基于嵌入式技术楼宇智能化控制系统*
摘要:为了解决智能楼宇控制点种类和数量多的问题,设计了基于嵌入式技术的智能楼宇控制系统,系统采用MODBUS通
讯协议,485/232总线结构,最大通讯距离达1200m,通过区域控制器与控制模块数目自由组合组成控制网络的方法成功
解决这个问题,效果良好。
关键词:智能楼宇 MODBUS协议 485/232总线 区域控制器
0 引 言
智能楼宇最早出现在美国,我国的智能楼宇起源于
20世纪90年代,楼宇智能化是现代工业高科技的结晶,
是未来“信息高速公路”的主节点,是进入“数字时代”新
兴的产物。所谓楼宇自动化系统是对中央空调系统、通风
系统、给排水系统、照明系统、变配电系统、电梯系统进行
监控。随着高新信息技术和计算机网络技术的高速发展,
对建筑物的结构、系统、服务及管理的最优化组合的要求
越来越高[4]。系统控制的方式由过去的中央集中监控,转
而由高处理能力的现场控制器所取代的集散控制系统,本
文设计的楼宇自动化智能控制系统是专门为楼宇智能化
所设计,同霍尼韦尔、西门子等楼宇控制产品相比结构灵活,
控制简便,并且易于针对个体需求进行软件的二次开发。
1 网络结构
控制系统结构如图1所示,分为三个控制层。上层为
PC远程集中监控,下层为控制模块,中间层为现场区域控
制器。层与层之间通过RS232/485总线联网。
远程集中监控平台主要功能为提供即时的数据显示、
历史数据的保存维护和查询显示、故障报警和故障历史查
询、参数修改和查询。PC远程监控平台为主要人机界面,
所以上位机软件设计体现了如下三个优点:一是将控制网
络WEB化,可以将不同来源、不同格式的信息转变为统一
的格式,供具有统一界面的客户机浏览器浏览,以更好地
适应信息化社会的使用需要;二是建立了基于SQL SERV-
ER数据库的管理信息系统,提高了信息管理的功能;三是
采用开放式设计的网络结构,可以更方便地与其他系统
(如安保系统、消防系统)进行集成。软件基于delphi平台
开发,加载大量图形操作,简单方便。
控制模块包括四种,即数字量输入模块(Digital In-
put)、数字量输出模块(DigitalOutput)、模拟量输入模块
(Analog Input)、模拟量输出模块(AnalogOutput)。控制模
块是控制系统的主要执行机构,即采集数字量信号和模拟
量信号,也输出数字量信号和模拟量信号。因此每种模块
各自拥有单独的控制芯片,既接受现场区域控制器的控制
命令,又需要根据控制命令完成模块的输入输出功能。
中间层现场区域控制器既与PC远程监控平台进行通
讯,接受控制命令并上传实时数据,又通过控制模块采集
数据、执行控制命令。显然,现场区域控制器是整个控制
系统的核心枢纽,其重要性不言而喻,因此整个区域控制
器的软硬件设计无疑成为整个系统的重点和难点。
2 区域控制器
2.1硬件电路
区域控制器硬件电路主要由CPU、上下位机通讯接
口、EEPROM和时钟、键盘和触摸屏、液晶以及数字量/模
拟量输入输出单元组成。硬件结构如图2所示。
区域控制器CPU选用STC89C516RD2,这是一款新一
代抗干扰/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统
8051单片机[1-3]。
区域控制器自身带有一定数目的数字量/模拟量输入
输出单元,可以在智能楼宇控制系统中作为控制模块的补
充,同时也可以使区域控制器单独作为产品配套控制器使
用,灵活多变。
时钟和EEPROM通过I2C总线与区域控制器CPU连
接。I2C总线用两条线(SDA和SCL)在芯片和模块间传
递信息。SDA为串行数据线, SCL为串行时钟线,这两条
线必须用一个上拉电阻与正电源相连,其数据只有在总线
不忙时才可传送。CPU是主设备,时钟和EEPROM是从
设备[9]。
上位机通讯接口由控制器CPU通过SPI总线访问异
步通讯芯片MAX3100来实现。SPI总线采用三线同步接
口。主要特点是可以同时发出和接收串行数据;可以当作
主机或从机工作;提供频率可编程时钟;发送结束中断标
志;写冲突保护;总线竞争保护等;下位机通讯接口以串行
口中断的方式实现半双工通讯。
为了满足多种输入方式,控制器同时带有键盘和触摸
屏,即可以以按键方式键入控制命令,也可以直接点击触
摸屏实现。键盘采用独立式键盘;触摸屏选用电阻式触摸
屏,电阻式触摸屏屏幕主要由两个导电层组成,当手指触
摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发
生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后由触摸屏控
制器侦测到这一接触点并计算出(X,Y)的位置。
2.2软件流程
智能楼宇控制系统所控制的点位种类多样,如温度、
湿度、流量、开关等。硬件电路依据数字量、模拟量以及输
入、输出提供了通用的接口,因此具体识别控制每个点位
则完全由软件完成。现场区域控制器作为整个系统的控
制核心,既要检测自身输入输出单元,完成显示,报警等功
能,又要根据上位机(PC)、控制模块提供信息发出控制决
策。因此软件流程包括初始化、故障检测与处理、控制算
法实现、上下位机通讯等
(图3),初始化包括数值
初始化、中断初始化,通讯
初始化,显示初始化;故障
检测包括通讯故障,反馈
故障,逻辑故障等;控制部
分主要是程序算法的实
现,对输入输出的智能控
制,包括键盘/触摸屏输入
及液晶输出,上位机通讯
即远程PC与区域控制器
通讯,而下位机通讯则是
区域控制器与控制模块之
间通讯[5-6]。
楼宇自动化控制系统
故障种类多样,故障处理方法又各有不同,因此故障的检
测和处理就成为程序设计的一个难点,针对这种情况,程
序采用了查表法(表1),成功的解决了这一难题。
楼宇自动化控制系统
故障种类多样,故障处理方法又各有不同,因此故障的检
测和处理就成为程序设计的一个难点,针对这种情况,程
序采用了查表法(表1),成功的解决了这一难题。
表中分5列,第一列为故障号;第二列为故障处理方
法,如1(停机),2(关机), 3(重启)···;第三列判断是
否联动,如0(否), 1(是),主要判断一些相互有关联的部
分出现故障是否需要同步处理;第四列所谓的报警延时主
要指某一现象视为故障的重复出现时间,目的是为了消除
抖动引起的误报;第五列延迟寄存器则存放报警延时,如
1(0.1秒级延时寄存器), 2(秒级延时), 3(分级延时)。
每条故障都要对应于表中的一条,实际应用中只需填写表
格,快捷方便。
上下位机通讯程序都采用MODBUS通讯协议[7-8],
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通
过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太
网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标
准。通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设
备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。
如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议
发出。控制器通信使用主—从技术,即仅一设备(主设
备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设
备查询提供的数据作出相应反应。此系统中当主设备为
上位PC机时,现场区域控制器为从设备,当现场区域控制
器为主设备时,控制模块为从设备。Modbus协议建立了
主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有
要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由Mod-
bus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、
和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或
从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它
作为回应发送出去。
例如:当主设备(现场区域控制器)发送如表2请求
时,此控制器连接的所有控制模块都接受这请求,但是只
有地址为1的控制模块对此请求应答,其他地址的控制模
块自动丢弃这帧数据,经CRC检验数据正确后,根据功能
码来处理此帧数据,此例中功能码为06,即向此寄存器地
址写寄存器数据,完成后从设备需回应与主机请求相同的
信息。
置区域控制器和各种控制模块数量,结构灵活多变,可以
适应多种输入输出信号,根据用户的实际需求开发控制软
件,真正达到量身定做成为一大特色。本智能控制系统已
经在多个楼宇智能化控制中使用,控制准确,运行稳定;另
外,区域控制器也可单独使用,作为产品配套控制器,成功
应用于除湿机、冷干机、Vocs气体清除装置等。
参考文献
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9赵学军·RS485总线测控模块的MODBUS扩展协议设计[J]·自动
化与仪表,2007年2期:37-40
智能楼宇设计论文编号:JD171 字数:31338,页数:62 前言
随着科技和经济的不断发展，智能化建筑正逐渐普及并为人们所接受。据初步统计表明，目前安装的智能化系统其使用效果都不是很理想。因而造成资源的严重浪费，产生这种现象的原因有多方面，不但与产品质量及产品和系统的兼容性有关，也与方案确定及设计、施工过程中的质量控制有密切的关系。因此选择一个好的设计是系统实施的关键。
尤其是现在，智能建筑内各种机电设备越来越多，越来越复杂，对机电设备的控制和管理要求也越来越高。因此，对机电设备进行控制和管理的楼宇自控系统要求越来越严格，这标志着智能建筑时代的到来。在目前高科技迅速发展的时代，节水、节电、节能，创造绿色工作环境、生活环境，已成为广大业主的一致要求，只有设计完整的楼宇自控系统，才能建成先进的智能建筑。智能建筑目前已成为楼宇建设发展的必然趋势。在其发展过程中，楼宇自控系统经历了从分散控制到集中控制，再到集散控制的几个阶段。现在，楼宇自控系统正向开放式现场总线系统发展。
所以说楼宇自控系统的发展越来越完善，只有这样才能达到当今人们的要求。楼宇自控系统的设计主要包括，空调通风监控系统、中央制冷监控系统、给排水系统、照明与动力系统/供配电系统、电梯监控系统等。对这些系统的优化设计是节能的最关键之处。因此被人们看的尤为重要。所以说设计是首要问题，在加上良好的监督管理机制以及好的施工方法必定会取得良好的效果。
目录
前言 1
1 智能建筑的组成及BAS系统总述 4
1.1 智能建筑简介 4
1.1.1 智能建筑的发展 4
1.1.2 智能建筑的特征 4
1.2 智能建筑的组成部分 4
1.3 BAS系统总述 5
1.4 BAS系统的配置 7
2 智能楼宇自控系统的设计要求 14
2.1 设计构思 ...14
2.1.1 基本要求 14
2.1.2 楼宇自控系统主体设计 14
2.2 设备选型 14
2.2.1 控制器选择 14
2.2.2 空调控制器选择 15
2.2.3 其他设备的选择 15
2.3 智能楼宇的负荷问题 17
2.3.1 用电负荷的预测 17
3 空调子系统的设计 20
3.1 空调系统空气处理设备的要求 20
3.2 空调风系统的要求 20
3.3 空调风系统的组成 21
3.4 空调水系统的组成 21
3.5 空调系统机组的要求 22
4 通、排风子系统的设计 24
5 冷、热源子系统的设计 25
5.1 冷源装置 25
5.1.1 选择制冷方式的要求 25
5.2 冷水机组的监测与控制 25
5.2.1 控制原理与要求 26
5.3 热源装置 28
5.4 热交换器的监测与控制 28
5.4.1 控制原理与要求 28
5.4.2 热交换器运行参数及状态的检测 29
6 给排水子系统的设计 32
6.1 生活给水监控系统 32
6.2 高位水箱供水方式 32
6.2.1 控制原理与要求 32
6.2.2 水泵运行参数及状态的检测 33
6.3 生活排水监控系统 34
6.3.1 污水泵控制原理与要求 34
6.3.2 污水泵运行参数及状态的检测 35
7 供配电及照明系统的设计 37
7.1 供配电系统 37
7.1.1 供配电运行参数及状态的检测 37
7.2 照明系统 40
8 技术经济分析 42
9 结论 44
致谢 45
参考文献 46
附录A 47
附录B 55以上回答来自:
一、编写提纲的意义
在毕业论文的写作过程中，指导教师一般都要求学生编写提纲。从写作程序上讲，它是作者动笔行文前的必要准备；从提纲本身来讲，它是作者构思谋篇的具体体现。所谓构思谋篇，就是组织设计毕业论文的篇章结构。因为毕业论文的写作不像写一首短诗、一篇散文、一段札记那样随感而发，信手拈来，用一则材料、几段短语就表达一种思想、一种感情；而是要用大量的资料，较多的层次，严密的推理来展开论述，从各个方面来阐述理由、论证自己的观点。因此，构思谋篇就显得非常重要，于是必须编制写作提纲，以便有条理地安排材料、展开论证。有了一个好的提纲，就能纲举目张，提纲挚领，掌握全篇论文的基本骨架，使论文的结构完整统一；就能分清层次，明确重点，周密地谋篇布局，使总论点和分论点有机地统一起来；也就能够按照各部分的要求安排、组织、利用资料，决定取舍，最大限度地发挥资料的作用。
有些学生不大愿意写提纲，喜欢直接写初稿。如果不是在头脑中已把全文的提纲想好，如果心中对于全文的论点、论据和论证步骤还是混乱的，那么编写一个提纲是十分必要的，是大有好处的，其好处至少有如下三个方面：
第一，可以体现作者的总体思路。提纲是由序码和文字组成的一种逻辑图表，是帮助作者考虑文章全篇逻辑构成的写作设计图。其优点在于，使作者易于掌握论文结构的全局，层次清楚，重点明确，简明扼要，一目了然。
第二，有利于论文前后呼应。有一个提纲，可以帮助我们树立全局观念，从整体出发，在检验每一个部分所占的地位、所起的作用，相互间是否有逻辑联系，每部分所占的篇幅与其在全局中的地位和作用是否相称，各个部分之间的比例是否恰当和谐，每一字、每一句、每一段、每一部分是否都为全局所需要，是否都丝丝入扣、相互配合，成为整体的有机组成部分，都能为展开论题服务。经过这样的考虑和编写，论文的结构才能统一而完整，很好地为表达论文的内容服务。
第三，有利于及时调整，避免大返工。在毕业论文的研究和写作过程中，作者的思维活动是非常活跃的，一些不起眼的材料，从表面看来不相关的材料，经过熟悉和深思，常常会产生新的联想或新的观点，如果不认真编写提纲，动起笔来就会被这种现象所干扰，不得不停下笔来重新思考，甚至推翻已写的从头来过；这样，不仅增加了工作量，也会极大地影响写作情绪。毕业论文提纲犹如工程的蓝图，只要动笔前把提纲考虑得周到严谨，多花点时间和力气，搞得扎实一些，就能形成一个层次清楚、逻辑严密的论文框架，从而避免许多不必要的返工。另外，初写论文的学生，如果把自己的思路先写成提纲，再去请教他人，人家一看能懂，较易提出一些修改补充的意见，便于自己得到有效的指导。
二、编写提纲的步骤
编写提纲的步骤可以是这样：
(一)确定论文提要，再加进材料，形成全文的概要
论文提要是内容提纲的雏型。一般书、教学参考书都有反映全书内容的提要，以便读者一翻提要就知道书的大概内容。我们写论文也需要先写出论文提要。在执笔前把论文的题目和大标题、小标题列出来，再把选用的材料插进去，就形成了论文内容的提要。
(二)原稿纸页数的分配
写好毕业论文的提要之后，要根据论文的内容考虑篇幅的长短，文章的各个部分，大体上要写多少字。如计划写20页原稿纸(每页300字)的论文，考虑序论用1页，本论用17页，结论用1—2页。本论部分再进行分配，如本论共有四项，可以第一项3—4页，第二项用4—5页，第三项3—4页，第四项6—7页。有这样的分配，便于资料的配备和安排，写作能更有计划。毕业论文的长短一般规定为5000—6000字，因为过短，问题很难讲透，而作为毕业论文也不宜过长，这是一般大专、本科学生的理论基
础、实践经验所决定的。
(三)编写提纲
论文提纲可分为简单提纲和详细提纲两种。简单提纲是高度概括的，只提示论文的要点，如何展开则不涉及。这种提纲虽然简单，但由于它是经过深思熟虑构成的，写作时能顺利进行。没有这种准备，边想边写很难顺利地写下去。以《关于培育和完善建筑劳动力市场的思考》为例，简单提纲可以写成下面这样：
一、序论
二、本论
(一)培育建筑劳动力市场的前提条件
(二)目前建筑劳动力市场的基本现状
(三)培育和完善建筑劳动力市场的对策
三、结论
详细提纲，是把论文的主要论点和展开部分较为详细地列出来。如果在写作之前准备了详细提纲，那么，执笔时就能更顺利。下面仍以《关于培育和完善建筑劳动力市场的思考》为例，介绍详细提纲的写法：
一、序论
1．提出中心论题；
2，说明写作意图。
二、本论
(一)培育建筑劳动力市场的前提条件
1．市场经济体制的确立，为建筑劳动力市场的产生创造了宏观环境；
2．建筑产品市场的形成，对建筑劳动力市场的培育提出了现实的要求；
3．城乡体制改革的深化，为建筑劳动力市场的形成提供了可靠的保证；
4．建筑劳动力市场的建立，是建筑行业用工特殊性的内在要求。
(二)目前建筑劳动力市场的基本现状
1．供大于求的买方市场；
2，有市无场的隐形市场；
3．易进难出的畸形市场；
4，交易无序的自发市场。
(三)培育和完善建筑劳动力市场的对策
1．统一思想认识，变自发交易为自觉调控；
2．加快建章立制，变无序交易为规范交易；
3．健全市场网络，变隐形交易为有形交易；
4．调整经营结构，变个别流动为队伍流动；
5，深化用工改革，变单向流动为双向流动。
三、结论
1，概述当前的建筑劳动力市场形势和我们的任务；
2．呼应开头的序言。
上面所说的简单提纲和详细提纲都是论文的骨架和要点，选择哪一种，要根据作者的需要。如果考虑周到，调查详细，用简单提纲问题不是很大；但如果考虑粗疏，调查不周，则必须用详细提纲，否则，很难写出合格的毕业论文。总之，在动手撰写毕业’论文之前拟好提纲，写起来就会方便得多。
三、毕业论文提纲的拟定
如何落笔拟定毕业论文提纲呢?首先要把握拟定毕业论文提纲的原则，为此要掌握如下四个方面：
(一)要有全局观念，从整体出发去检查每一部分在论文中所占的地位和作用。看看各部分的比例分配是否恰当，篇幅的长短是否合适，每一部分能否为中心论点服务。比如有一篇论文论述企业深化改革与稳定是辩证统一的，作者以浙江××市某企业为例，说只要干部在改革中以身作则，与职工同甘共苦，可以取得多数职工的理解。从全局观念分折，我们就可以发现这里只讲了企业如何改革才能稳定，没有论述通过深化改革，转换企业经营机制，提高了企业经济效益，职工收入增加，最终达到社会稳定。
(二)从中心论点出发，决定材料的取舍，把与主题无关或关系不大的材料毫不可惜地舍弃，尽管这些材料是煞费苦心费了不少劳动搜集来的。有所失，才能有所得。一块毛料寸寸宝贵，台不得剪裁去，也就缝制不成合身的衣服。为了成衣，必须剪裁去不需要的部分。所以，我们必须时刻牢记材料只是为形成自己论文的论点服务的，离开了这一点，无论是多少好的材料都必须舍得抛弃。
(三)要考虑各部分之间的逻辑关系。初学撰写论文的人常犯的毛病，是论点和论据没有必然联系，有的只限于反复阐述论点，而缺乏切实有力的论据；有的材料一大堆，论点不明确；有的各部分之间没有形成有机的逻辑关系，这样的毕业论文都是不合乎要求的，这样的毕业论文是没有说服力的。为了有说服力，必须有虚有实，有论点有例证，理论和实际相结合，论证过程有严密的逻辑性，拟提纲时特别要注意这一点，检查这一点。
下面再简单阐述一下编写毕业论文提纲的方法：
1．先拟标题；
2．写出总论点；
3．考虑全篇总的安排：从几个方面，以什么顺序来论述总论点，这是论文结构的骨架；
4．大的项目安排妥当之后，再逐个考虑每个项目的下位论点，直到段一级，写出段的论点句(即段旨)；
5．依次考虑各个段的安排，把准备使用的材料按顺序编码，以便写作时使用；
6．全面检查，作必要的增删。
在编写毕业论文提纲时还要注意：
第一，编写毕业论文提纲有两种方法：一是标题式写法。即用简要的文字写成标题，把这部分的内容概括出来。这种写法简明扼要，一目了然，但只有作者自己明白。毕业论文提纲一般不能采用这种方法编写．二是句子式写法。即以一个能表达完整意思的句子形式把该部分内容概括出来。这种写法具体而明确，别人看了也能明了，但费时费力。毕业论文的提纲编写要交与指导教师阅读，所以，要求采用这种编写方法。
第二，提纲写好后，还有一项很重要的工作不可疏忽，这就是提纲的推敲和修改，这种推敲和修改要把握如下几点。一是推敲题目是否恰当，是否合适；二是推敲提纲的结构。先围绕所要阐述的中心论点或者说明的主要议题，检查划分的部分、层次和段落是否可以充分说明问题，是否合乎道理；各层次、段落之间的联系是否紧密，过渡是否自然。然后再进行客观总体布局的检查，再对每一层次中的论述秩序进行“微调”。
第三，毕业论文咨询一般要求提纲拟到以下层次
(四)毕业论文的基本结构由序论、本论、结论三大部分组成。序论、结论这两部分在提纲中部应比较简略。本论则是全文的重点，是应集中笔墨写深写透的部分，因此在提纲上也要列得较为详细。本论部分至少要有两层标准，层层深入，层层推理，以便体现总论点和分论点的有机结合，把论点讲深讲透。
机电一体化技术的应用与发展前景
摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。
关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化
现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。
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。
一、机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处
理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下
几方面着手。
(一)机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
(二)传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵
敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰
有着直接的关系。为了避免电干扰,目前
有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信
息传感器来说,目前主要发展非接触型检
测技术。
(三)信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、
信息处理设备(特别是微型计算机)的普
及应用紧密相连。为进一步发展机电一体
化,必须提高信息处理设备的可靠性,包
括模/数转换设备的可靠性和分时处理
的输入输出的可靠性,进而提高处理速
度,并解决抗干扰及标准化问题。
(四)驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用,但
在快速响应和效率等方面还存在一些问
题。目前,正在积极发展内部装有编码器
的电机以及控制专用组件-传感器-电
机三位一体的伺服驱动单元。
(五)接口技术
为了与计算机进行通信,必须使数据
传递的格式标准化、规格化。接口采用同
一标准规格不仅有利于信息传递和维修,
而且可以简化设计。目前,技术人员正致
力于开发低成本、高速串行的接口,来解
决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕
器的大容量化、小型化、标准化等问题。
(六)软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。为
了减少软件的研制成本,提高生产维修的
效率,要逐步推行软件标准化,包括程序
标准化、程序模块化、软件程序的固化、推
行软件工程等。
二、机电一体化技术的主要应用领域
(一)数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40
年的发展,在结构、功能、操作和控制精度
上都有迅速提高,具体表现在:
1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即
采用多C PU、多主总线的体系结构。
2、开放性设计,即硬件体系结构和功
能模块具有层次性、兼容性、符合接口标
准,能最大限度地提高用户的使用效益。
3、W O P技术和智能化。系统能提供
面向车间的编程技术和实现二、三维加工
过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊
控制等智能机制。
4、大容量存储器的应用和软件的模
块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也
加强了C N C系统的控制功能。
5、能实现多过程、多通道控制,即具
有一台机床同时完成多个独立加工任务
或控制多台和多种机床的能力,并将刀具
破损检测、物料搬运、机械手等控制都集
成到系统中去。
6、系统的多级网络功能,加强了系统
组合及构成复杂加工系统的能力。
7、以单板、单片机作为控制机,加上专
用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
(二)计算机集成制造系统(CIMS)
C IM S的实现不是现有各分散系统
的简单组合,而是全局动态最优综合。它
打破原有部门之间的界线,以制造为基干
来控制“物流”和“信息流”,实现从经营
决策、产品开发、生产准备、生产实验到生
产经营管理的有机结合。企业集成度的提
高可以使各种生产要素之间的配置得到
更好的优化,各种生产要素的潜力可以得
到更大的发挥。
(三)柔性制造系统(FMS)
柔性制造系统是计算机化的制造系
统,主要由计算机、数控机床、机器人、料
盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。
它可以随机地、实时地、按量地按照装配
部门的要求,生产其能力范围内的任何工
件,特别适于多品种、中小批量、设计更改
频繁的离散零件的批量生产。
(四)工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人,
它们只能根据示教进行重复运动,对工作
环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活
性;第2代机器人带有各种先进的传感元
件,能获取作业环境和操作对象的简单信
息,通过计算机处理、分析,做出一定的判
断,对动作进行反馈控制,表现出低级智
能,已开始走向实用化;第3代机器人即智
能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂
的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独
立行动,与第5代计算机关系密切。
三、机电一体化技术的发展前景
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。
(一)智能化
智能化是机电一体化与传统机械自
动化的主要区别之一,也是21世纪机电
一体化的发展方向。近几年,处理器速度
的提高和微机的高性能化、传感器系统的
集成化与智能化为嵌入智能控制算法创
造了条件,有力地推动着机电一体化产品
向智能化方向发展。智能机电一体化产品
可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取
代制造工程中人的部分脑力劳动。
(二)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,进行任意的
剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调
控制和综合管理。表现特征之二是通信功
能大大加强,一般除R S232等常用通信
方式外,实现远程及多系统通信联网需要
的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一
体化更加注重产品与人的关系,如何赋予
机电一体化产品以人的智能、情感、人性
显得越来越重要。机电一体化产品还可根
据一些生物体优良的构造研究某种新型
机体,使其向着生物系统化方向发展。
(三)微型化
微型机电一体化系统高度融合了微
机械技术、微电子技术和软件技术,是机
电一体化的一个新的发展方向。国外称微
电子机械系统的几何尺寸一般不超过
1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于
微机电一体化系统具有体积小、耗能小、
运动灵活等特点,可进入一般机械无法进
入的空间并易于进行精细操作,故在生物
医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国
防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利
用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在
实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
(四)模块化
模块化也是机电一体化产品的一个
发展趋势,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、信息接口的机电一体化产
品单元是一项复杂而重要的事,它需要制
订一系列标准,以便各部件、单元的匹配
和接口。机电一体化产品生产企业可利用
标准单元迅速开发新产品,同时也可以不
断扩大生产规模。
(五)网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化
有重大影响,使其朝着网络化方向发展。
机电一体化产品的种类很多,面向网络的
方式也不同。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。
(六)绿色化
工业的发达使人们物质丰富、生活舒
适的同时也使资源减少,生态环境受到严
重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化
是时代的趋势,其目标是使产品从设计、
制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极
小,资源利用率极高。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,
报废时能回收利用。绿色制造业是现代制
造业的可持续发展模式。
综上所述,机电一体化是众多科学技
术发展的结晶,是社会生产力发展到一定
阶段的必然要求。它促使机械工业发生战
略性的变革,使传统的机械设计方法和设
计概念发生着革命性的变化。大力发展新
一代机电一体化产品,不仅是改造传统机
械设备的要求,而且是推动机械产品更新
换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业
的必由之路。
参考文献:
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