爆電機(jī)的[效率、功率因數(shù)VS輸出功率]特性曲線圖：⑥ 為其他系統(tǒng)（如：清華英泰PDM）提供存檔的計(jì)算單。
該系統(tǒng)支持對(duì)于每個(gè)防爆電機(jī)的電磁方案的存檔輸出，滿足企業(yè)對(duì)防爆電磁數(shù)據(jù)的整體管理存檔的需要。
4 結(jié)束語
工欲善其事，必先利其器。在電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，利用電子計(jì)算機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理已經(jīng)被廣泛接受和采用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的技術(shù)被應(yīng)用到電機(jī)設(shè)計(jì)中來，如：采用有限元法對(duì)電磁場進(jìn)行仿真分析，可以解決傳統(tǒng)方法解決不了的瞬態(tài)問題，對(duì)防爆電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、扭矩、剪切等受力分析，大大減少了設(shè)計(jì)過程中難以控制的技術(shù)難題。我們開發(fā)的防爆電機(jī)電磁設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)軟件已在我公司得到應(yīng)用，并取得了良好的效果，受到了公司的嘉獎(jiǎng)。但由于我們理論水平有限，本文難免出現(xiàn)疏漏，敬請(qǐng)見諒。
參考文獻(xiàn)：
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