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機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文第1篇

>> 美設(shè)計(jì)出地面超高速運(yùn)輸系統(tǒng) 基于FPGA的超高速數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 嵌入式超高速數(shù)字圖像實(shí)時(shí)存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì) 超高速電梯井道的特殊設(shè)計(jì)分析 超高速USB來了 超高速全幅 超高速彩色打印 超高速軍艦技術(shù)分析 超高速存儲外設(shè)怎么選 義烏外貿(mào)超高速增長之謎 超高速物理通道的完整性設(shè)計(jì)方案研究 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專題：單波長太比特以上超高速光通信系統(tǒng)技術(shù)與器件 超高速全光信息處理 超高速卷煙分揀設(shè)備及技術(shù) 中國銀行業(yè):警惕超高速增長 戰(zhàn)后世界超高速軍艦的發(fā)展 美國超高速軍艦的發(fā)展現(xiàn)狀 張建國：銀行超高速增長已成往事 圍繞銀河黑洞超高速運(yùn)轉(zhuǎn)的恒星 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：

關(guān)鍵詞：高速攝影；單片機(jī)；CPLD；轉(zhuǎn)速測量

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.018

引言

超高速攝影與一般攝影最根本的區(qū)別，在于它能以極快的速度進(jìn)行拍攝，有很高的時(shí)間分辨率，能夠?qū)⒖焖僮兓倪^程記錄下來，可以廣泛應(yīng)用于高速運(yùn)動(dòng)過程研究、瞬態(tài)光譜物理、高能物理、炸藥爆轟參數(shù)測量等領(lǐng)域。

超高速攝影有超高速光電相機(jī)、轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影等。轉(zhuǎn)鏡式高速攝影有較高的分辯力，轉(zhuǎn)鏡式高速攝影掃描系統(tǒng)的掃描速度可達(dá)0.375km/ s～15km/s，系統(tǒng)分辯力可達(dá)80lp/ mm，高速攝影分幅系統(tǒng)的攝影頻率可達(dá)104fps～107fps，系統(tǒng)分辨力可達(dá)35lp/mm，可滿足速度最高可達(dá)幾十千米每秒的高速運(yùn)動(dòng)物體的測試需求。

轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影系統(tǒng)是一個(gè)涉及光學(xué)、機(jī)械、電子等技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜精密系統(tǒng)，主要由光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，這里主要對某項(xiàng)目中用到的轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影系統(tǒng)的電路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

超高速攝影電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影電路控制系統(tǒng)使高速攝影機(jī)各部分按程序工作，保證高速攝影機(jī)以500萬幀/秒的速度準(zhǔn)確可靠地高速拍攝。超高速攝影機(jī)電控系統(tǒng)是保證攝影機(jī)準(zhǔn)確可靠工作、提供分析所需數(shù)據(jù)的指揮機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)性能的好壞是衡量高速攝影機(jī)質(zhì)量的重要標(biāo)志。

超高速攝影電路控制系統(tǒng)主要由控制箱、電源、計(jì)算機(jī)等組成。電控系統(tǒng)主要功能為：（1）快門開啟和關(guān)閉的控制；（2）調(diào)整和控制轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)速度；（3）轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)速度測量和指示；（4）引發(fā)脈沖光源；（5）安全保護(hù)功能，包括電機(jī)的過流保護(hù)、傳感器斷電保護(hù)等。超高速攝影電控系統(tǒng)工作流程示意如圖1所示。

單片機(jī)ATMega16L通過RS485通信接受計(jì)算機(jī)的指令并完成對其它各個(gè)分系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。電機(jī)脈沖信號放大板將轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速測量板的信號放大并送給CPLD邏輯電路XC95288進(jìn)行測速，并與轉(zhuǎn)鏡速度控制單元的測速值進(jìn)行比較，用于判斷是否達(dá)到設(shè)定的速度；脈沖氙燈控制器用于開啟脈沖氙燈和引發(fā)目標(biāo)信號，機(jī)械快門控制單元實(shí)現(xiàn)對攝影機(jī)的保護(hù)，外部觸發(fā)及同步信號單元用來獲取外部的同步信號，并根據(jù)到達(dá)拍攝區(qū)域的時(shí)間確定零時(shí)信號。系統(tǒng)各控制模塊（除電機(jī)控制器外）和電源等都裝配在控制機(jī)柜中，并通過電纜與對應(yīng)的快門、電機(jī)、氙燈、傳感器和液晶顯示模塊等連接起來。

邏輯電路XC95288的功能設(shè)計(jì)

XC95288是Xilinx公司的在系統(tǒng)可編程CPLD器件，主要用來完成邏輯控制和轉(zhuǎn)鏡速度測量等功能，其控制的內(nèi)容包括轉(zhuǎn)鏡速度和外部同步信號的讀取、控制機(jī)械快門、脈沖氙燈以及觸發(fā)目標(biāo)，同時(shí)也控制MAX485等芯片實(shí)現(xiàn)與上位控制計(jì)算機(jī)的半雙工通信。

XC95288與MAX485的連接電路如圖3所示。

超高速攝影機(jī)需要將轉(zhuǎn)鏡加速到預(yù)定的拍攝速度，并能夠維持?jǐn)?shù)秒（維持時(shí)間不宜過長，否則將損壞電機(jī)），以等待拍攝目標(biāo)的到來。因此要設(shè)定拍攝速度的自動(dòng)選擇環(huán)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)鏡速度達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，它能自動(dòng)給出信號以穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)攝影頻率為500萬幀/秒=5×106fps時(shí)，拍攝320個(gè)畫幅對應(yīng)轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)角度為120°，此時(shí)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速n為：n=（120/360）fω/N=（1/3）×5×106/32 0=5208.33rps=312500.0rpm。

為了測量電機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這里設(shè)計(jì)一個(gè)速度測量電路，其參數(shù)如下：（a）頻率測量范圍：10Hz～1MHz；（b）測量分辨率：1Hz；（c）測量通道靈敏度：50mVpp；（d）通道輸入阻抗：≥100kΩ。

（1）電機(jī)信號整形電路

電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入的速度頻率信號是方波，并且信號的測量通道靈敏度為50mVpp，為此需要將速度信號放大整形成標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平的方波信號，便于XC95288對信號脈沖的計(jì)數(shù)，放大電路需要將最小為Vpp=50mV的信號經(jīng)過放大整形后變成Vpp=5V電平，并且前向通道電阻≥100kΩ，則放大電路的電壓放大倍數(shù)為：

第一級射級跟隨器提高了輸入阻抗，使其滿足Ri≥100kΩ的要求，使得信號基本上送入后級，再經(jīng)過兩級的放大使信號放大，最后經(jīng)施密特觸發(fā)器整形成比較好的方波信號，為后面的處理提供信號。

（2）電機(jī)速度頻率測量電路

XC95288主要實(shí)現(xiàn)對被測信號的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行處理，并通過串口發(fā)送到PC上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。這里采用有源晶振40MHz進(jìn)行分頻得到計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘為電機(jī)速度頻率測量提供精度相對較高的時(shí)基信號，其時(shí)間的穩(wěn)定性和精度將會(huì)直接影響到測量的準(zhǔn)確性。

用XC95288實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度測量的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。

在XC95288內(nèi)部電路中，F(xiàn)0、F1輸入端口分別輸入標(biāo)準(zhǔn)脈沖和待測的速度脈沖信號（經(jīng)過整形放大以后的信號），計(jì)數(shù)器0和1分別對標(biāo)準(zhǔn)脈沖F0和待測信號F1進(jìn)行計(jì)數(shù)，鎖存器0和1分別對計(jì)數(shù)器0和1的計(jì)數(shù)值進(jìn)行保存，16位的輸入端口NP作為預(yù)置閘門時(shí)間的設(shè)定端口，設(shè)其輸入值為NP，則預(yù)置閘門時(shí)間T0為T0=NP/f0。

在電路剛開始工作時(shí)，由清零信號CLR對所有的計(jì)數(shù)器、鎖存器和D觸發(fā)器清零。這樣，計(jì)數(shù)器0的計(jì)數(shù)值NN0的初值為0，故此時(shí)NP>NN0，比較器輸出為1，但此時(shí)DFF0觸發(fā)器的輸出F2仍保持此初值0，由于F2作用在計(jì)數(shù)器0和1的使能端，此時(shí)計(jì)數(shù)器沒有開始計(jì)數(shù)，直到信號F1的上升沿到來后，DFF0觸發(fā)器的輸出F2才翻轉(zhuǎn)為1，允許兩計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。隨著計(jì)數(shù)值的增加，當(dāng)NN0>NP時(shí)，比較器輸出等于0，不過此時(shí)兩個(gè)計(jì)數(shù)器仍在計(jì)數(shù)，直到信號F1的又一上升沿到來后，F(xiàn)2=0，兩個(gè)計(jì)數(shù)器都停止計(jì)數(shù)，利用F2的下降沿（F3的上升沿）將此時(shí)的計(jì)數(shù)值NN0和NN1分別通過鎖存器0和1鎖存起來。然后利用此時(shí)F2=0，經(jīng)D1觸發(fā)器延時(shí)到信號F0的上升沿到來后，對計(jì)數(shù)器0、1清零。延時(shí)清零的原因是為了避免鎖存器鎖存數(shù)據(jù)與計(jì)數(shù)器清零同時(shí)進(jìn)行，從而使存儲數(shù)據(jù)出錯(cuò)。但由于延時(shí)清零，使實(shí)際門控信號的上升沿比速度信號F0的上升沿滯后，滯后時(shí)間為信號F0的一個(gè)周期。為使檢測結(jié)果準(zhǔn)確，將計(jì)數(shù)器0的計(jì)數(shù)值加1即可。F2實(shí)質(zhì)上就是實(shí)際門控信號。

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要考慮計(jì)數(shù)器溢出的情況。例如，在電機(jī)轉(zhuǎn)速很慢的情況下，兩個(gè)速度脈沖信號上升沿間的時(shí)間間隔較長，這使實(shí)際閘門時(shí)間變得很長，在該段時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器0可能會(huì)出現(xiàn)溢出情況。在該情況下，可用3種方法來解決計(jì)數(shù)：一是增加計(jì)數(shù)器0的位數(shù)；二是通過增加計(jì)數(shù)器來對溢出次數(shù)另行讀數(shù)；三是一旦計(jì)數(shù)器溢出，便認(rèn)為此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速約等于0。這里采用的方法是：在電機(jī)轉(zhuǎn)速很慢的時(shí)候延時(shí)2秒種后再進(jìn)行測量，而且計(jì)數(shù)器都采用16位寬度。

單片機(jī)ATMega16L的功能設(shè)計(jì)

ATMega16L單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)，采用精簡指令集，具有預(yù)取指令功能，指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行，處理速度快。在高速攝影電控系統(tǒng)中，ATMega16L單片機(jī)負(fù)責(zé)讀取XC95288的電機(jī)測速值，處理控制內(nèi)外信息的輸入輸出接口，并與上位控制計(jì)算機(jī)通過RS-485接口進(jìn)行信息交互。

在軟件編程時(shí)，利用ATMega16L單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器與系統(tǒng)時(shí)鐘的預(yù)定比例分頻器，可以獲得很高分辨率的時(shí)間間隔控制精度，例如，單片機(jī)系統(tǒng)采用8MHz的晶振工作，采用8分頻，則時(shí)間控制的間隔可以達(dá)到微秒，完全能夠?qū)崿F(xiàn)超高速攝影中要求的0.1微秒的控制精度。

這里給出一個(gè)ATMega16L單片機(jī)讀取XC95288的電機(jī)測速值的C語言子程序。

結(jié)束語

根據(jù)以上電路設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影機(jī)電控系統(tǒng)，已在某系統(tǒng)超高速攝影機(jī)中得到應(yīng)用，系統(tǒng)工作良好。

參考文獻(xiàn)：

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：微機(jī)電混合陀螺儀工作原理接口電路設(shè)計(jì)仿真分析

中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

大量的實(shí)踐研究結(jié)果證實(shí)：陀螺能夠在相當(dāng)長的一段時(shí)間范圍內(nèi)保持既定方位的穩(wěn)定性，并能夠針對載體角位移程度以及角速度變化情況予以及時(shí)反映?；谶@一特性，陀螺現(xiàn)階段的大量應(yīng)用于工業(yè)化建設(shè)的方方面面當(dāng)中。同傳統(tǒng)意義上的機(jī)電陀螺儀裝置相比，一種基于微電子及集成智能化技術(shù)的微機(jī)電混合陀螺儀裝置以其所特有的低成本、大批量生產(chǎn)以及尺寸小等諸多優(yōu)勢而備受各方工作人員的特別關(guān)注與重視。本文基于對微機(jī)電混合陀螺儀裝置工作原理的分析，提出了一種接口電路的設(shè)計(jì)方式，并仿真驗(yàn)證其可行性?，F(xiàn)對其做詳細(xì)分析與說明。

一、微機(jī)電混合陀螺儀裝置基本工作原理分析

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示（見圖1）。由圖中所示結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)：在整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下，與之相對應(yīng)的電機(jī)裝置能夠驅(qū)動(dòng)陀螺儀裝置與平衡環(huán)裝置保持高速且穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而產(chǎn)生較為明顯的動(dòng)量矩。在如圖1右下角位置所示x/y方向出現(xiàn)角速度輸入的情況下，轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸勢必會(huì)產(chǎn)生一定程度上的偏轉(zhuǎn)。而相對于整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置而言，這種偏轉(zhuǎn)將引起信號檢測極板與陀螺轉(zhuǎn)子相對應(yīng)的電容參數(shù)出現(xiàn)明顯變動(dòng)。借助于電容信號檢測將這部分電容參數(shù)予以完整提取，即可以獲取在輸入角速度既定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)角大小參數(shù)。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)在于：為確保陀螺轉(zhuǎn)子在整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置的運(yùn)行過程中能夠始終保持為靜態(tài)平衡狀態(tài)，則應(yīng)當(dāng)以力矩反饋極板為在載體，將一定數(shù)值的靜電力矩施加在陀螺轉(zhuǎn)子之上。在陀螺轉(zhuǎn)子接受這部分靜電力矩的過程當(dāng)中所產(chǎn)生的修正效應(yīng)以及補(bǔ)償效應(yīng)能夠輔助對輸入角速度的測定作業(yè)?；谝陨戏治觯谔蕹沃C波力矩作用力以及陀螺阻尼力矩作用力相對于微機(jī)電混合陀螺儀裝置的運(yùn)行影響情況下，其運(yùn)動(dòng)方程可以作如下表述：[（轉(zhuǎn)子繞x/y軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＋平衡環(huán)繞x/y軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/2）×（自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標(biāo)系ox軸正向運(yùn)動(dòng)相對于驅(qū)動(dòng)軸的角加速度）]＋[陀螺儀角動(dòng)量參數(shù)×自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標(biāo)系oy軸正向運(yùn)動(dòng)相對于驅(qū)動(dòng)軸的角速度]＋[剩余剛度項(xiàng)×自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標(biāo)系ox軸正向運(yùn)動(dòng)相對于驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角角度]=作用于陀螺轉(zhuǎn)子外置外力矩在坐標(biāo)系ox軸上的分量參數(shù)－[（轉(zhuǎn)子繞x/y軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＋平衡環(huán)繞x/y軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/2）×陀螺儀相對于慣性空間角加速度在坐標(biāo)系ox軸上的分量參數(shù)]－（陀螺儀角動(dòng)量參數(shù)×陀螺儀相對于慣性空間角速度在坐標(biāo)系oy軸上的分量參數(shù)）。通過對微機(jī)電混合陀螺儀裝置運(yùn)動(dòng)方程的分析，可以對其進(jìn)行簡單定義，即微機(jī)電混合陀螺儀裝置是一個(gè)能夠同時(shí)針對x軸及y軸方向輸入角速度進(jìn)行測定的二自由度陀螺儀裝置。

圖1：微機(jī)電混合陀螺儀裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖

二、微機(jī)電混合陀螺儀裝置接口電路設(shè)計(jì)分析

在整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，機(jī)電接口應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注上檢測電極、下檢測電極以及轉(zhuǎn)子、平衡環(huán)間的對應(yīng)關(guān)系。在微機(jī)電混合陀螺儀裝置進(jìn)行信號檢測的過程當(dāng)中，能夠通過對大小均等、頻率均等高頻載波信號的內(nèi)環(huán)輸入實(shí)現(xiàn)檢測目的。在此種載波信號的施加作用之下，上下檢測電極外環(huán)位置還同時(shí)受到村子啊平衡力矩作用力的微機(jī)電混合陀螺儀裝置反饋電壓當(dāng)中。這部分施加電壓與所輸入高頻載波信號均負(fù)載在同一電極當(dāng)中，借助于此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)機(jī)電接口位置直流偏置信號、常值電容信號、反饋電壓信號以及檢測電容信號的均衡性作業(yè)?；谝陨戏治鲂枰J(rèn)識到一點(diǎn)問題：在針對微機(jī)電混合陀螺儀裝置進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，若假定存在寄生電容，則在整個(gè)有關(guān)接口電路的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中需要重點(diǎn)關(guān)注一點(diǎn)：即在頻率一定的載波信號施加并有效覆蓋于微機(jī)電混合陀螺儀裝置外環(huán)電極的狀態(tài)下，中間公共點(diǎn)擊所產(chǎn)生電位數(shù)值與所施加載波信號見的對應(yīng)關(guān)系。此過程當(dāng)中需要重視放大器反相輸入端虛地?cái)?shù)值的特性，獲取差動(dòng)電容傳感器在反饋?zhàn)杩辜榷顟B(tài)下的輸出電壓參數(shù)，基于以上分析所確定的微機(jī)電混合陀螺儀裝置接口電路設(shè)計(jì)示意圖基本如下圖所示（見圖2）。從圖中相關(guān)結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)：在微機(jī)電混合陀螺儀裝置的正常運(yùn)行狀態(tài)下，通過對電容參數(shù)的實(shí)時(shí)控制與調(diào)節(jié)能夠很好的提高信號靈敏性。

圖2：微機(jī)電混合陀螺儀裝置接口電路設(shè)計(jì)示意圖

三、微機(jī)電混合陀螺儀裝置仿真分析

本文所例舉仿真試驗(yàn)在微機(jī)電混合陀螺儀裝置保持開環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行，其目的在于通過仿真實(shí)驗(yàn)分析并驗(yàn)證殘余剛度相對于整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀運(yùn)行系統(tǒng)的影響程度。具體的仿真方式如下：在保持微機(jī)電混合陀螺儀裝置處于開環(huán)作業(yè)狀態(tài)的情況下，假定充分加工后整個(gè)結(jié)構(gòu)的殘余剛度保持在0.22468mN·m/rad單位，并且剔除外力矩作用力以及角速度輸入對殘余剛度的影響問題。在此種假定情況作用之下，本文所構(gòu)建的微機(jī)電混合陀螺儀裝置運(yùn)動(dòng)方程中包括①.陀螺儀相對于慣性空間角速度在坐標(biāo)系oy軸上的分量參數(shù)；②.陀螺儀相對于慣性空間角加速度在坐標(biāo)系ox軸上的分量參數(shù)；③.作用于陀螺轉(zhuǎn)子外置外力矩在坐標(biāo)系ox軸上的分量參數(shù)在內(nèi)的相關(guān)指標(biāo)均表現(xiàn)為零值狀態(tài)。在以上仿真前提下，陀螺轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標(biāo)系ox軸正向相對于驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角（以下定義為a）以及陀螺轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標(biāo)系oy軸正向相對于驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角（以下定義為b）的運(yùn)動(dòng)關(guān)系表現(xiàn)為下圖（見圖3）。從圖中不難發(fā)現(xiàn)：在剩余剛度項(xiàng)保持在非零狀態(tài)的情況下，a、b轉(zhuǎn)角作相對調(diào)諧振動(dòng)，這也就意味著轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸在整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置中做進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。而在a、b轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)出完全調(diào)諧關(guān)系的情況下，以上兩轉(zhuǎn)角指標(biāo)均表現(xiàn)為初值狀態(tài)，也就意味著轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸在整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置中能夠保持原方位上的穩(wěn)定狀態(tài)。在此基礎(chǔ)之上，借助于Matlab實(shí)現(xiàn)對微機(jī)電混合陀螺儀運(yùn)行系統(tǒng)的仿真處理，通過對輸入角速度參數(shù)的控制，所得到的仿真結(jié)果證實(shí)：在過渡平衡狀態(tài)下，a、b轉(zhuǎn)角基本表現(xiàn)為零值狀態(tài)，確保了整個(gè)微機(jī)電混合陀螺儀裝置閉環(huán)控制的有效性，仿真效果顯著。

圖3：微機(jī)電混合陀螺儀裝置開環(huán)狀態(tài)下轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)規(guī)律示意圖

（a）轉(zhuǎn)角a運(yùn)動(dòng)規(guī)律示意圖

（b）轉(zhuǎn)角b運(yùn)動(dòng)規(guī)律示意圖

參考文獻(xiàn)：

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機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】 計(jì)量泵；機(jī)電一體化；控制系統(tǒng)

計(jì)量泵是一種既具有介質(zhì)輸送又具流量調(diào)整功能的機(jī)械設(shè)備，很適于作執(zhí)行元件在每種需進(jìn)行液體介質(zhì)輸送的流程管理系統(tǒng)中運(yùn)用。但傳統(tǒng)的計(jì)量泵調(diào)整流量的精確度，難以滿足現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)工藝流程管理的自動(dòng)化要求，尤其在對有害液體的計(jì)量、在危險(xiǎn)條件下的調(diào)整等方面，傳統(tǒng)設(shè)備更是愛莫能助。因此，對計(jì)量泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測，精確調(diào)整勢在必行。

在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱，其涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。

流量控制是計(jì)量泵工作的核心內(nèi)容，對流量實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的控制能夠促進(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，達(dá)到對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程進(jìn)行整體優(yōu)化，增強(qiáng)市場地應(yīng)變能力和競爭能力，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前計(jì)量泵流量的調(diào)整是經(jīng)過人工對泵體上的手輪進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)的.其調(diào)整流量的精確度難以滿足現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)工藝流程管理的自動(dòng)化要求.對于這一問題，進(jìn)行了計(jì)量泵機(jī)電一體化管理系統(tǒng)的研發(fā)，采用了一種對計(jì)量泵用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用單片機(jī)進(jìn)行管理，并對其流量進(jìn)行閉環(huán)管理的辦法。

1.機(jī)電一體化的核心技術(shù)

機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)單元等部分組成。因此，為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：

1.1 機(jī)械本體技術(shù)?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。

1.2 傳感技術(shù)。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。

1.3 信息處理技術(shù)。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。

1.4 驅(qū)動(dòng)技術(shù)。電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件- 傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動(dòng)單元。

1.5 接口技術(shù)。為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。自吸離心泵接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設(shè)計(jì)。

1.6 軟件技術(shù)。軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

2.計(jì)量泵機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

流量控制系統(tǒng)是集機(jī)電液為一體的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在工業(yè)領(lǐng)域中非常實(shí)用，它的準(zhǔn)確控制在工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，如加油系統(tǒng)的油量控制、水位的精確控制、化工企業(yè)中的有機(jī)物的投料控制，以及稀土萃取過程中的給料控制等。計(jì)量泵機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面內(nèi)容：

2.1 控制系統(tǒng)的總體描述。本控制系統(tǒng)是通過向步進(jìn)電機(jī)發(fā)脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。由于計(jì)量泵本身的精度是很高的，因此，它的控制也必須滿足一定的精度要求。在本控制系統(tǒng)中，可以人工的輸入所需要的流量值，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也就是通過外部的模擬信號標(biāo)準(zhǔn)—經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，來控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)。當(dāng)輸入期望數(shù)據(jù)后，處理器將輸入的數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)相比較，得到相應(yīng)的動(dòng)作值，計(jì)算出相應(yīng)的脈沖數(shù)，通過正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來達(dá)到期望值。在步進(jìn)起動(dòng)時(shí)，采用加速過程，在即將到達(dá)期望值時(shí)，采用減速過程，使得步進(jìn)電機(jī)能不失步的穩(wěn)定運(yùn)行。在軟件設(shè)計(jì)中，對控制裝置采用了軟件保護(hù)措施，如當(dāng)步進(jìn)電機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和輸入值超過系統(tǒng)的最大值時(shí)，所輸入的數(shù)據(jù)命令是無效的。

2.2 系統(tǒng)硬件電路的基本組成。控制系統(tǒng)采用作為主控單元，通過與的串口通訊，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制?？刂葡到y(tǒng)的硬件電路總體結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)、操作顯示面板等。

2.3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)原則。在進(jìn)行硬件的總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，所涉及的具體電路可借鑒他人在這方面工作，有些電路還需自己設(shè)計(jì)。在參考別人的電路時(shí)，需對其工作原理有較徹底的分析和理解，了解其適用范圍，確定其移植的可能性和需要修改的地方。為使硬件設(shè)計(jì)盡可能合理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，提高設(shè)計(jì)的成功率和結(jié)構(gòu)的靈巧性。在條件允許的情況下，盡可能選用功能強(qiáng)、集成度高的電路或芯片。注意選擇通用性強(qiáng)、市場貨源充足的元器件，尤其對需要大批量生產(chǎn)的場合，更應(yīng)注意這方面的問題。在對硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)考慮時(shí)，同樣要注意通用性的問題。系統(tǒng)的擴(kuò)展及各功能模塊的設(shè)計(jì)，在滿足應(yīng)用系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地以備將來修改、擴(kuò)展之余，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能地作些調(diào)研采用最新的技術(shù)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮應(yīng)用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動(dòng)能力，要注意增加系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力，或減少系統(tǒng)的功耗。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，包括機(jī)箱、面板、配線、接插件等，要充分考慮到安裝、調(diào)試、維修的方便。

2.4 控制系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)。軟件程序一般都是由一個(gè)主程序，包括若干個(gè)功能模塊和多個(gè)子程序構(gòu)成，每一程序模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)具體的功能。軟件設(shè)計(jì)的目的，就是為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各種功能。在滿足基本功能要求的前提下，采用各種有效方式，使操作靈活、簡便增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提高系統(tǒng)的抗干擾能力。就以上原則思想，本控制系統(tǒng)軟件的總體構(gòu)思如下：當(dāng)由鍵盤或外部的—的信號輸入單片機(jī)時(shí)，由其計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)所要走的步數(shù)，程序轉(zhuǎn)入串行通訊子程序單片機(jī)，將電機(jī)所要走的步數(shù)傳送給單片機(jī)，從而完成數(shù)據(jù)的輸入和對電機(jī)控制功能的實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)將泵流量控制，轉(zhuǎn)換為對步進(jìn)電機(jī)的控制，通過對流量進(jìn)行一定的運(yùn)算，可得出相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)。當(dāng)流量變化時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)，為此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的步距角被細(xì)分為度。這種控制方式是相對的控制系統(tǒng)從上一次的基礎(chǔ)上運(yùn)行，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)與上一次的數(shù)據(jù)相減，經(jīng)過計(jì)算轉(zhuǎn)換得出向步進(jìn)電機(jī)所發(fā)的脈沖數(shù)和方向。方向是由所減結(jié)果的“正”、“負(fù)”來判斷，結(jié)果為“正”則反轉(zhuǎn)，結(jié)果為“負(fù)”則正轉(zhuǎn)。接近開關(guān)信號是形軸的零位標(biāo)志。單片機(jī)上電初始化電機(jī)正轉(zhuǎn)到達(dá)零位時(shí)，接近開關(guān)發(fā)出信號觸發(fā)的外部中斷，進(jìn)入外部中斷程序，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。為增強(qiáng)本控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采取了一些措施。系統(tǒng)軟件中設(shè)定了許多標(biāo)志位，例如，有電機(jī)是否處于工作狀態(tài)的標(biāo)志單元、電機(jī)正反轉(zhuǎn)的標(biāo)志單元，以及程序內(nèi)部需要的各種標(biāo)志單元等。程序運(yùn)行時(shí)，通過對標(biāo)志位的查詢和修改，從而進(jìn)行對控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控管理。

總之，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。通過對計(jì)量泵的機(jī)電一體化實(shí)行研制開發(fā)，可改善計(jì)量泵的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高計(jì)量泵的工作效率。

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機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞：機(jī)電設(shè)備 內(nèi)容 設(shè)計(jì) 管理應(yīng)用

高速公路機(jī)電設(shè)備信息管理系統(tǒng)是發(fā)揮道路設(shè)施控制與管理功能的主要輔助系統(tǒng)，是對高速公路機(jī)電設(shè)備實(shí)施現(xiàn)代化管埋(實(shí)時(shí)和數(shù)據(jù)管理)的主要工具。機(jī)電設(shè)備信息管理系統(tǒng)是包含多個(gè)子系統(tǒng)，以電子、電氣、控制、通信、機(jī)械和交通工程等技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合性大系統(tǒng)，它由控制、收費(fèi)、通信、照明、供配電和安全運(yùn)行保障等子系統(tǒng)組成。子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)間由通信網(wǎng)聯(lián)系，其中，機(jī)電設(shè)備信息管理系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過光纜數(shù)字通信連結(jié)成遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，各網(wǎng)絡(luò)間信息共享。

一、機(jī)電設(shè)備處理內(nèi)容

1. 處理

設(shè)備的滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)部分要根據(jù)設(shè)備的工作需求上油，如：打印機(jī)打印頭的滑動(dòng)軸，要上輕質(zhì)油，用干凈的紗布涂擦，且油不可過多，以免造成污染。設(shè)備機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)軸有打油孔的要上油，室外手動(dòng)欄桿和自動(dòng)欄桿的轉(zhuǎn)軸要上脂。

2. 防水處理

設(shè)備的電路部分，要經(jīng)常檢查有無進(jìn)水的可能性。收費(fèi)亭是否進(jìn)水，外場設(shè)備的防水橡皮墊是否完整，空調(diào)溫度是否設(shè)置適宜。如果濕度大，開啟頻繁的房間（如收費(fèi)亭），溫度太低導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生凝結(jié)水，水是導(dǎo)體，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備工作不正常，甚至燒毀設(shè)備。如發(fā)現(xiàn)進(jìn)水或線路板潮濕，立即停機(jī)斷電，并及時(shí)用熱吹風(fēng)筒除去潮氣后，方可再次投入運(yùn)行；溫度太高對設(shè)備也不利。防水重點(diǎn)是收費(fèi)亭，收費(fèi)亭內(nèi)安裝的設(shè)備較多，一定要保證運(yùn)行正常，運(yùn)行的數(shù)據(jù)都保存在工控機(jī)內(nèi)。造成收費(fèi)亭漏水的原因主要有：收費(fèi)亭設(shè)計(jì)不合理，亭上有積水，排水不暢通；安裝在亭頂?shù)目照{(diào)的冷凝水排路不暢通，造成亭頂積水；安裝在亭頂?shù)目照{(diào)固定設(shè)計(jì)不合理，直接打孔用膨脹螺栓固定，打孔造成防水層的破壞，造成漏水；在亭頂安裝報(bào)警器，鉆孔走線，防水處理不好，造成漏水，以上所涉及的幾個(gè)工藝環(huán)節(jié)，要經(jīng)常檢查，以免因漏水造成設(shè)備的損壞。

3. 經(jīng)常檢查降溫風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常

降溫風(fēng)扇主要位置有：工控機(jī)、計(jì)算機(jī)、UPS、穩(wěn)壓器、硬盤、錄像機(jī)等，如工控機(jī)經(jīng)常死機(jī)，需檢查CPU的降溫風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，如果發(fā)現(xiàn)不正常，應(yīng)立即停機(jī)修理。要經(jīng)常檢查并保證設(shè)備的散熱風(fēng)扇工作正常，如散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，必須立即處理。

4. 防銹處理

外場設(shè)備由于雨淋日曬易被氧化生銹，要定期進(jìn)行防銹處理。如：手動(dòng)欄桿的轉(zhuǎn)軸、設(shè)備的地腳固定螺栓、設(shè)備與固定裝置的連接螺栓等要涂抹防銹油。銹蝕不但會(huì)對設(shè)備造成損壞，而且會(huì)帶來安全隱患，特別是沿海地區(qū)的高速公路，鐵質(zhì)金屬被腐蝕嚴(yán)重，采取必要措施防銹，常見的問題是：金屬件防銹鍍鋅層薄，造成銹蝕，更換符合防銹要求的金屬件；檢查收費(fèi)雨棚車道照明燈及雨棚信號燈緊固件及安裝螺栓是否銹蝕嚴(yán)重，如已失去功能，需更換以免掉下來造成人身損傷。

5. 電源系統(tǒng)供電

首先檢查電源供給是否正常，對于用集成電路組成的板路，檢查電壓是否正常，要從集成塊上測量，逐步向電源模塊，檢查電源模塊輸入/輸輸出狀態(tài)。對于由于電阻燒毀、電容擊穿再次更換時(shí)，電阻要提出電壓，而后檢查信號的輸入/輸出狀態(tài)，對于由于電阻燒毀、電容擊穿再次更換時(shí)，電阻要提高功率，電容要提高耐壓程度。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

???? 1、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

???? 因?yàn)楦咚俟返臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全性很重要，不能與外網(wǎng)相聯(lián)，所以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用局域網(wǎng)，而高速公路公路收費(fèi)站又相距很遠(yuǎn)，遠(yuǎn)到幾十公里，所以體系機(jī)構(gòu)采用C／S與B／S混合軟件體系結(jié)構(gòu)。c／s體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力很強(qiáng)，安全性好，在系統(tǒng)效率和響應(yīng)速度上，優(yōu)勢顯著，在本系統(tǒng)中，在c／s模式下，高速公路機(jī)電設(shè)備管理中心的管理員在局域網(wǎng)內(nèi)通過系統(tǒng)維護(hù)工作站進(jìn)行主要的業(yè)務(wù)操作，包括設(shè)備出、入庫的登記，設(shè)備查詢，系統(tǒng)管理等功能。

???? B／S結(jié)構(gòu)特別適合客戶端分布范圍廣，?對維護(hù)要求低的場合。在B／S模式下，高速公路下屬的各收費(fèi)站將本站的設(shè)備故障情況上報(bào)設(shè)備管理中心，各收費(fèi)站可以在線查看本站設(shè)備的故障維修歷史，故障率等信息。另外，各站機(jī)電系統(tǒng)管理員還可以在線交流設(shè)備故障的維修技巧等。相當(dāng)于高速公路系統(tǒng)內(nèi)部的BBS.整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在局域網(wǎng)內(nèi)，設(shè)備管理中心用戶主要指管理人員，在C／S模式下通過局域網(wǎng)直接訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，

???? 進(jìn)行日常業(yè)務(wù)的操作，系統(tǒng)維護(hù)。其他各收費(fèi)站用戶在B／S模式下訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，無需安裝客戶端，即可隨時(shí)上報(bào)設(shè)備故障信息，查看本站設(shè)備故障歷史，還可通過服務(wù)器內(nèi)的維修歷史數(shù)據(jù)庫中查找與之相關(guān)的維修技巧，并可通過BBS與其他各站系統(tǒng)管理員在線交流設(shè)備維修技術(shù)。該解決方案-}BB／S和C／S這兩種軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有機(jī)地結(jié)合，揚(yáng)長避短，有效地發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。

2、系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

???? 機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)是一套完全為設(shè)備管理人員設(shè)計(jì)的把設(shè)備管理由被動(dòng)管理轉(zhuǎn)為主動(dòng)管理的系統(tǒng)，此系統(tǒng)的使用將極大地提高設(shè)備管理部門的工作效率，使設(shè)備管理人員從繁重的手工勞動(dòng)當(dāng)中解脫出來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理整個(gè)生命周期的信息化。并且在與各使用單位內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)配合的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無紙化辦公。

設(shè)備生命流程包括制定計(jì)劃、簽署合同、購買設(shè)備、庫房管理、申請／審批、領(lǐng)借用設(shè)備、維修設(shè)備、設(shè)備報(bào)廢、捐贈(zèng)和調(diào)撥等。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊功能

1. 控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

包括主計(jì)算機(jī)、交通信息計(jì)算機(jī)、彩色圖形顯示計(jì)算機(jī)等。整個(gè)系統(tǒng)通過快速以太網(wǎng)將各個(gè)計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，各計(jì)算機(jī)與外場設(shè)備的連接方式為分布式控制系統(tǒng)，并利用光環(huán)路載波系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的通信傳輸。這種局域網(wǎng)及其通信方式的優(yōu)點(diǎn)是：通信靈活方便，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、傳輸速率高、可靠性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好，可消除通信中的"瓶頸"現(xiàn)象。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用主要是使用其安裝的應(yīng)用軟件控制、瀏覽數(shù)據(jù)以及圖像等信息。

2. 控制中心軟件系統(tǒng)

控制中心軟件系統(tǒng)為高速公路控制核心處理系統(tǒng)，其功能包括：系統(tǒng)配置模塊、信息查詢與報(bào)表打印模塊、信息等模塊。具體構(gòu)成各模塊的功能為：

（1）系統(tǒng)配置模塊程序包括：用戶管理、系統(tǒng)管理、設(shè)備信息、數(shù)據(jù)管理。

（2）信息查詢與報(bào)表打印包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置信息查詢處理；設(shè)備基本信息查詢處理；

（3）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)查詢處理；設(shè)備報(bào)警信息查詢處理；各外場設(shè)備檢測信息查詢；用戶信息查詢；人工輸入事件查詢處理；操作員操作日志報(bào)表查詢。

（4）信息模塊包括：可變情報(bào)板信息的采集和信息編輯。

3. 系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)用

（1）信息采集

需要采集的信息按性質(zhì)可分為：數(shù)據(jù)、圖像、語音三種類型。從信息反應(yīng)的功能歸屬為環(huán)境干擾、設(shè)備狀態(tài)金額故障部位三大類。信息采集方法由信息的特點(diǎn)決定。數(shù)據(jù)信息需要通過各種傳感器將電量轉(zhuǎn)換成電量再輸出。

（2）信息處理

要取得良好的信息系統(tǒng)管理效果，必須對機(jī)電設(shè)備狀態(tài)有一個(gè)比較全面的了解，但是機(jī)電設(shè)備的某些狀態(tài)無法直接測出，只能憑借已測出的參數(shù)去估計(jì)、判斷，狀況的出現(xiàn)與否、事件性質(zhì)和嚴(yán)重程度都無法直接測出，只能根據(jù)已測出的各種變量，采取一定的數(shù)學(xué)分析方法去識別、判斷。

（3）控制策略

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文第5篇

關(guān)鍵詞：模塊化；傳感器；實(shí)時(shí)監(jiān)控；雙級保護(hù)

EBZ260掘進(jìn)機(jī)適用于煤礦井下半煤巖或全巖巷道的掘進(jìn)工作，也可在鐵路、公路、水利工程隧道施工中使用，屬于機(jī)電液一體化設(shè)備，其中電控系統(tǒng)的技術(shù)水平?jīng)Q定掘進(jìn)機(jī)的智能化程度。

EBZ260掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)主要是由電控箱和操作箱兩部分組成，它們和截割電機(jī)、油泵電機(jī)、二運(yùn)電滾筒、電鈴?fù)獠吭骷餐瑯?gòu)成了掘進(jìn)機(jī)的電氣系統(tǒng)。

1 總體要求

電控系統(tǒng)要求能夠控制執(zhí)行元件的啟動(dòng)停止和電磁閥的開關(guān)，通過各種傳感器檢測部分執(zhí)行元件的運(yùn)行狀態(tài)，并提供相應(yīng)的保護(hù)功能。該系統(tǒng)應(yīng)具有程序化、模塊化、可靠性高、抗震動(dòng)、抗干擾等特點(diǎn)，能夠顯示系統(tǒng)工作電壓、各電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和工作時(shí)間等內(nèi)容，使掘進(jìn)機(jī)操作者對機(jī)器工作情況一目了然。

2 控制對象分析及主回路設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)的控制對象主要包括與電氣相關(guān)的執(zhí)行元件和液壓系統(tǒng)中的電磁閥，主要有截割電機(jī)、油泵電機(jī)、二運(yùn)電滾筒等，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

由上表可得出系統(tǒng)的供電電壓為1140V。總電流最大約為282A，選用額定電流為400A隔離開關(guān)即可滿足要求。

截割電機(jī)內(nèi)部有兩套獨(dú)立的線圈，對應(yīng)兩種不同的轉(zhuǎn)速和功率，需要兩個(gè)真空交流接觸器來控制它的動(dòng)作，可選用SIEMENS的3RT10.6系列接觸器，同樣控制油泵電機(jī)和二運(yùn)電滾筒的接觸器也選用該系列。

以上各電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和停止瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的自感電動(dòng)勢，為防止損壞其他電氣元件，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的主回路中還需要增加阻容吸收裝置。

隔爆電鈴、照明燈和電磁閥等元件的工作電壓等級不同，可通過變壓器和本安電源獲得，輸入電壓為1140V AC，輸出電壓等級至少需要包含24V、127V、220V。綜上所述，可設(shè)計(jì)出主回路圖紙，如圖1所示。

3 控制回路設(shè)計(jì)

控制回路以松下FPG-C32T型PLC為核心控制單元，具有體積小、速度快、可靠性高、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)，輸入端最多可以擴(kuò)展至24路模擬量。PLC接受外部傳感器和按鈕開關(guān)的輸入信號，通過內(nèi)部程序處理，使中間繼電器動(dòng)作，控制交流接觸器的吸合或斷開。

3.1 操作按鈕

根據(jù)控制要求每個(gè)電動(dòng)機(jī)需要啟動(dòng)和停止兩個(gè)按鈕，急停、電鈴和PLC復(fù)位各自需要一個(gè)按鈕，屏幕參數(shù)設(shè)置需要四個(gè)按鈕，本系統(tǒng)中選用瑞士eao按鈕，防護(hù)等級高達(dá)IP68，安裝方便，可靠性極高。設(shè)計(jì)完成后操作面板如圖2所示。

（下轉(zhuǎn)第162頁）

（上接第158頁）

3.2 傳感器

在掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)中，需要對某些元件的參數(shù)進(jìn)行檢測，并將信號傳送給PLC，由PLC根據(jù)這些信號判斷系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，并作出相應(yīng)動(dòng)作。

3.2.1 溫度變送器

電機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度升高，溫度過高時(shí)將會(huì)導(dǎo)致密封損壞，軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外圈的硬度下降，整個(gè)電機(jī)壽命縮短。油箱中的液壓油是整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，油溫過高將造成液壓元件的密封性能下降，因此需要監(jiān)測電機(jī)繞組和液壓油的溫度。

截割電機(jī)和油泵電機(jī)內(nèi)部都預(yù)埋了PTC和PT100。 PTC為繼電器形式，開關(guān)量輸出，但PT100為電阻信號，PLC無法直接處理，需要用隔離柵將其轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號，然后傳入到PLC中。此處選用STWB-TR4型溫度變送器，不僅提高抗干擾能力，而且能夠同時(shí)轉(zhuǎn)換4路電阻信號。

油箱中選用GWP200Z型溫度變送器，該變送器為不銹鋼材質(zhì)，前部帶有探頭，可插入到液壓油中測定溫度值，測量范圍為0-200℃，輸出形式為4-20mA的電流信號。在主程序中對油溫的監(jiān)測也采用了雙級保護(hù)，即當(dāng)液壓油溫度升至70℃和90℃時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警或停機(jī)，溫度恢復(fù)正常值前報(bào)警會(huì)持續(xù)。

3.2.2 液位控制器

液壓系統(tǒng)工作過程中會(huì)有油液損失，油箱液位過低可能導(dǎo)致液壓系統(tǒng)中的組合變量泵吸空，空氣進(jìn)入到液壓管路中在巨大的壓力作用下造成氣蝕，對液壓元件損害極大。選用YKJD系列液位繼電器對頁面高度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)液面高度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒工作人員油箱液位低，加油至規(guī)定值后可重新開機(jī)。

3.2.3 壓力傳感器

液壓系統(tǒng)額定工作壓力為25MPa，當(dāng)壓力過低時(shí)馬達(dá)或油缸動(dòng)作無力，壓力過高時(shí)會(huì)對液壓膠管和其他元件造成破壞。在泵的出油口處安裝了GPD60（B）隔爆型壓力變送器，測量范圍為0-60MPa，輸出信號為4-20mA，PLC檢測到壓力異常時(shí)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。

3.2.4 壓力控制器

外噴霧工作壓力不小于1.5MPa，當(dāng)水壓過低時(shí)將影響噴霧降塵效果。在外噴霧管路中增加GPD10K隔爆型壓力控制器，可在1-10MPa范圍內(nèi)任意設(shè)定一個(gè)壓力值，當(dāng)壓力過低時(shí)繼電器觸電動(dòng)作，將信號傳入PLC中，系統(tǒng)發(fā)出水壓過低的報(bào)警信號，可以實(shí)現(xiàn)水電閉鎖、壓力切斷等保護(hù)功能[1]。

4 主控器

主控器是整個(gè)電控系統(tǒng)中最重要的部分，本設(shè)計(jì)中將PLC、本安電源、繼電器板和光耦板集成到一個(gè)不銹鋼箱體內(nèi)，作為主控箱。所有控制線從主控箱前側(cè)的接線端子中引出，實(shí)現(xiàn)了主控器的模塊化設(shè)計(jì)，如果使用過程中某個(gè)元件出現(xiàn)問題，直接更換主控箱即可。

5 結(jié)語

本套電控系統(tǒng)具有操作簡單，維護(hù)方便可靠性高的特點(diǎn)，經(jīng)實(shí)踐證明能夠滿足EBZ260掘進(jìn)機(jī)的所有動(dòng)作要求，并具備全面的保護(hù)功能，提高了掘進(jìn)機(jī)的智能化水平。

參考文獻(xiàn)：