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  • 徐 庆摘要:接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。文章以机电一体化控制系统(微电子系统)为例,将接口分为人机接口与机电接口两大类进行探讨。关键词:机电一体化;...

    徐 庆

    摘要:接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。文章以机电一体化控制系统(微电子系统)为例,将接口分为人机接口与机电接口两大类进行探讨。

    关键词:机电一体化;接口技术;人机接口;机电接口

    机电一体化系统可分为机械和微电子系统两大部分,各部分连接须具备一定条件,这个联系条件通常称为接口。各分系统又由各要素(子系统)组成。本文以机电一体化控制系统(微电子系统)为例,将接口分为人机与机电接口两大类。

    1 机电接口

    由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别,两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲,因此机电接口起着非常重要的作用:行电平转换和功率放大。一般微机的I/O芯片都是TTL电平,而控制设备则不一定,因此必须进行电平转换;另外,在大负载时还需要进行功率放大;抗干扰隔离。为防止干扰信号的串入,可以使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离;进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量时,必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路,以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。

    模拟信号输入接口。在机电一体化系统中,反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号,通常这些输出信号是模拟电压或电流信号(如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等)计算机要对被控对象进行控制,必须获得反映系统运行的状态信号,而计算机只能接受数字信号,要达到获取信息的目的,就应将模拟电信号转换为数字信号的接口——模拟信号输入接口。

    模拟信号输出接口。在机电一体化系统中,控制生产过程执行器的信号通常是模拟电压或电流信号,如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号,并通过运算产生控制信号,达到控制生产过程的目的,应有将数字信号转换成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输出的数字信号转换为模拟电压或电流信号,以便驱动相应的执行器,达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。

    开关信号通道接口。机电一体化系统的控制系统中,需要经常处理一类最基本的输入/输出信号,即数字量(开关量)信号包括:开关的闭合与断开;指示灯的亮与灭;继电器或接触器的吸合与释放;电动机的启动与停止;阀门的打开与关闭等。这些信号的共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。在机电一体化控制系统中,对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的一个状态,此状态作为控制依据。

    输入通道接口。开关信号输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一种电平各异的数字信号,所以开关信号输入通道又称为数字输入通道(DI)。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或数字信号“1”和“0”,但是其电平一般与计算机的数字电平不相同,与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声隔离等设计问题,它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和地址译码电路等组成。

    输出通道接口。开关信号输出通道的作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行器(如继电器或报警指示器)。它实质是逻辑数字的输出通道,又称为数字输出通道(DO)。DO通道接口设计主要考虑的是内部与外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。

    2 人机接口

    人机接口是操作者与机电系统(主要是控制微机)之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向,可以分为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息;另一方面,操作者通过输入接口向机电系统输入各种控制命令,干预系统的运行状态,以实现要求的功能。

    2.1 输入接口。

    拨盘输入接口。拨盘是机电一体化系统中常见的一种输入设备,若系统需要输入少量的参数,如修正系数、控制目标等,采用拨盘较为方便,这种方式具有保持性。拨盘的种类很多,作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控制微机的并行口或扩展口相连,以BCD码形式输入信息。

    键盘输入接口。键盘是一组按键集合,向计算机提供被按键的代码。常用的键盘有:

    编码键盘,自动提供被按键的编码(如ASCII码或二进制码);非编码键盘,仅仅简单地提供按键的通或断(“0”或“1”电位),而按键的扫描和识别,则由设计的键盘程序来实现。前者使用方便,但结构复杂,成本高;后者电路简单,便于设计。

    2.2 输出接口。在机电一体化系统中,发光二极管显示器(LED)是典型的输出设备,由于LED显示器结构简单、体积小、可靠性高、寿命长、价格便宜,因此使用广泛。常用的LED显示器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。7段LED显示器原理很简单,是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、字母及表格等,在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。

    结语

    接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题,使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅,使系统各部分有机地结合在一起,形成完整的系统。接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要;同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。从某种意义上讲,机电一体化系统的设计,就是根据功能要求选择了各部分后所进行的接口设计。接口的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能,以及系统运行的稳定性和可靠性,因此接口技术是机电一体化系统的关键环节。

    参考文献

    [1]费仁元,张慧慧,郑刚.机电接口技术的内涵和发展.北京工业大学学报.2003.(4).

    [2]佘明辉.基于机电一体化系统接口技术的研究.江西电力职业技术学院学报.2006.(4).

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  • 工业自动化实训教学装置电气自动化设备包括变压器,电抗器电容器,交直流电源还有很多控制器等。培养工程电气安装调试中级工、高级工、预备技师三个层次的技术人才,其中预备技师、高级工培养具有较高职业素养、扎实...

    工业自动化实训教学装置电气自动化设备包括变压器,电抗器电容器,交直流电源还有很多控制器等。培养工程电气安装调试中级工、高级工、预备技师三个层次的技术人才,其中预备技师、高级工培养具有较高职业素养、扎实的电气专业知识和较强的专业技能,能从事电气自动化设备安装、编程、调试与维修,能能从事电气安装工程施工管理工作的高技能人才;中级工培养为具有电气专业基础知识,具备工程电气设备安装与维修专业技能,能从事电气自动化设备安装、调试等相关专业岗位工作的一线技术人才。
    机电一体化又称机械电子工程,是机械工程与自动化的一种,英语称为Mechatronics,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术,现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
    QY-WZDH工业自动化实训教学装置
    QY-WZDH工业自动化实训教学装置可以进行PLC控制,步进控制,伺服传动控制,传感器,位置控制,机械传动等技术教学实训.主要用于电气自动化设备安装与维修、机电一体化等专业岗位的技能实训与考核。
    实训内容:
    典型电机控制技术
    实验一 PLC控制三相异步电机电机启停
    实验二 PLC 控制电动机顺序控制
    实验三 PLC 控制电动机点动和自锁控制
    实验四 PLC 控制电动机星/三角启动自动控制
    实验五 PLC控制三相异步电机正反转
    实验六 PLC控制三相异步电机带限位自动往返控制
    变频器控制实验
    实验一 变频器功能参数设置与操作
    实验二 外部端子点动控制
    实验三 设定频率运行
    实验四 变频器控制电机正反转
    实验五 多段速度选择变频器调速
    实验六 电位器控制变频器外部电压调速
    实验七 基于PLC通讯方式的变频开环控制

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  • 机电一体化中的计算机技术微型计算机在机电一体化中95 机电一体化中的计算机技术 5.1 微型计算机在机电一体化中的地位 计算机性能的大幅度提高,高速、大内存、 强功能,使之能够适应不同对象的应用要求,具 有解决...

    机电一体化中的计算机技术微型计算机在机电一体化中9

    5 机电一体化中的计算机技术 5.1 微型计算机在机电一体化中的地位 计算机性能的大幅度提高,高速、大内存、 强功能,使之能够适应不同对象的应用要求,具 有解决各种复杂的信息处理和适时控制问题的能 力;大型计算机的小型化、微型化,使得计算机 实验室、机房得以应用于各种产品和生产、办 公、生活现场;大规模集成电路的批量生产和技 术进步,使得计算机的成本不断下降,其价格已 为一般用户和家庭所能接受,从而大大拓宽了计 算机的应用范围。 微型化、低价、高性能,计算机技术的巨大 进步,促进了工自动化、办公自动化、家庭自动 化,导致了制造工业机电一体化变革,机电一体 化技术已从早期的机械电子化变为机械微电子化 和机械计算机化。在机电一体化系统中,微型计 算机收集和分析处理信息,发出各种指令去指挥 和控制系统的运行,还提供各种人机接口,以便 观测结果,监视运行状态和实现人对系统的控制 和调整。微型计算机已成为整个机电一体化系统 的核心。微型计算机在机电一体化中的功用,大 致归纳有以下几个方面: (1)对机械工业生产过程的直接控制。其中包括 顺序控制、数字程序控制、直接数字控制。 (2)对机械生产过程的监督和控制。如根据生产 过程的状态、原料和环境因素,按照预定的生产 过程数学模型,计算出最优参数,作为给定值, 以指导生产的进行;或直接将给定值送给模拟调 节器,自动进行整定、调整,传送到下一级计算 机进行直接数字控制。 (3)在机械工业生产的过程中,对各种参数进行 周期性或随机性的自动测量,并显示、打印记录 结果供操作人员观测;对间接测量的参数和指标 进行计算、存储、分析判断和处理,并将信息反 馈到控制中心,制定新的对策。 在具体的生产过程中对加工零件的尺寸、刀 具磨损情况进行测量,并对刀具补偿量进行修 正,以保证加工的精度要求。 (4) 对车间或全厂自动生产线的生产过程进行调 度和管理。 (5)直接渗透到产品中形成带有智能性的机电一体 化新产品,如机器人、智能仪器等。机电一体化 系统的微型化、多功能化、柔性化、智能化,安 全、可靠、低价、易于操作的特性,是采用微型 计算机技术的结果。微型计算机技术是机电一体 化中最活跃、影响最大的关键技术。 5.2 工业控制机分类 5.2.1 分类 工业控制机根据控制的方案和体系结构以及 复杂程度,可以分为几种典型的类型。 可编程序控制器 可编程序控制器简称PC或PLC,是由早期的 继电器逻辑控制系统与微计算机技术相结合而发 展起来的。它的低端即为继电器逻辑控制的代用 品,而其高端实际上是一种高性能的计算机实时 控制系统。 PLC以顺序控制为其特长,它可以取代继电 器控制,完成顺序和程序控制,能进行PID回路 调节,实现闭环的位置和速度控制,也能构成高 速数据采集与分析系统,以及与计算机联网而使 整个生产过程完全自动化等等。 可编程序控制器吸取了微电子技术和计算机 技术的最新成果,发展十分迅速,以其卓越的技 术指标及优异的恶劣环境适应性,迅速渗透到工 业控制的各个领域,受到工业界的普遍重视。从单机自动化到工业自动化,从柔性制造系统、 机器人到工业局部网络,无不有它的涉足之地。 任何一种可编程序控制器均有下列基本部分 构成(图5.1) 图5.1 典型可编序程控制器框图 (1)微处理器 PLC的微处理器以循环扫描方式进行操作。 目前大型PLC多采用双极型片式处理器或16位微 处理器,甚至32位超级微处理器,中小型PLC主 要采用8位通用微处理器,而微型及小型PLC基本 上都采用单片机。 (2)存储器 目前PLC普遍使用的存储器有以锂电池为后备 电源的CMOS型RAM,及EPROM和EEPROM 。 (3)输入输出设备 PLC的输入输出设备可分为三种形式:I/O模 块、智能I/O模块和I/O站。一般的PLC都通过I/O 模块与现场进行远程通信。 (4)编程器 PLC的编程器是人机联系的接口,它包括键 盘、显示器以及支持其工作的软、硬件。 单、多回路调节器 单、多回路调节器是简单的计算机闭环控制 系统,即DDC系统。最初是因一台数字计算机只 控制一个回路而得名。 生产过程控制在较长时期内都是以模拟式控 制仪表为主。这种模拟式控制仪表的特点是运行 容易、操作方便、系统危险性分散、价格比较便 宜等,因而受到用户的欢迎。随着现代工业的发 展,模拟式控制仪表逐渐暴露出它的不足之处, 主要表现在控制精度差,功能不够强。 例如,它对程序控制、前馈控制、纯滞后补 偿控制等都难以实现。随着微处理器的发展和性 能价格比的

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    1、机电一体化的概念:
    机电一体化又称机械电子学,它是从系统的观点出发,将机械技术、微电子技术、计算机信息技术、自动控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合,实现整个机械系统最优化而建立起来的一门的科学技术。机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化系统两方面的内容。典型的机电一体化系统有数控机床、工业机器人、汽车等。
    2、机和电的关系:
    在机电一体化系统中,“机”指机械部分,包括结构、执行机构、传感器机构等。“电”指电子部分,包括控制电路和电气连线等。二者关系是,“机”是基础,“电”是核心。机电系统在电的控制下,协调各机械部件(传感器、电机、结构等)完成各种指令及功能。
    3、机电一体化的范畴: 凡是由各种现代高新技术与机械和电子技术相互结合而形成的各种技术、产品以及系统都属于机电一体化的范畴
    4、机电一体化的发展趋势:
    1)性能上,向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展。
    2)功能上,向小型化、轻型化、多功能化方向发展。
    3)层次上,向系统化、复合集成化的方向发展。系统结构采用采用开放式和模式化的总线结构,并具有强大的通讯功能,如RS232、RS485、CAN等。
    4)机电一体化单元向模块化方向发展,利用标准模块解决系统集成中的不匹配、不兼容问题。
    5)机电一体化产品向网络化方向发展,基于网络的各种远程控制和监视意义重大。
    5、机电一体技术的主要特征
    1)整体结构最优化。在设计机电一体化系统时,综合运用机械、电子、硬件、软件等各种知识和理论,实现系统优化。
    2)系统控制智能化。机电一体化系统具有自动控制、自动检测、自动信息处理、自动诊断、自动记录、自动显示等功能。
    3)操作性能柔性化。通过软件和程序实现对系统机构的控制和协调。操作流程通过软件设定,灵活、方便。
    6、机电一体化的目的功能:
    任何一种机电一体化产品或系统都是为满足人们某种需要而开发生产的,都具有相应的目的功能。概括起来必须具有三大目的功能:1)变换(加工、处理)功能;2)传递(移动、输送)功能;3)存储(保存、记录)功能。
    7、机电一体化系统开发工程路线主要分为以下几个阶段:可行性论证、初步设计、详细设计、实施和测试、运行和维护。
    光机电一体化PLC计算机控制实训装置QY-JDYT05
    QY-JDYT05由铝合金导轨式实训台、机电一体化设备的机械部件、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块、接线端子排和各种传感器、计算机等组成。采用开放式和拆装式结构,实训装置用于机械部件组装,可根据现有的机械部件组装生产设备,也可添加机械部件组装其他生产设备,使整个装置能够灵活的按教学或竞赛要求组装具有生产功能的机电一体化设备。
    实训项目:
    1.气动系统的安装与调试
    (1)气动方向控制回路的安装
    (2)气动速度控制回路的安装
    (3)气动顺序控制回路的安装
    (4)气动机械手的安装
    (5)气动系统气路的连接
    (6)磁性开关的位置调整
    (7)气动系统调试
    (8)摆动控制回路的安装
    2.变频器的安装与调试
    (1)变频器与交流电机主电路的连接
    (2)变频器面板的参数设置与操作
    (3)变频器面板控制交流电机调速
    (4)通过变频器外部端子控制电机启停
    3.机电设备的安装与调试
    (1)传动装置同轴度的调整
    (2)皮带输送机的安装与调整
    (3)搬运机械手设备安装与调试
    (4)物件分拣设备的安装与调试
    (5)送料设备的安装与调试
    (6)自动生产线设备安装与调试
    4.电气控制电路的安装与PLC编程
    (1)电动机正反转控制电路的连接与程序编写
    (2)电动机调速控制电路的连接与程序编写
    (3)皮带输送检测程序编写
    (4)气动顺序动作控制程序编写
    (5)气动机械手控制程序编写
    (6)机电一体化设备控制程序编写
    (7)自动生产线控制程序编写
    5.自动控制系统的安装与调试
    (1)多种传感器的安装与调试
    (2)皮带输送检测的自动控制
    (3)机械手的自动控制
    (4)机电一体化的自动控制
    (5)PLC控制系统的安装与调试
    (6)自动生产线的安装与调试
    6.触摸屏基本控制及设置
    (1)触摸屏的接线和基本参数设置;
    (2)基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习;
    (3)PLC、触摸屏与变频器通信控制。
    7.可用于考核或技能竞赛,可考察的职业能力
    (1)机械构件的装配与调整能力
    (2)机电设备的安装与调试能力
    (3)电路安装能力
    (4)气动系统的安装与调试能力
    (5)机电一体化设备的控制程序的编写能力
    (6)自动控制系统的安装与调试能力

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