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1、JIU JIAANG UNIIVERRSITTY毕业论文文（设计）题目数控控车床应应用与未未来发展展院系机械械与材料料工程学学院专业机电电一体化化姓名翟亮亮年级 20009 指导教师师赖飞云二零一一一年十二二月目录【摘要】1【关键词词】1前言11第1章 绪论论11.1概概述1第二章 机电电一体化化技术发发展12.1 数字化化12.2 智能化化12.3 模块化化22.4 网络化化22.5 人性化化22.6 微型化化22.7 集成化化22.8 带源化化32.9 绿色化化3第三章 机电电一体化化技术在在钢铁企企业中应应用33.1 智能化化控制技技术(IIC)33.2 分布式式控制系系统(DDCS)3
2、3.3 开放式式控制系系统(OOCS)43.4 计算机机集成制造系系统(CCIMSS)43.5 现场总总线技术术(FBBT)43.6 交流传传动技术术4第四章 机电一一体化系系统54.1 干扰源源54.2 抗供电电干扰的的措施54.3 场干扰扰的抑制制6总结66致谢66参考文献献7【摘要】讨论了机机电一体体化技术术对于改改变整个个机械制制造业面面貌所起起的重要要作用，并并说明其其在钢铁铁工业中中的应用用以及发发展趋势势。【关键词词】：机电一一体化；技术；应用前言人类社会会是一部部科技发发展史，尤尤其是近近代史，随随着工业业革命的的进行，机机械工业业和机器器制造业业一直处处于高速速发展的状况况，
3、并且且随着现现代科学学技术的的迅速发发展，在在很大程程度上极极大地推推动了学学科之间间的交叉叉和渗透透，这在在很大程程度上促促进了工工程技术术方面的的改造和和创新。尤尤其是在在机械工工程方面面,随着微微电子技技术和计计算机技技术的交交互发展展，并逐逐渐应用用到机械械工业当当中，形形成了机机电一体体化的技技术发展展方向,机械制制造技术术的发展展是从开开始的完完全人工工到半自自动化直直到自动动化,是这部部技术发发展史的的一部分分。这在在很大程程度上使使机械工工业的技技术和产产品机构构、功能能构成、生生产方式式及管理理体系发发生了巨巨大变化化,促进工工业生产产由“机械电电气化”时代进进入“机电一一体
4、化”时代，机机电一体体化技术术是机械械、电子子、信息三个学学科合理理结合的的复合技技术,是在工工业产品品和过程程设计与与制造中中,机械行行业和高高科技计计算及行行业的有有机结合合，在技技术发展展阶段，人人类总是是试图实实行实现现各个行行业智能能化和绿绿色化，所所以，机机电一体体化技术术促进了了机械制制造技术术的发展展计入一一个新的的阶段，在在很大程程度上推推动了两两个行业业的迅速速发展， 姓名：翟亮 性别：男 籍贯：江西九江院校：九江学院 学历：大专第1章绪绪论1.1概概述进入800年代以以来，关关于机电电一体化化技术的的研究和和应用已已成为全全球性的的课题，可可以说，从从军事到到经济、从从生
5、产到到生活、从从简单的的日用消消费品生生产到复复杂的社社会生产产和管理理系统.机电一一体化技技术几乎乎达到无无所不在在、无孔不入的的地步。然然而，“什么是是机电一一体化?”，呼机电电一体化化技术都都包括那那些特征征?”，“机电一一体化技技术在各各应用领领域中的的发展状状况如何何?”等问题题却很难难令人回回答，这这一方面面是因为为机电一一体化技技术的研研究不断断向深度度持续发发展，所所采用的的技术手手段越来来越先进进，无法法通过定定义来界界定其发发展潜力力;另一方方面是因因为机电电一体化化技术的的应用领领域不断断向户度度持续发发展，也也无法通通过定义义来界定定其应用用范围。第二章机机电一体体化技
6、术术发展机电一体体化是机机械、微微电子、控控制、计计算机、信信息处理理等多学学科的交交叉融合合，其发发展和进进步有赖赖于相关关技术的的进步与与发展，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2.1数数字化微控制器器及其发发展奠定定了机电电产品数数字化的的基础，如如不断发发展的数数控机床床和机器器人；而而计算机机网络的的迅速崛崛起，为为数字化化设计与与制造铺铺平了道道路，如如虚拟设设计、计计算机集集成制造造等。数数字化要要求机电电一体化化产品的的软件具具有高可可靠性、易易操作性性、可维维护性、自自诊断能能力以及及友好人人机界面面。数字字化的实实现将便便
7、于远程程操作、诊诊断和修修复。2.2智智能化即要求机机电产品品有一定定的智能能,使它具有有类似人人的逻辑辑思考、判判断推理理、自主主决策等等能力。例例如在CNC数控机机床上增加人机对对话功能能，设置置智能I/O接口和和智能工工艺数据据库，会会给使用用、操作作和维护护带来极极大的方方便。随随着模糊糊控制、神神经网络络、灰色色理论、小小波理论论、混沌沌与分岔岔等人工工智能技技术的进进步与发发展，为为机电一一体化技技术发展展开辟了了广阔天天地。2.3模模块化由于机电电一体化化产品种种类和生生产厂家家繁多，研研制和开开发具有有标准机机械接口口、动力力接口、环环境接口口的机电电一体化化产品单单元模块块是
8、一项项复杂而而有前途途的工作作。如研研制具有有集减速速、变频频调速电电机一体体的动力力驱动单单元；具具有视觉觉、图像像处理、识识别和测测距等功功能的电电机一体体控制单单元等。这这样，在在产品开开发设计计时，可可以利用用这些标准准模块化化单元迅迅速开发发出新的的产品。2.4网网络化由于网络络的普及及，基于于网络的的各种远远程控制制和监视视技术方方兴未艾艾。而远远程控制制的终端端设备本本身就是是机电一一体化产产品，现现场总线线和局域域网技术术使家用用电器网网络化成成为可能能，利用用家庭网网络把各各种家用用电器连连接成以以计算机机为中心心的计算算机集成成家用电电器系统统，使人人们在家家里可充充分享受
9、受各种高高技术带带来的好好处，因因此，机机电一体体化产品品无疑应应朝网络络化方向向发展。2.5人人性化机电一体体化产品品的最终终使用对对象是人人，如何何给机电电一体化化产品赋赋予人的的智能、情情感和人人性显得得愈来愈愈重要，机机电一体体化产品品除了完善的性性能外，还还要求在在色彩、造造型等方方面与环环境相协协调，使使用这些些产品，对对人来说说还是一一种艺术术享受，如如家用机机器人的的最高境境界就是是人机一一体化。2.6微微型化微型化是是精细加加工技术术发展的的必然，也也是提高高效率的的需要。微微机电系系统(Miicroo Ellecttronnic Mecchannicaal SSysttem
10、ss，简称MEMMS)是指可可批量制制作的，集集微型机机构、微微型传感感器、微微型执行行器以及及信号处处理和控控制电路路，直至至接口、通通信和电电源等于于一体的的微型器器件或系系统。自自19886年美国斯斯坦福大大学研制制出第一一个医用用微探针针，19888年美国国加州大大学Berrkelley分校研研制出第第一个微微电机以以来，国国内外在在MEMMS工艺、材材料以及及微观机机理研究究方面取取得了很很大进展展，开发发出各种种MEMMS器件和和系统，如如各种微微型传感感器（压压力传感感器、微微加速度度计、微微触觉传传感器），各各种微构构件（微微膜、微微粱、微微探针、微微连杆、微微齿轮、微微轴承、
11、微微泵、微微弹簧以以及微机机器人等等）。2.7集集成化集成化既既包含各各种技术术的相互互渗透、相相互融合合和各种种产品不不同结构构的优化化与复合合，又包包含在生生产过程程中同时时处理加加工、装装配、检检测、管管理等多多种工序序。为了了实现多多品种、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。2.8带带源化是指机电电一体化化产品自自身带有有能源，如如太阳能能电池、燃燃料电池池和大容容量电池池。由于于在许多多场合无无法使用用电能，因因而对于于运动的
12、的机电一一体化产产品，自自带动力力源具有有独特的的好处。带带源化是是机电一一体化产产品的发发展方向向之一。2.9绿绿色化科学技术术的发展展给人们们的生活活带来巨巨大变化化，在物物质丰富富的同时时也带来来资源减减少、生生态环境境恶化的的后果。所所以，人人们呼唤唤保护环环境，回回归自然然，实现现可持续续发展，绿绿色产品概念念在这种种呼声中中应运而而生。绿绿色产品品是指低低能耗、低低材耗、低低污染、舒舒适、协协调而可可再生利利用的产产品。在在其设计计、制造造、使用用和销毁毁时应符符合环保保和人类类健康的的要求，机机电一体体化产品品的绿色色化主要要是指在在其使用用时不污污染生态态环境，产产品寿命命结束
13、时时，产品品可分解解和再生生利用。第三章机机电一体体化技术术在钢铁铁企业中中应用在钢铁企企业中，机机电一体体化系统统是以微微处理机机为核心心，把微微机、工工控机、数数据通讯讯、显示示装置、仪仪表等技技术有机机的结合合起来，采采用组装装合并方方式，为为实现工工程大系系统的综综合一体体化创造造有力条条件，增增强系统统控制精精度、质质量和可可靠性。机机电一体体化技术术在钢铁企业业中主要要应用于于以下几几个方面面：3.1智智能化控控制技术术(ICC)由于钢铁铁工业具具有大型型化、高高速化和和连续化化的特点点，传统统的控制制技术遇遇到了难难以克服服的困难难，因此此非常有有必要采采用智能能控制技技术。智智
14、能控制制技术主主要包括括专家系系统、模模糊控制制和神经经网络等等，智能能控制技技术广泛泛应用于于钢铁企企业的产产品设计计、生产产、控制制、设备备与产品品质量诊诊断等各各个方面面，如高高炉控制制系统、电电炉和连连铸车间间、轧钢钢系统、炼炼钢连铸轧钢综综合调度度系统、冷冷连轧等等。3.2分分布式控控制系统统(DCCS)分布式控控制系统统采用一一台中央央计算机机指挥若若干台面面向控制制的现场场测控计计算机和和智能控控制单元元。分布布式控制制系统可可以是两两级的、三三级的或或更多级级的。利利用计算算机对生生产过程程进行集集中监视视、操作作、管理理和分散散控制。随随着测控控技术的的发展，分分布式控控制系
15、统统的功能能越来越越多。不不仅可以以实现生生产过程程控制，而而且还可可以实现现在线最最优化、生生产过程程实时调调度、生生产计划划统计管管理功能能，成为为一种测测、控、管管一体化化的综合合系统。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。3.3开开放式控控制系统统(OCCS)开放控制制系统(Oppen Conntrool SSysttem)是目前前
16、计算机机技术发发展所引引出的新新的结构构体系概概念。“开放”意味着着对一种种标准的的信息交交换规程程的共识识和支持持，按此此标准设设计的系系统，可可以实现现不同厂厂家产品品的兼容容和互换换，且资资源共享享。开放放控制系系统通过过工业通通信网络络使各种种控制设设备、管管理计算算机互联联，实现现控制与与经营、管管理、决决策的集集成，通通过现场场总线使使现场仪仪表与控控制室的的控制设设备互联联，实现现测量与与控制一一体化。3.4计计算机集集成制造造系统(CIIMS)钢铁企业业的CIMMS是将人人与生产产经营、生生产管理理以及过过程控制制连成一一体，用用以实现现从原料料进厂，生生产加工工到产品品发货的
17、的整个生生产过程程全局和和过程一一体化控控制。目目前钢铁铁企业已已基本实实现了过过程自动动化，但但这种“自动化化孤岛”式的单单机自动动化缺乏乏信息资资源的共共享和生生产过程程的统一一管理，难难以适应应现代钢钢铁生产产的要求求。未来来钢铁企企业竞争争的焦点点是多品品种、小小批量生生产，质质优价廉廉，及时时交货。为为了提高高生产率率、节能能降耗、减减少人员员及现有有库存，加加速资金金周转，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。3.5现现场总线线技术(FBBT)现场总线线技术(Fii
18、ed Buss Teechnnoloogy)是连接接设置在在现场的的仪表与与设置在在控制室室内的控控制设备备之间的的数字式式、双向向、多站站通信链链路。采采用现场场总线技技术取代代现行的的信号传传输技术术(如420mmA，C直流传传输)就能使使更多的的信息在在智能化化现场仪仪表装置置与更高高一级的的控制系系统之间间在共同同的通信信媒体上上进行双双向传送送。通过过现场总总线连接接可省去66%或更多多的现场场信号连连接导线线。现场场总线的的引入导导致CS的变革革和新一一代围绕绕开放自自动化系系统的现现场总线线化仪表表，如智智能变送送器、智智能执行行器、现现场总线线化检测测仪表、现现场总线线化PLC
19、C(Prrogrrammmablle LLogiic CConttrolllerr)和现场场就地控控制站等等的发展展。3.6交交流传动动技术传动技术术在钢铁铁工业中中起至关关重要的的作用。随随着电力力电子技技术和微微电子技技术的发发展，交交流调速速技术的的发展非非常迅速速。由于于交流传传动的优优越性，电电气传动动技术在在不久的的将来由由交流传传动全面面取代直直流传动动，数字字技术的的发展，使使复杂的的矢量控控制技术术实用化化得以实实现，交交流调速速系统的的调速性性能已达达到和超超过直流流调速水水平。现现在无论论大容量量电机或或中小容容量电机机都可以以使用同同步电机机或异步步电机实实现可逆逆平滑
20、调调速。交交流传动动系统在在轧钢生生产中一一出现就就受到用用户的欢欢迎，应应用不断断扩大第四章机机电一体体化系统统机电一体体化是在在机械的的主功能能、动力力功能、信信息功能能和控制制功能上上引进微微电子技技术，并并将机械械装置与与电子装装置用相相关软件件有机结结合而构构成的系系统。机机电一体体化系统统投入工工业应用用环境运运行时，系系统总会会受到电电网、空空间与周周围环境境干扰。若若系统抵抵御不住住干扰的的冲击，各各电气功功能模块块将不能能进行正正常的工工作，微微机系统统往往会会因干扰扰产生程程序“跑飞”，传感感器模块块将会输输出伪信信号，功功率驱动动模块将将会输出出畸变的的驱动信信号，使使执
21、行机机构动作作失常，最最终导致致系统产产生故障障，甚至至瘫痪。4.1干干扰源从干扰扰窜入系系统的渠渠道来看看，系统统所受到到的干扰扰源分为为供电干干扰、过过程通道道干扰、场场干扰等等。（1）供供电干扰扰大功功率设备备会造成成电网的的严重污污染，使使得电网网电压大大幅度地地涨落、浪浪涌，大大功率开开关的通通断，电电动机的的启停等等原因，电电网上常常常出现现很高的的尖峰脉脉冲干扰扰。据统统计，电电源的投投入、瞬瞬时短路路、欠压压、过压压、电网网窜入的的噪声引引起CPU误动作作及数据据丢失占占各种干干扰的90以上上。（2）过过程通道道干扰过程程通道干干扰主要要来源于于长线传传输。当当系统中中有电气气
22、设备漏漏电，接接地系统统不完善善，或者者传感器器测量部部件绝缘缘不好等等；及各各通道的的传输线线如果处处于同根根电缆或或捆扎在在一起，尤尤其是将将信号线线与交流流电源线线处于同同一根管管道时，产产生的共共模或差差模电压压都会影影响系统统，使系系统无法法工作。（3）场场干扰系统周围围的空间间总存在在着磁场场、电磁磁场、静静电场，如如太阳及及天体辐辐射；广广播、电电话、通通讯发射射台的电电磁波；周围中中频设备备发出的的电磁辐辐射等。这这些场干干扰会通通过电源源或传输输线影响响各功能能模块的的正常工工作，使使其中的的电平发发生变化化或产生生脉冲干干扰信号号。4.2抗抗供电干干扰的措措施（1）配配电系
23、统统的抗干干扰抑制制供电干干扰首先先从配电电系统上上采取措措施，其其次可采采用分立立式供电电方案，就就是将组组成系统统各模块块分别用用独立的的变压、整整流、滤滤波、稳稳压电路路构成的的直流电电源供电电，这样样就减少少了集中中供电的的危险性性，而且且也减少少了公共共阻抗以以及公共共电源的的相互耦耦合，提提高了供供电的可可靠性，也也有利于于电源散散热。另外外，交流流电的引引入线应应采用粗粗导线，直直流输出出线应采采用双绞绞线，扭扭绞的螺螺距要小小，并尽尽可能缩缩短配线线长度（2）利利用电源源监视电电路在配配电系统统中实施施抗干扰扰措施是是必不可可少的，但但这些仍仍难抵御御微秒级级的干扰扰脉冲及及瞬
24、态掉掉电，特特别是后后者属于于恶性干干扰，可可能产生生严重的的事故。因因此应采采取进一一步的保保护性措措施，即即使用电电源监视视电路。电电源监视视电路需需具有监监视电源源电压瞬瞬时短路路、瞬间间降压和和微秒级级干扰及及掉电的的功能；及时输输出供CPU接受的的复位信信号及中中断信号号等功能能。4.3场场干扰的的抑制防止场场干扰的的主要方方法是良良好的屏屏蔽和正正确的接接地。须须注意以以下问题题：（1）消消除静电电干扰最最简单的的方法是是把感应应体接地地，接地地时要防防止形成成接地环环路。（2）为为了防止止电磁场场干扰，可可采用带带屏蔽层层的信号号线，并并将屏蔽蔽层单端端接地。（3）不不要把导导线
25、的屏屏蔽层当当作信号号线或公公用线来来使用。（4）在在布线方方面，不不要在电电源电路路和检测测、控制制电路之之间使用用公用线线，也不不要在模模拟电路路和数字字脉冲电电路之间间使用公公用线，以以免互相相串扰。5软件抗抗干扰技技术各种形式式的干扰扰最终会会反映在在系统的的微机模模块中，导导致数据据采集误误差、控控制状态态失灵、存存储数据据窜改以以及程序序运行失失常等后后果，虽虽然在系系统硬件件上采取取了上述述多种抗抗干扰措措施，但但仍然不不能保证证微机系系统正常常工作。因因为软件件抗干扰扰是属于于微机系系统的自自身防御御行为，实实施软件件抗干扰扰的必要要条件是是：（1）在在干扰的的作用下下，微机机
26、硬件部部分以及及与其相相连的各各功能模模块不会会受到任任何损毁毁，或易易损坏的的单元设设置有监监测状态态可查询询。2）系统统的程序序及固化化常数不不会因干干扰的侵侵入而变变化。（3）RRAM区中的重重要数据据在干扰扰侵入后后可重新新建立，并并且系统统重新运运行时不不会出现现不允许许的数据据抑制数数据采样样的干扰扰可采用用：数字字滤波，宽宽度判断断抗尖峰峰脉冲干干扰等办办法，也也可采用用重复检检查法，偏偏差判断断法来检检查判断断是否有有干扰信信号。而而程序运运行失常常的软件件抗干扰扰措施一一般（1）设置WATTCHDDOG功能，由由硬件配配合，监监视软件件的运行行情况，遇遇到故障障进行相相应的处
27、处理。（2）设置置软件陷陷阱，当当程序指指针失控控而使程程序进入入非程序序空间时时，在该该空间中中设置拦拦截指令令，使程程序进入入陷阱，然然后强迫迫其转入入初始状状地结合合在一起起,形成完完整的系系统。总结综上所述述,经过20多年的的发展，机机电一体体化技术术已经成成为当今今世界最最热门、最最重要的的技术发发展方向向之一，并并影响到到几乎全全部的工工业行业业。我国国从80年代初初对机电电一体化化技术和和产品开开始予以以重视，先先后在国国家科技技攻关计计划、863高科技技计划和和国家自自然科学学基金中中列专项项对机电电一体技技术加以以研究，并并取得了了一系列列重大科科技成果果。199。年，国国家
28、将用用电子技技术改造造传统产产业列为为“八五”及本世世纪后十十年发展展全民经经济的重重要战略略技术措措施，机机电一体体化技术术的推广广应用已已取得相相当进展展。致谢三年大学学时光，匆匆匆，太太匆匆。一一切恍如如昨日历历历在目目，转眼眼间，灰灰飞烟灭灭，各走走天涯。回回首大学学生活，感感慨万分分，万千千思绪在在心头。说说不出，道道不尽，心心中多少少欢乐与与忧愁。我我的班主主任在大大学三年年里给了了我莫大大的帮助助，无论论是在学学习上、生生活中还还是在找找工作的的过程中中都教会会了我许许多许多多。她不不仅教授授我专业业知识，更更教会了了我很多多为人处处世的道道理，在在她的悉悉心指导导下，我我也慢慢
29、慢地成熟熟起来。在在我论文文的整个个写作过过程中，她她从论文文的选题题、提纲纲的撰写写、格式式的要求求、内容容的修改改甚至标标点符号号各个方方面都给给了详细细的意见见和修改改，使我我能够按按时按照照学院要要求顺利利地完成成整篇论论文。我我很庆幸幸在大学学里遇上上这样一一位好老老师，感感谢参考文献献1 李建勇.机电一一体化技技术M.北京:科学出出版社,20004.2 李运华.机电控控制M.北京:北京航航空航天天大学出出版社,20003.3 洪钟洲.数控系系统的发发展现状状和趁势势.机电一一体化.199964 项占琴.微电子子机械的的发展现现状及前前景.机电工工程.19997，5 张建民.机电一一
30、体化系系统设计计M.北京：北京理理工大学学出版社社，199966 陈瑜.国外机机电一体体化技术术发展趋趋势J.国外机电电一体化化技术.20000，57 谢存禧.机电一一体化生生产系统统设计.北京：机机械工业业出版社社，199998 机电一一体化技技术手册册编委会会.机电一一体化技技术手册册.北京：机械工工业出版版社，199949 胡泓、姚姚伯威主主编.机电一一体化原原理及应应用.北京：国防工工业出版版社，1999910 梁景景凯主编编.机电一一体化技技术与系系统.北京：机械工工业出版版社，1999711 徐志志毅主编编.机电一一体化实实用技术术.上海：上海科科学技术术文献出出版社，1999512 秦曾曾煌主编编.电工学.北京：高等教教育出版版社，19999