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    002仓储物流自动化系统常见哪些设备?

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    上次解释“001什么是仓储物流自动化”知道了一个仓储物流中心里要实现系统的自动化,里边是由各种设备互相配合而完成的。那在仓储物流中心里常见的有哪些设备呢?

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    直接把一本设备产品手册直接粘上来会让人失去兴趣,我们换个思路。假设在一个50年前的零件厂,厂内工作人员张建国开始他一天的工作。看看他在厂内的仓储物流相关工作我们来看看现在有什么先进的自动化设备能来帮助他。

    场景1:原料收货

    原料公司送来一卡车的原料,门卫处房登记车辆信息,司机签字后随着厂内车辆调度员将货车开到空闲的月台。张建国看到车辆后,准备从卡车上卸货。

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    现代技术改造:

    卡车进入厂区大门时,卡车上的车牌被安装在门口的摄像头自动捕捉并识别,车牌车辆信息与系统提前预存的车辆信息进行比对。司机随着卡车路过登记办公室,司机在车里漏出面部,人脸摄像头扫描司机面部无误后驶入月台。司机不下车,门卫不出屋。全部信息自动记录在数据库。

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    多处月台正在装卸货车辆,每个月台占用情况和车辆位置都并信息化到计算机信息系统里,厂内月台调度系统, 调度系统分析判断并分配刚进入厂区的车辆一个月台,根据信息提示板,司机直接开往指定的月台处。

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    自动化设备:
    智能摄像头,车辆调度系统

    关键词
    人脸识别,车牌识别,月台车辆调度系统

    变化
    车辆、人员等被无人信息化,车辆调度无人化。

    延伸
    无人驾驶车辆的未来普及,可以使货物的交接有更多的可能性,基于大数据的人工智能技术可以提前预测需要预定的原料从而提前远程调度原料在原料厂的车辆运输。

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    场景2:车辆卸货

    卡车里的原料有两大类规格,一类是箱子,一类是整托盘的原料垛。张建国打开卷帘门,启动了培训1个月的叉车,开入车厢内叉起托盘,将托盘放到卷帘门内的地板上。张建国清点托盘数量,开始搬取车厢内的箱子到空托盘上,再由叉车搬到厂内,张建国清点箱子无误后与司机办理交接清单,签字后,张建国关闭卷帘门,司机驾驶卡车离开月台。

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    现代技术改造:
    卡车停位到月台固定位置后被到位传感器检测到,系统自动启动卷帘门,厂内叉车AGV启动并自动跑到车厢内,AGV扫描环境并完成托盘的自动叉取并托运到厂内指定地板上。多台AGV连续作业,将车厢内托盘全部搬完。

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    AGV离开月台,厂内可伸缩皮带被启动,一致延伸到卡车车厢内,皮带末端的夹抱机器人自动识别箱子的位置并抓取到伸缩皮带的入口端,箱子被伸缩皮带机连续输送到厂内的码垛区,码垛机器人抓取起箱子并分类码垛到不同的托盘上。托盘信息和数量被AGV自动读取和点数,箱子的信息和数量被输送机自动读取和点数。所有信息被自动记录到数据库系统里。

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    完成所有的货物的卸货后,系统控制皮带输送机收回,调度AGV回到厂内原位,卷帘门自动关闭。卸货业务完成,系统将电子交接单自动发送给司机和原料公司。卡车离开厂区。

    自动化设备:
    叉车,自动导引小车AGV,可伸缩皮带,自动码垛机器人

    关键词:
    AGV自动卸货,条码信息跟踪,自动码垛

    变化:
    整个货物的卸货和业务交接过程被设备代替,完全无人化

    延伸:
    月台区来的所有不同规格的货物单元都配有物联网载体芯片,比如RFID或ESim,再交接的时候可以瞬间完成批量信息录入和货物快速清点。

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    场景3:大宗货物入库
    物资需要入库,厂内物资主要由两大类规格进行存储,一种是箱子为单位的,一种是以托盘为单位的。托盘类的为大宗货物,货物较多,厂内的仓库面积不小,张建国要找到合适的位置把托盘货物放到仓库内的货架格子里。在仓库里货架分了片并编了位置号,张建国去仓库记录本里找到几处空货格所在的位置,然后将要入库的托盘用叉车一一搬到对应位置的货格上并做好记录更新了仓库记录本。货物较多,费了一些时间。

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    现代技术改造:
    厂内的托盘物资较多,托盘高架立体仓库,能充分利用高度空间,节省占地面积。托盘立体库高度有20米,自动立体库有高架货架和高速堆垛机组成。仓库内完全由设备构成,无需人的进入。张建国将托盘放到仓库门口处的入口输送机上,按下按钮,托盘被自动带入立体仓库完成无人存储。十几分钟后所有托盘物资全部被堆垛机送到高架货架上。托盘上的条码和RFID编码信息被系统自动读取,后台的数据库提前给要入库的托盘分配存储位置,完成自动存储。整个过程张建国只负责将托盘放到仓库门口的输送机上,仓库管理软件WMS全程记录所有工作信息和库位信息。

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    自动化设备:
    高架货架、堆垛机、托盘输送机

    关键词:
    无人仓库、堆垛机、AS/RS,高位托盘货架

    变化:
    无需人为找空货位,无需人为将托盘叉到货架上,无需人工记账和仓库记账更新

    延伸:
    仓库入口输送机的托盘可以由其他工作区域的自动搬运机器人直接搬运过来,实现仓库内外交接和仓库内部存储的全部自动化。

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    场景4:拣选类货物出入库
    厂内有一类零件货物是用塑料箱子盛放的,这类零件种类繁多,出库和入库比较频繁。每次出来的箱子里只拿几个零件出来,然后剩下的再放回到仓库里。由于需要的零件是随机和动态的,通常情况下一个小时要出入库500多箱,张建国和他的同事忙的不亦乐乎。厂内每一个小时就给张建国送来一个零件出库单,张建国拿着单子拆开分组给另外的同事。他们首先把需要的零件所在箱子和所在位置查出来,一个个找到箱子所在货架的位置,并按照单子里的数量将正确的零件拿出来并放到身后提前准备好的空箱子,连续行走在仓库里,直至把所有的零件都拿出来。由于货架里的零件被拿走,张建国还需要在每次完成零件拣选后还要讲零件库里的库位和箱子信息更新一遍。一个小时后新的零件出库任务送给张建国……

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    现代技术改造:
    每小时需要出库大量的料箱,并且出库的料箱被拣选零件后剩下的要再次回到仓库内,这种吞吐量大的系统可以轻松被多层shuttle和货到机器人系统轻松应对。配合shuttle的货架可以做到20米高,充分利用高度空间进行存储。零件拣选出库订单发到自动shuttle系统后,系统自动拆分订单并检索出各个零件所在的料箱和在货架的位置。系统自动下发指令给多台shuttle,料箱被shuttle从货架里高速拖出来并放置于出库的输送机上。出库后的料箱被传送到拣选机器人工作位处。机器人上方装有3D视觉摄像头,到位后的料箱被拍照后并将位于箱子内部的各个零件的3D位置和姿态识别出来后告知机器人,机器人精确的抓取零件到空料箱里。机器人对每个零件的抓取数量由出库订单给定的数量一致。要出库的零件料箱源源不断从shuttle系统里自动出库到机器人抓取站台,拣选工作全部无人干预且快速完成。

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    自动化设备:
    shuttle、穿梭货架、3D视觉识别系统,拣选机器人,多层升降机

    关键词:
    多层穿梭车系统、拣选机器人,3D视觉识别,货到机器人

    变化:
    订单自动拆分,系统自动定位料箱、系统自动出库料箱,系统信息自动跟踪和更新,零件从料箱里自动被拣选

    延伸:
    多层shuttle仓库可以与上下游自动完成对接,比如用输送机即可完成。shuttle系统可以打通几层楼板作为一个整体自动化拣选仓库。

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    场景5:工位之间搬运

    厂内有几大工作片区,张建国每天需要在这几个工作片区不断的搬运货物来支持工厂的正常生产和出货销售。每天厂内原料加工的是以托盘为单位来搬运到车间各加工工位的,早上车间会批量消耗原料,张建国会在早上驾驶叉车批量的把托盘运输到车间,每个工位的数量由工位负责人提出,各个工位消耗的托盘数和送达时间张建国都自己详细记录在工作流水簿里。厂内还有一批零件箱也需要搬运到加工中心各工位处,每天的生产订单有变化,零件箱要搬运的数量和时间没有什么固定规律,加工中心隔三差五的联系张建国让他搬几项指定的零件箱到加工中心。零件箱种类很多,张建国要花费一些时间找到这些零件箱再分批送到加工中心不同工位上。
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    现代技术改造:
    原料托盘较重,厂内配置多台背驮式AGV自动搬起托盘到车间各个工位。每个工位都配有呼叫器,可以随时呼叫要几盘原料托盘。呼叫请求自动发送给AGV调度系统,AGV响应调度系统按照数量和呼叫任务进行精确的托盘搬运。AGV会把原料托盘直接搬运到工位旁边。整个过程系统会自动记录,包括托盘的物料信息、去向和数量等。
    料箱的需求比较随机且数量不定,料箱拣选仓库与加工中心的各个工位通过高空输送机连接在一起,可以循环连续输送。加工中心各工位根据当前生产需要,在工位旁边的触摸屏上下达需要的零件种类和数量,高空输送机将仓库内出来的零件料箱传输到对应的工位终端输送机上。料箱出库时的条码等信息被读取,整个过程被实时跟踪。料箱被自动无误的传到目的地。

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    自动化设备
    背驼式AGV,高空输送机关键词:背驼式AGV,连续输送

    变化:
    工位发出需要托盘和料箱后,系统会自动响应,通过不同的智能搬运设备将需要的物料单元搬运到呼叫工位处。搬运的货物来源和过程都有系统自动记录和更新,全程无需人的参与。

    延伸:
    各个工位的加工机器如果本身可以发出物料需求,则可以与搬运系统进行信号对接,打通整个生产过程的自动化壁垒。

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    场景6:配盘发货
    工厂的客户有很多,除了有大宗的订单外也有零散的订单。大宗的订单都是已托盘为单位。张建国接到销售配送订单后,根据不同的客户和预约好的提货时间,提前1个小时到仓库把要发货的整托盘取出放到月台附近的代发货区。需要根据订单表查点正确数量的托盘,并一一把托盘用叉车叉取过来,同时手动做好记录等待发货。对于零散的订单要麻烦一些,张建国先算好需要几个托盘,因为需要从托盘上拆零后组成一个订单,麻烦的情况下,一个点单需要从好几个不同种类的托盘上进行拆零,然后再重新配盘到一起,最后再放到待发货区。张建国需要记录好从哪个托盘上拿了几个箱子下来,这些托盘变成了特殊的非整托盘,日后的管理上要格外注意。

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    现代技术改造:
    已托盘为单位的订单被系统接收到后,自动仓库按照先入先出的顺序将需要的货物托盘以所需要的数量完成出库,随后由自动托盘搬运机器人搬运到发货暂存区。发货暂存区由多条重力式辊道组成,每条辊道上存放一个订单的托盘。托盘搬运机器人把各自订单对应的托盘物资按顺序放到分配好的辊道上。卡车到月台后,可以直接把从所属辊道上的托盘全部搬运到卡车上。托盘由于重力作用一直会流动到辊道的末端。

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    需要拆零的订单也有系统自动完成,首先从仓库自动搬运出所需要的正确整托盘到机器人拆零区,机器人按照订单从整托盘上拣去正确数量的物品箱到空托盘上,空托盘由自动拆盘机来及时提供。机器人完成订单拆零工作后,搬运机器人将配好盘的托盘运输到待发货区。原始托盘被搬运和存储到仓库中。整个过程都有信息跟踪和数据库更新。

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    自动化设备
    重力式辊道、托盘搬运机器人,配盘机器人,空托盘拆盘机

    **关键词:**自动搬运、重力式托盘缓存、自动配盘机器人

    变化:
    不管是整托盘或者拆零配盘作业,数据流和工作流全部由自动机器完成

    延伸:
    仓库出库区域可以和发货准备区域作为一体。


    物流自动化里的设备种类非常多,不同的行业有不同的需求,不同的仓储物流中心有自己不同的业务流程。以上只构思了一种简单模式下的应用场景,设备千千万,不用的应用场合选择集成不同的系统以达到最优。以后有机会再介绍一些别的设备。


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  • PLC温室大棚自动控制系统

    千次阅读 2019-05-08 16:52:01
    基于PLC的温室大棚自动控制系统 姓 名 马锡鹏 班 级 1203班 学 号 030523120323 专 业 机电一体技术 指导教师 高健 电 气 工 程 系 二○一五年六月 基于PLC的温室大棚自动控制系统 摘 要 植物生长讲究适时、适地,...

    河北机电职业技术学院
    毕 业 论 文
    基于PLC的温室大棚自动控制系统
    姓 名 马锡鹏
    班 级 1203班
    学 号 030523120323
    专 业 机电一体化技术
    指导教师 高健
    电 气 工 程 系
    二○一五年六月
    基于PLC的温室大棚自动控制系统
    摘 要
    植物生长讲究适时、适地,也就是对生长环境温度、湿度、光照强度以及土壤条件的需求比较严格,只有给予了植物合适的生长环境,才会有理想的收获,尤其是对人工控制生长环境的大棚植物,大棚内的温湿度和土壤的温湿度监控对植物的生长至关重要。
    温湿度监控检测的方法很多,本文主要讲述了三菱FX2N-32MR系列可编程控制器(PLC)为主要的控制元件的系统,实现对温室大棚温度和湿度进行实时监测和显示。PLC与其他的控制器相比具有较高的抗干扰的能力和高的可靠性,并且对环境的适应性好。
    关键词:温室大棚,PLC,温湿控制
    目 录
    第一章 系统概述 1
    1.1 课题研究的背景和意义 1
    1.2温室大棚的结构 1
    1.3温室大棚的电气控制要求 2
    第二章 系统硬件设计 4
    2.1 PLC的选用 4
    2.2 主回路的电路设计 5
    2.3 温湿度传感器的选用 10
    2. 4 加热及加湿系统的设计 15
    第三章 系统程序设计 17
    3.1 温室大棚系统的I/O分配表 17
    3.2 PLC接线图 18
    3.3 程序设计 18
    结束语 23
    致 谢 24
    参考文献 25
    附 录 26
    附录A 系统总电路总图附录B 系统程序 26
    附录B 系统程序 27

    第一章 系统概述
    1.1 课题研究的背景和意义
    温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系,同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数,例如机械、电子、化工、农业等各类工作中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。
    本设计是基于三菱FX2N-32MR系列PLC为主要控制元件进行设计的,可编程控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便,易于编程及适应恶劣环境下应用等一系列优点,近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广,成为现代工业控制三大支柱之一。PLC的最终目标是用于实践,提高生产力。如今,应用PLC已经成为世界潮流,PLC将在我国得到更全面的推广运用。
    本文主要介绍了对温室大棚的温湿度进行检测和显示的设计方法。
    1.2温室大棚的结构
    1. 本次课题中的实物结构图如下图1-1所示
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    图1-1温室大棚的实物图
    2.温度传感器、湿度传感器、仪表
    温度、湿度是植物生长最重要的条件,保证植物正常生长需的适宜温度、湿度,达到最高的产量。在植物生长的过程中,仪表对大棚内的温度、湿度进行监控、设定、调节。
    3.电机
    在整套系统中,用了五台电机,在系统中起到很重要的作用。为大风电机、风冷电机、风门电机、喷灌电机、加热风机。
    (1)大风电机
    它在整个植物生长过程中时刻不停的工作,主要作用是将大棚内的空气形成对流,为每一个植物提供适宜的温度和湿度。
    (2)风冷电机
    风冷电机主要作用是当温度过高时进行散热降温的作用,来保证植物的正常温度下生长。
    (3)风门电机
    风门电机主要作用是为植物提供新鲜的空气,来控制大棚内的适宜的温度和湿度。
    (4)加湿电机
    加湿电机是为植物正常生长提供适宜湿度的关键部分,提高植物成活率。
    (5)加热风机
    在植物生长的过程中,对大棚内的空气进行加热,达到植物所需的温度,大棚中使用圆翼型热镀锌散热器进行加热的。
    1.3温室大棚的电气控制要求
    1.对大棚内的温度与湿度进行监控、调节
    不同的植物生长所需的最适温度也不同,如:蒜黄生长所需的最适温度图1-2
    植 物 生长周期 温 度(度)
    蒜 黄 20天 20~25
    图1-2蒜黄最适生长温度
    系统中通过一个温度传感器来控制温度,同时对温度进行调节。
    湿度传感器在系统中控制大棚内的湿度,通过湿度传感器设定的值与当前大棚内的值进行比较,来控制风门电机的开启来使箱内的湿度达到设定值。
    2.在此系统中可实现手动、自动两种控制要求。
    (1)在系统中可手动控制
    可以手动控制加湿电机、风门电机的启动和停止。
    (2)自动控制
    在这里插入图片描述
    温室大棚的流程是,在在拨种完成后,按下启动按钮打开大风电机(在此通过变频器来控制大风电机的转速),为了不要让大风电机一直处于最好速度运行,通过变频器来调速。当刚开始启动大风电机时以最高速度来运行,使大棚内的湿度和温度快速搅拌均匀,来达到我们设定的温度和湿度。当温度和湿度到达设定值时,大风电机以低速运行,在后面每三个小时换气中大风电机以中速运行。在按下启动按钮后,加湿电机启动,加热风机进行加热。当湿度湿度达到预设值时,加湿电机停转,当湿度大于预设值时,加湿电机停转,启动风门电机通风散湿,使湿度达到预设值。当温度达到预设值时,加热风机停转,当温度超过预设值时,加热风机停转,启动风冷电机散热,使温度达到预设值。为了给大棚内的植物植物提供新鲜的空气,风门电机每三个小时启动一次,进行通风。
    (3)线路简单,工作稳定可靠。
    (4)当在改变工艺流程时,便于线路的改造。
    (5)便于检修与调试。

    第二章 系统硬件设计
    2.1 PLC的选用
    1.PLC控制的优点
    可编程控制器作为一种通用的自动控制设备,它在控制系统中具有一些独特的优点:
    (1)可靠性高。PLC平均无故障时间可达几十万小时,也就是说一台PLC连续运行30多年不出故障,可靠性非常好。
    (2)更改线路容易。PLC只需要对内部梯形图更改,对外部接线更改要求不多。所以,它更改线路就比普通电气线路容易很多。
    (3)对环境要求低。它对湿度、温度要求不高,抗震抗冲击性能好,对电源电压要求也不高。
    (4)与其他装配连接方便。可编程控制器与其他装配的连接基本上是直接的。
    (5)抗干扰能力强。很强的抗电磁干扰能力。
    2.PLC的选型
    随着PLC制造技术的不断发展,PLC产品的种类、型号越来越多,他们的功能、价格、使用条件各不相同。由于本次课题的控制任务中对PLC功能的要求不是很高,又因为价格便宜,调试和故障查找非常方便,而且与同类产品相比它质量好、运行稳定、可扩展性强、抗干扰能力强、售后服务优良。因此本课题采用三菱公司生产的PLC。
    FX2N型PLC是日本三菱公司生产的一种小型的PLC,但是其许多功能能达到大、中型PLC的水平,而价格却比大、中型的PLC低很多,因此它一经推出就受到了广泛的关注。特别是FX2N系列PLC,在本系统中共用到了14个输入,9个输出,其中四个输出传给变频器,两个输入给温度传感器,两个输入给湿度传感器。输入输出如下表2-1所示:
    表2-1PLC输入输出点数
    输入 / 输出
    手动/自动按钮:SA 大风电机运行:KM1
    大风电机启动:SB1 加湿电机运行:KM2
    开始启动按钮:SB2 风门电机运行:KM3
    加湿电机启动:SB3 加热风机运行:KM4
    风门电机启动:SB4 风冷电机运行:KM5
    风冷电机启动:SB5 温度指示灯:HL1
    加热风机加热:SB6 湿度指示灯:HL2
    暂停按钮:SB7 暂停警铃:HA1
    停止按钮:SB10 变频器异常警铃:HA2
    温度传感器输出:T1~T2
    湿度传感器输出:T3~T4
    变频器异常输入:AC
    由于在本温室大棚电气控制系统中输入输出不需要太多,综合性价比的考虑,我选择了三菱PX2N-32MR型的PLC。
    3.三菱FX2N-32MR的参数
    型号:FX2N-32MR
    电源:AC85-264V
    频率:50/60HZ
    功率:21W
    输入点数:16
    输出点数:16
    2.2 主回路的电路设计2长的过程中时刻不停的工作,主要是将大棚内的空气形成对流。为植物提供适宜的温度和湿度。由于在植物生长的过程中我们需要对电机的速度进行调节,在此通过变频器来控制大风电机的速度,为了不让大风电机一直处于最高速运行状态,通过变频器来改变,当刚开始启动大风电机时以最高速来运行,转速为1120转/min,使大棚内的温度、湿度快速搅拌均匀,达到我们设定的温度和湿度,当温度和湿度达到预设值时,大风电机低速运行,转速为280/min。在后面每三个小时的换气中,大风电机以中速运行,转速为700/min。
    (1)变频器的选择
    变频器功率的选择取决于电机功率的大小,所以选用变频器的容量要大于等于4KW,本系统中选择了FR-E540-4K三菱变频器。下图为三菱FR-E540-4K变频器端子接线图。
    在这里插入图片描述图2-1FR-E540-4K变频器接线端子图

    在本系统所用到的端子为:
    1)L1、L2、L3:连接工频电源,为电源输入端。
    2)U、V、W:变频器输出,接三相鼠笼电机。
    3)STF:正转启动,STF信号ON时便正转,处于OFF时停止。
    4)RH、RM、RL:信号组合,用来选择多段速度。
    5)SP:信号公共输入端子。
    6)RUN:变频器运行输出端子。
    7)SE:集电极开路输出公共端,RUN、FU的公共端子。
    8) ABC:为异常输出端,当出现异常时变频器停止工作。
    (2)控制端子
    在这里插入图片描述
    图2-2 变频器的控制端子
    SD为公共端,STF控制电机正转,STR控制电机反转,RL为大风电机以280n/min运行,RM为大风电机以700n/min运行,RH为大风电机以1120n/min运行。
    (3)参数设置
    由于使用的是普通的三相电机,所以对其内部的参数设置比较简单,大多数是默认值,只需对以下参数进行设置:
    Pr.4→40 设置高速频率为40HZ
    Pr.5→25 设置中速频率为25HZ
    Pr.6→10 设置低速频率为10HZ
    Pr.7→1 设置加速时间为2S
    Pr.8→1 设置减速时间为2S
    Pr.9→5 电子过流保护
    Pr.71→0 设置适用电机为合适标准电机的热特性
    Pr.79→2 操作模式选择
    Pr.83→380 电机额定电压
    Pr.84→50 电机额定频率
    AC端为变频器异常输出端
    根据系统需要,M为大风电机,电机功率为4KW,额定电流为8A。QF2保护整个主回路的作用,起到过流、过载保护。在此选用10A的空气开关。接触器KM1的型号为CJ20-10A,当KM1线圈得电时,KM1主触头闭合,驱动大风电机运行。电路图如右图2-3所示:
    在这里插入图片描述
    图2-3 大风电机主回路电路
    2.风门电机主回路设计
    风门控制系统的主要作用是为植物生长提供新鲜空气。当植物光合作用的过程中不断吸入二氧化碳,排出氧气。为了植物能健康生长,所以间隔一段时间通风,使新鲜空气进入。M3为风门电机,电机功率为1.1KW,电机的额定电流为2.5A,供电电压为交流380V。在此系统中通过KM3来控制风门电机,交流接触器KM3的型号为CJT1-5A,QF4在此起到短路保护整个主回路的作用。右图2-4为风门电机的主回路
    在这里插入图片描述
    图2-4风门电机主回路电路
    3.风冷电机主回路设计
    根据系统需要,M4为冷风机的电机,风冷电机的功率为1.5KW,额定电流为3A。在整个植物生长的过程中,植物的呼吸可使温度升高,温度超过最高温度时风冷电机运转。交流接触器KM4的型号为CJT1-5A,当KM4线圈得电时,KM4主触头闭合,驱动风冷电机运行。右图2-5为风冷电机的主回路。
    在这里插入图片描述
    图2-5风冷电机主回路电路
    4.加热风机主回路设计
    根据系统需要,在整个的植物生长程中温度是非常重要的因素,本系统中采用的是燃油热风机加热系统,风机采用FZL型轴流风机,风流大、风压高、噪音小,交流接触器KM5的型号为CJT1-5A,当KM5线圈得电时,KM5主触头闭合,驱动风冷电机运行。右图2-6为加热风机的主回路。
    在这里插入图片描述
    图2-6加热风机主回路电路
    5.加湿电机主回路设计
    加湿电机在系统中主要为植物正常生长提供适宜湿度,本系统中采用的是由北京瀚宁空气技术有限公司生产的高压微雾加湿机,加湿主机采用高压陶瓷柱塞泵,压力大硬度强。接触器KM2的型号为CJ20-10A,当接触器KM2主触头闭合时,加湿电机M2运行。右图2-7为加湿电机主回路。
    在这里插入图片描述
    图2-7加湿风机主回路电路

    6.系统主电路总图
    在这里插入图片描述
    图2-8系统主电路总图
    2.3 温湿度传感器的选用
    1.温度传感器及仪表的选用
    温度是温室大棚种植最重要的条件,保证植物正常生长所需的适宜温度,才能获得高生产、高收益。不同植物生长所需的温度不同,如:蒜黄生长所需的最适温度为20~25度,我们以下就以蒜黄最适温度来编程。温度是一种最基本的环境参数,测量温度的关键是温度传感器。本设计选择了PT100电阻式温度传感器(如下图2-9所示)。测量范围为-200℃~400℃。Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆,PT100温度传感器,是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器。其外形结构如下图2-9所示。

    在这里插入图片描述
    图 2-9 PT-100的外形结
    (1)PT100温度传感器的主要技术参数如下表2-2:
    表2-2 Pt100温度传感器的主要技术参数
    特性指标
    测温范围 -200~400℃ 探头长度: 5cm/10cm
    15cm/20cm
    电阻变化: 0.3851Ω/℃ 引线接法 三线式
    接线方式: 接线叉 传感器件: PT(铂)
    探头直径: Φ5mm 引线长度: 一般2米,定制长度(专用引线)
    允通电流: ≤5mA 热响应时间: <30s
    供电: 24VDC 输出: 4~20mAD
    Pt100温度传感器的优点: 具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点
    (2) PT100温度传感器三根芯线的接法:PT100铂电阻传感器有三根引线,可用A、B、C(或黑、红、黄)来代表三根线,三根线之间有如下规律:
    A与B或C之间的阻值常温下在110欧左右,B与C之间为0欧,B与C在内部是直通的,原则上B与C没什么区别。仪表上接传感器的固定端子有三个:A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子.B和C接在仪表上的另外两个固定端子,B和C线的位置可以互换,但都得接上。如果中间接有加长线,三条导线的规格和长度要相同。热电阻的3线和4线接法:是采用2线、3线、4线,主要由使(选)用的二次仪表来决定。一般显示仪表提供三线接法,PT100一端出一颗线,另一端出两颗线,都接仪表,仪表内部通过桥抵消导线电阻。
    PT100温度传感器采用三线式接法的原因:
    PT100温度传感器0℃时电阻值为100Ω,电阻变化率为0.3851Ω/℃。由于其电阻值小,灵敏度高,所以引线的阻值不能忽略不计,采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差,在本次设计中采用三线式接法。工作原理如下:
    PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3),测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥,铂电阻(Rpt100)作为电桥的一个桥臂电阻,将导线一根(r1)接到电桥的电源端,其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻,电桥处于平衡状态,引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。三线式接法原理图如图2-11所示。
    在这里插入图片描述
    图 2-11 三线式接法原理图
    当R1 X (Rx + r1 + r3)=R2 X (Rpt100 + r2 + r1),电桥平衡时,U=0。
    (4)温度显示及控制
    要知道大棚里面的温度,必须配备有相应温度控制仪表,这里将采用XMOB智能型温度显示器(如下图2-12所示),其可调节上限温度值和下限温度值,当温度大于下限位的时候,相应输出继电器动作,当温度高于上限位的时候,相应输出继电器动作。
    在这里插入图片描述
    图2-12 XMOB智能型温度显示器
    (5)XMOB主要技术参数
    输出类型 继电器输出
    测量精度 ±0.5%F.S±1digit
    冷端补偿误差 ≤±2℃
    测量数显范围 -1999∽9999
    工作环境 0∽50℃,相度湿度≤85%RH
    电源 AC 220V±10% 50HZ/60HZ
    功耗 ≤4VA
    (6)热电阻与仪表的接线图
    在这里插入图片描述
    图 2-13热电阻与仪表接线图
    2.湿度传感器及仪表的选用
    在一般的情况下,蒜黄生长期间的相对湿度要求在75%RH ~85%RH之间变化的。测量空气的湿度有很多种方法,其原理是跟据某种物质从其周围的空气中水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量,电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常感器考虑到以下几点:感湿性能好、灵敏度高、响应速度快、测量范围数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。选择集成湿度传宽,有较好的一致性、可重复性,线性度好、湿滞小较高的稳定性和可靠性,有较强的抗污染能力、使用寿命长。
    (1)湿度传感
    图 2-14 余姚WS-01型号湿度传感器
    1)WS-01型号湿度传感器的主要参数:
    湿度范围:10%RH~85%RH湿度迟滞为±1.5%RH,相应时间为5S。
    测量精度:±2%F.S±1.0个字
    工作电压:DC24V
    工作环境: 20℃~60℃ 相湿度≤85%RH
    (2)湿度显示及控制:
    要控制箱内的湿度,我们必须配备有相应湿度控制仪表, 在这选用了CJLC-9007系列智能液晶显示控制仪表 (如下图2-15所示),其可调节其湿度,当湿度达到我们设定的湿度下限值时,输出继电器T3动作。当湿度达到我们设定的湿度上限值时,输出继电器T4动作。
    图2-15 CJLC-9007系列智能液晶显示控制仪表图2-16
    CJLC-9007系列智能液晶显示控制仪表的主要参数:
    1)输入双PT100 。
    2)输出支持多种输出控制方式,输出多种继电器输出:触点容量AC250V 7A(阻性负载)。
    3)精度温度测量精度±0.5%F•S±1.0个字。 湿度测量精度±2%F•S±1.0个字。
    4)报警继电器输出:触点容量AC250V 7A(阻性负载)。
    5)供电 交流电: 110~242VAC,50Hz 。
    6)外型尺寸外型尺寸:160mm(宽)×80mm(高)×48mm(深)开孔尺寸:152mm×76mm 。
    7)工作条件湿度:10%~85%RH(无凝结) 禁止在腐蚀性环境下工作,禁止液体或导电体进入表内,保证通风口处通风良好。
    8)保存条件温度:-20~60℃,避免日光直晒 。
    (3)湿度传感器与仪表的接线图
    在这里插入图片描述
    图 2-16湿度传感器与仪表接线图
    2. 4 加热及加湿系统的设计

    1. 燃油热风机加热系统
      系统选用北京盛芳园有限公司生产的KR80-100型燃油热风机,额定发热量为92880kcal/h,经计算,能满足供热面积600m2左右的温室,其结构示意图如下图2-17所示
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      图2-17 KR80-100型燃油热风机机构示意图
      设备由风机、高效换热器、燃烧器及自动控制系统组成。风机采用FZL型轴流风机,风量大,风压高,噪声低,可采用风管送风,热风传输距离长,采暖区温度更均匀。换热器采用圆环柱筒型烟、空气夹套式结构,换热器材料全部用不锈钢,换热面积大,排烟温度低,热效率高。燃烧器采用意大利RIELLO公司的产品,燃烧效率达98%~100%,环保节能设有火焰探测装置,燃烧完全可靠。
    2. 微雾加湿机
      选用北京瀚宁空气技术有限公司的高压微雾加湿机,该产品将精滤的自来水加压至7MPa,在通过高压水管传送到喷嘴,经超微细的喷头雾化后以3~10微米的微雾喷射到整个空间,使温室达到增湿的效果,加湿器主机采用美国进口的高压陶瓷柱塞泵,压力大、硬度强,具有效率高、省电、噪音小等特点,喷头及水雾分配器无动力易损部件,耐磨损,喷雾均匀。一台FCB-3微雾加湿器的加湿量为60~300kg/h,可满足加湿面积在600m2左右的温室需要。

    第三章 系统程序设计
    3.1 温室大棚系统的I/O分配表
    输入 输出
    元件代号 输入继电器 作用 元件代号 输出继电器 作用
    SA X0 手/自动切换 RH Y0 高速运行
    SB1 X1 大风电机启动 RM Y1 中速运行
    SB2 X2 开始启动按钮 RL Y2 低速运行
    SB3 X3 加湿电机启动 STF Y3 电机正转
    SB4 X4 风门电机启动 KM1 Y4 大风电机运行
    SB5 X5 风冷电机启动 KM2 Y5 加湿电机运行
    SB6 X6 加热风机启动 KM3 Y6 风门电机运行
    SB7 X7 暂停按钮 KM4 Y7 风冷电机运行
    SB10 X10 停止按钮 KM5 Y10 加热风机运行
    T1 X11 温度上限值输入 HL1 Y11 温度指示灯
    T2 X12 温度下限值输入 HL2 Y12 湿度指示灯
    T3 X13 湿度上限值输入 HA1 Y13 暂停警铃
    T4 X14 湿度下限值输入 HA2 Y14 变频器异常 警铃
    AC X15 变频器异常输入

    3.2 PLC接线图

    在这里插入图片描述

    3.3 程序设计
    1.暂停程序
    在这里插入图片描述
    按下暂停按钮X1一次,延时30分钟后,警铃响,再次按下暂停按钮警铃不响,系统继续工作。
    2.手\自动转换程序
    在这里插入图片描述
    手/自动切换,正常运行时X0为OFF,手动是为ON,在正常运行时此段程序不执行。
    3.大风电机、加湿电机运行程序
    在这里插入图片描述
    按下大风电机启动按钮,大风电机以40HZ运行,按下开始启动,当湿度低于下限值时,加湿电机和湿度指示灯工作。当湿度高于上限值时风门电机工作。
    4.生长周期20天定时程
    在这里插入图片描述
    按下启动开始按钮后,此段程序执行20天定时程序。
    5.大棚内温度、加热风机、风冷电机、大风电机控制程序

    大棚内温度值的控制,温度的控制、加热风机的控制、风冷电机的控制、大风电机的转速控制。同时指示灯工作。
    6.大棚内换气程序

    当按下按钮X2后,延时三小时。(此阶段为换气阶段)。
    7.系统换气延时程序

    三小时延时时间到,风门电机工作换气。工作五秒钟后停止工作。再循环延时三小时,风门电机工作换气工作五秒钟。
    8.加湿电机手动程序

    按下X3(加湿电机手动控制按钮)按钮,加湿电机点动运行。
    9.风门电机手动程序

    按下X4(风门电机手动控制按钮)按钮,风门电机运行。
    10.风冷电机手动控制程序

    按下X5(风冷电机手动控制按钮)按钮,风冷电机运行。
    11.加热风机加热手动控制程序

    按下X6(加热风机加热手动控制按钮)按钮,加热风机工作。
    12.变频器异常工作程序

    当X15动作时,变频器出现异常输出,此时异常报警工作。

    结束语

    即将毕业,意味着校园生活即将结束,为了学生时代画上个圆满的句号,步入人生另一个阶段。在这期间我将自己的全部精力用于这次论文的写作中,本论文是在经过一个多月的时间完成的,我参考了许多的资料,包括网上的、书本上的。
    在设计过程中遇到了很多的困难,多次求助了蒋老师和同学,在他们的帮助下,结合自己所掌握的专业知识,加上自己的努力,总算交出了还算满意的答卷。这次设备安装调试的成功让我更加热爱本专业。在PLC、文本程序编辑的过程中,是我体会到在实际应用中考虑问题要更加紧密。在设备安装调试过程中解决问题的经验,为以后工作的实战打下了坚实基础。

    致 谢

    在这次的论文设计中,我遇到了很多自己不懂的地方,我的指导老师高健给了我很大的帮助,耐心对我讲解,在讲解的过程中还传授了新知识,对我以后的工作有很大的帮助。高老师在看我论文的时候,发现不足之处,均用红笔标出来,并督促我抓紧时间修改,把技师鉴定的其他项目利用课余时间也多看看,感谢高老师对我的辅导。
    另外,在本次论文撰写的过程中,我还得到了身边同学的热情帮助,让我感受到了学习的氛围,感谢他们在百忙之中抽出时间来帮助我,才使我的论文能够顺利的完成,真的很感谢他们。

    参考文献
    【1】王国海.《可编程序控制器及其应用》.中国劳动社会保障出版社. 2007
    【2】程世刚.《现代温室环境控制》.2010
    【3】《三菱变频器FR-E500使用手册》.三菱电机株式会社.2012
    【4】 余姚市长江温度仪表. CJLC-9007温湿度控制使用说明书.2012
    【5】 殷洪义.《可编程序控制器选择设计与维护》.2013

    附 录
    附录A 系统总电路总图
    附录B 系统程序

    展开全文
  • 伺服系统(自动控制系统

    万次阅读 2015-01-03 15:03:21
    伺服系统(自动控制系统) 伺服系统(servomechanism)又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动...

    伺服系统(自动控制系统)

    伺服系统(servomechanism)又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下,伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统,其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角),其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。

    主要作用

    1.以小功率指令信号去控制大功率负载;

    2.在没有机械连接的情况下,由输入轴控制位于远处的输出轴,实现远距同步传动;

    3.使输出机械位移精确地跟踪电信号,如记录和指示仪表等。

    发展历史

    伺服(Servo)是ServoMechanism一词的简写,来源于希腊,其含义是奴隶,顾名思义,就是指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动,而其中的运动要素包括位置、速度和力矩等物理量。回顾伺服系统的发展历程,从最早的液压、气动到如今的电气化,由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统已经走过了近50个年头。

    如今,随着技术的不断成熟,交流伺服电机技术凭借其优异的性价比,逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。交流伺服系统技术的成熟也使得市场呈现出快速的多元化发展,并成为工业自动化的支撑性技术之一。

    我国现状

    我国制造业产业升级的不断推进,为我国伺服产业的发展提供了巨大的市场,近年来,随着数控机床、包装机械、电子专用设备等行业继续保持较好发展以及交流伺服技术的日益成熟,新兴行业如新能源行业中的风电产业伺服技术的应用使得我国伺服市场迅速发展,2010年,我国伺服市场同比增长39.7%,市场规模达到39.9亿元。

    很多有远识的国产厂商正加大研发力度提升其产品的性能,进而扩大其品牌的号召力,国产伺服厂商改变进口垄断格局将指日可待。由此预测,未来五年,我国伺服系统行业受益于产业升级的影响,仍将保持20%以上的增长速度,至2015年,我国伺服系统行业市场规模有望突破100亿元,其中,国产伺服产品的市场占有率将达到40%左右。

    主要分类

    从系统组成元件的性质来看,有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等;

    从系统输出量的物理性质来看,有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等;

    从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看,有模拟式伺服系统和数字式伺服系统;

    从系统的结构特点来看,有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。

    伺服系统按其驱动元件划分,有步进式伺服系统、直流电动机(简称直流电机)伺服系统、交流电动机(简称交流电机)伺服系统。按控制方式划分,有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等,实际上数控系统也分成开环、闭环和半闭环3种类型,就是与伺服系统这3种方式相关。

    1. 开环系统

    开环系统主要由驱动电路,执行元件和机床3大部分组成。常用的执行元件是步进电机,通常称以步进电机作为执行元件的开环系统为步进式伺服系统,在这种系统中,如果是大功率驱动时,用步进电机作为执行元件。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号。

    2. 闭环系统

    闭环系统主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。其构成框图如图2所示。在闭环系统中,检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反馈给比较环节。常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编码盘等。通常把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统;把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。由于丝杠和工作台之间传动误差的存在,半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些。

    比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较,两者的差值作为伺服系统的跟随误差,经驱动电路,控制执行元件带动工作台继续移动,直到跟随误差为零。根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式,闭环(半闭环)系统可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统3种。

    由于比较环节输出的信号比较微弱,不足以驱动执行元件,故需对其进行放大,驱动电路正是为此而设置的。

    执行元件的作用是根据控制信号,即来自比较环节的跟随误差信号,将表示位移量的电信号转化为机械位移。常用的执行元件有直流宽调速电动机、交流电动机等。执行元件是伺服系统中必不可少的一部分,驱动电路是随执行元件的不同而不同的。

    性能要求

    对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。

    稳定性好:作用在系统上的扰动消失后,系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下,系统能够达到新的稳定运行状态的能力,在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态;

    精度高:伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床,要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高,允许的偏差一般都在 0.01~0.00lmm之间;

    快速响应性好:有两方面含义,一是指动态响应过程中,输出量随输入指令信号变化的迅速程度,二是指动态响应过程结束的迅速程度。快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一,即要求跟踪指令信号的响应要快,一方面要求过渡过程时间短,一般在200ms以内,甚至小于几十毫秒;另一方面,为满足超调要求,要求过渡过程的前沿陡,即上升率要大。

    节能高:由于伺服系统的快速相应,注塑机能够根据自身的需要对供给进行快速的调整,能够有效提高注塑机的电能的利用率,从而达到高效节能。

    主要结构

    伺服系统主要由三部分组成:控制器,功率驱动装置,反馈装置和电动机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量;功率驱动装置作为系统的主回路,一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上,调节电动机转矩的大小,另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电;电动机则按供电大小拖动机械运转。

    主要特点

    1.精确的检测装置:以组成速度和位置闭环控制;

    2.有多种反馈比较原理与方法:根据检测装置实现信息反馈的原理不同,伺服系统反馈比较的方法也不相同。常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种;

    3.高性能的伺服电动机(简称伺服电机):用于高效和复杂型面加工的数控机床,伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大,以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳,以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节;

    4.宽调速范围的速度调节系统,即速度伺服系统:从系统的控制结构看,数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统,其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后,再通过调速系统驱动伺服电机,实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高,因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。

    突出性能

    衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽,由系统频率响应特性来规定,反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大,快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大,带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15赫,大型设备伺服系统的带宽则在1~2赫以下。自20世纪70年代以来,由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机,使伺服系统实现了直接驱动,革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素,使带宽达到50赫,并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此,在伺服系统中必须采用高精度的测量元件,如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。此外,也可采取附加措施来提高系统的精度,例如将测量元件(如自整角机)的测量轴通过减速器与转轴相连,使转轴的转角得到放大,来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道,直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。

    伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。

    最基本的伺服系统包括伺服执行元件(电机、液压缸等)、反馈元件和伺服驱动器,但是要让这个系统运转起来还需要一个上位机构,PLC,专门的运动控制卡,工控机+PCI卡,以便于给伺服驱动器发送指令。

    典型机型

    20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。

    永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较:

    主要优势:

    1.无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低;

    2.定子绕组散热比较方便;

    3.惯量小,易于提高系统的快速性;

    4.适应于高速大力矩工作状态;

    5.同功率下有较小的体积和重量。

    主要劣势:

    1.永磁交流伺服系统采用了编码器检测磁极位置,算法复杂;

    2.交流伺服系统维修比较麻烦,因为电路结构复杂;

    3.交流伺服驱动器可靠性不如直流伺服,因为板件太过于精密。

    到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行。

    高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。

    发展趋势

    现代交流伺服系统,经历了从模拟到数字化的转变,数字控制环已经无处不在,比如换相、电流、速度和位置控制;采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块也不足为奇。国际厂商伺服产品每5 年就会换代,新的功率器件或模块每2~2.5年就会更新一次,新的软件算法则日新月异,总之产品生命周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技术路线和产品路线,结合市场需求的变化,可以看到以下一些最新发展趋势:[1] 

    高效率化:尽管这方面的工作早就在进行,但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计,也包括驱动系统的高效率化,包括逆变器驱动电路的优化,加减速运动的优化,再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等。

    直接驱动:直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动,由于消除了中间传递误差,从而实现了高速化和高定位精度。直线电机容易改变形状的特点可以使采用线性直线机构的各种装置实现小型化和轻量化。

    高速、高精、高性能化:采用更高精度的编码器(每转百万脉冲级),更高采样精度和数据位数、速度更快的DSP,无齿槽效应的高性能旋转电机、直线电机,以及应用自适应、人工智能等各种现代控制策略,不断将伺服系统的指标提高。

    一体化和集成化:电动机、反馈、控制、驱动、通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向。有时我们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机(Smart Motor),有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器。电机、驱动和控制的集成使三者从设计、制造到运行、维护都更紧密地融为一体。但是这种方式面临更大的技术挑战(如可靠性)和工程师使用习惯的挑战,因此很难成为主流,在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分。

    通用化:通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能,便于用户在不改变硬件配置的条件下,方便地设置成V/F 控制、无速度传感器开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、永磁无刷交流伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式,适用于各种场合,可以驱动不同类型的电机,比如异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机、步进电机,也可以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器。可以使用电机本身配置的反馈构成半闭环控制系统,也可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度全闭环控制系统。

    智能化:现代交流伺服驱动器都具备参数记忆、故障自诊断和分析功能,绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能,有的可以自动辨识电机的参数,自动测定编码器零位,有些则能自动进行振动抑止。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能和驱动结合在一起,对于伺服用户来说,则提供了更好的体验。

    网络化和模块化:将现场总线和工业以太网技术、甚至无线网络技术集成到伺服驱动器当中,已经成为欧洲和美国厂商的常用做法。现代工业局域网发展的重要方向和各种总线标准竞争的焦点就是如何适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求。随着国内对大规模分布式控制装置的需求上升,高档数控系统的开发成功,网络化数字伺服的开发已经成为当务之急。模块化不仅指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通讯模块之间的组合方式,而且指伺服驱动器内部软件和硬件的模块化和可重用。

    从故障诊断到预测性维护:随着机器安全标准的不断发展,传统的故障诊断和保护技术(问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化)已经落伍,最新的产品嵌入了预测性维护技术,使得人们可以通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势,并采取预防性措施。比如:关注电流的升高,负载变化时评估尖峰电流,外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器,以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。

    专用化和多样化:虽然市场上存在通用化的伺服产品系列,但是为某种特定应用场合专门设计制造的伺服系统比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同表面粘接结构(SPM)和嵌入式永磁(IPM)转子结构的电机出现,分割式铁芯结构工艺在日本的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化,并引起国内厂家的研究。

    小型化和大型化:无论是永磁无刷伺服电机还是步进电机都积极向更小的尺寸发展,比如20,28,35mm 外径;同时也在发展更大功率和尺寸的机种,已经看到500KW永磁伺服电机的出现,体现了向两极化发展的倾向。

    发展方向:随着生产力不断发展,要求伺服系统向高精度、高速度、大功率方向发展。

    1.充分利用迅速发展的电子和计算机技术,采用数字式伺服系统,利用微机实现调节控制,增强软件控制功能,排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响,这可大大提高伺服系统的性能,并为实现最优控制、自适应控制创造条件;

    2.开发高精度、快速检测元件;

    3.开发高性能的伺服电机(执行元件)。交流伺服电机的变速比已达1∶10000,使用日益增多。无刷电机因无电刷和换向片零部件,加速性能要比直流伺服电机高两倍,维护也较方便,常用于高速数控机床。

    主要应用

    机电一体化及其机床电气控制技术的发展概况

    机电一体化技术是随着科学技术不断发展,生产工艺不断提出新要求而迅速发展的。在控制方法上主要是从手动到自动;在控制功能上,是从简单到复杂;在操作上,是由笨重到轻巧。随着新的控制理论和新型电器及电子器件的出现,又为电气控制技术的发展开拓了新途径。

    传统机床电气控制是继电器接触式控制系统,由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成,实现对机床的启动、停车、有极调速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低,因此广泛应用于各类机床和机械设备。在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气控制形式之一。

    在实际生产中,由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程,而实际生产工艺和流程又是经常变化的,因而传统的继电器接触式控制系统常不能满足这种要求,因此曾出现了继电器接触控制和电子技术相结合的控制装置,叫做顺序控制器。它能根据生产需要改变控制程序,而又远比电子计算机结构简单,价格低廉,它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制的。但它的装置体积大,功能也受到一定限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展及应用,上述控制技术也发生了根本性的变化,在上世纪70年代出现了将计算机的存储技术引入顺序控制器,产生了新型工业控制器——可编程序控制器(PLC),它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点,故在世界各国已作为一种标准化通用装置普遍应用于工业控制。

    为解决占机械总加工量80%左右的单件和小批量生产的自动化难题,50年代出现了数控机床。它综合应用了电子、计算机、检测、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就,它是典型的机电一体化产品。数控机床经过40年来的发展,品种日益增多,性能不断完善,其中以轮廓控制的数控机床和带有自动换刀装置和工作台能自动转位的数控加工中心发展更为迅速。数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成,其中伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。

    伺服系统在数控加工中的作用及组成

    在自动控制系统中,把输出量能以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统,亦称伺服系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统,又称为随动系统。

    伺服系统由伺服驱动装置和驱动元件(或称执行元件伺服电机)组成,高性能的伺服系统还有检测装置,反馈实际的输出状态。

    数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号,驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动,并保证动作的快速和准确,这就要求高质量的速度和位置伺服。以上指的主要是进给伺服控制,另外还有对主运动的伺服控制,不过控制要求不如前者高。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。

    应用趋势

    自动控制系统不仅在理论上飞速发展,在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3~5年就有更新换代的产品面市。传统的交流伺服电机特性软,并且其输出特性不是单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位,电动机本身还有速度谐振区,pwm调速系统对位置跟踪性能较差,变频调速较简单但精度有时不够,直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中,但其也有缺点,例如结构复杂,在超低速时死区矛盾突出,并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。新型的永磁交流伺服电机发展迅速,尤其是从方波控制发展到正弦波控制后,系统性能更好,它调速范围宽,尤其是低速性能优越。

    伺服电机与步进电机简介

    伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

    什么是伺服电机?有几种类型?工作特点是什么?

    答:伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。

    请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别?

    答:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制滚珠丝杆,转矩脉动小。直流伺服是梯形波,但直流伺服比较简单,便宜。20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。

    永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有:⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小,易于提高系统的快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小的体积和重量。

    伺服和步进电机

    伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm

    步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号)弹性联轴器,但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

    1. 控制精度不同

    两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°,也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09°;德国百格拉公司(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

    交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

    2. 低频特性不同

    步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。

    交流伺服电机运转非常平稳膜片联轴器,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。

    3. 矩频特性不同

    步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。

    4. 过载能力不同

    步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。

    5. 运行性能不同

    步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

    6. 速度响应性能不同

    步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA 400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。

    综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

    步进电机和伺服电机的区别和选型方法

    1. 怎样选择步进和伺服电机?

    主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。

    2. 选择步进电机还是伺服电机系统?

    其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。

    3. 如何配用步进电机驱动器?

    根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。

    4. 2相和5相步进电机有何区别,如何选择?

    2相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。5相电机则振动较小,高速性能好,比2相电机的速度高30~50%,可在部分场合取代伺服电机。

    5. 何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别?

    直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

    6. 使用电机时要注意的问题?

    上电运行前要作如下检查:

    1) 电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏);对于直流输入的+/-极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大);

    2) 控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线);

    3) 不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再逐步连接。

    4) 一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。

    5) 开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。

    7. 步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题?

    一般要考虑以下方面作检查:

    1) 电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大50%~100%的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。

    2) 上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要>10mA),以使光耦稳定导通,输入的频率是否过高,导致接收不到,如果上位控制器的输出电路是CMOS电路,则也要选用CMOS输入型的驱动器。

    3) 启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至处于惰态。

    4) 电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。

    5) 对于5相电机来说,相位接错,电机也不能工作。

    8. 我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗?

    可以的,也比较方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数,最好用伺服运动控制卡,一般它上面有DSP和高速度的逻辑处理电路,以实现高速高精度的运动控制。如S加速、多轴插补等。

    9. 用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好?

    一般最好不要,特别是大力矩电机,除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为,电机工作时是大电感型负载,会对电源端形成瞬间高压。而开关电源的过载性能不好,会保护关断,且其精密的稳压性能又不需要,有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。可以用常规的环形或R型变压器变压的直流电源。

    10. 我想用±10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗?

    可以,但需要另外的转换模块。

    11. 我有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制?

    可以,需要配一个编码器转测速机信号模块。

    12. 伺服电机的码盘部分可以拆开吗?

    禁止拆开,因为码盘内的石英片很容易破裂,且进入灰尘后,寿命和精度都将无法保证,需要专业人员检修。

    13. 步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗?

    不要,最好让厂家去做,拆开后没有专业设备很难安装回原样,电机的转定子间的间隙无法保证。磁钢材料的性能被破坏,甚至造成失磁,电机力矩大大下降。

    14. 伺服控制器能够感知外部负载的变化吗?

    如遇到设定阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。

    15. 可将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗?

    原则上是可以的,但要搞清楚电机的技术参数后才能配用,否则会大大降低应有的效果,甚至影响长期运行和寿命。最好向供应商咨询后再决定。

    16. 使用大于额定电压值的直流电源电压驱动电机安全吗?

    正常来说这不是问题,只要电机在所设定的速度和电流极限值内运行。因为电机速度与电机线电压成正比,因此选择某种电源电压不会引起过速,但可能发生驱动器等故障。

    此外,必须保证电机符合驱动器的最小电感系数要求,而且还要确保所设定的电流极限值小于或等于电机的额定电流。事实上,如果你能在你设计的装置中让电机跑地比较慢的话(低于额定电压),这是很好的,以较低的电压(因此比较低的速度)运行会使得电刷运转反弹较少,而且电刷/换向器磨损较小,比较低的电流消耗和比较长的电机寿命。另一方面,如果电机大小的驱动器和性能的要求需要额外的转矩及速度,过度驱动电机也是可以的,但会牺牲产品的使用寿命。

    17. 如何为我的应用选择适当的供电电源?

    推荐选择电源电压值比最大所需的电压高10%-50%。此百分比因Kt,Ke,以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同,因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流,需要计算此应用所有的功率需求,再增加5%。按I = P/V公式计算即可得到所需电流值。

    18. 对于伺服驱动器我可以选择那种工作方式?

    不同的模式并不全部存在于所有型号的驱动器中。

    19. 驱动器和系统如何接地?

    a. 如果在交流电源和驱动器直流总线(如变压器)之间没有隔离的话,不要将直流总线的非隔离端口或非隔离信号的地接大地,这可能会导致设备损坏和人员伤害。因为交流的公共电压并不是对大地的,在直流总线地和大地之间可能会有很高的电压。

    b. 在多数伺服系统中,所有的公共地和大地在信号端是接在一起的。多种连接大地方式产生的地回路很容易受噪音影响而在不同的参考点上产生流。

    c. 为了保持命令参考电压的恒定,要将驱动器的信号地接到控制器的信号地。它也会接到外部电源的地,这将影响到控制器和驱动器的工作(如:编码器的5V电源)。

    d. 屏蔽层接地是比较困难的,有几种方法。正确的屏蔽接地处是在其电路内部的参考电位点上。这个点取决于噪声源和接收是否同时接地,或者浮空。要确保屏蔽层在同一个点接地使得地电流不会流过屏蔽层。

    20. 减速器为什么不能和电机正好相配在标准转矩点?

    如果考虑到电机产生的经过减速器的最大连续转矩,许多减速比会远远超过减速器的转矩等级。如果我们要设计每个减速器来匹配满转矩,减速器的内部齿轮会有太多组合(体积较大、材料多)。这样会使得产品价格高,且违反了产品的“高性能、小体积”原则。

    21. 我如何选择使用行星减速器还是正齿轮减速器?

    星型减速器一般用于在有限的空间里需要较高的转矩时,即小体积大转矩,而且它的可靠性和寿命都比正齿轮减速器要好。正齿轮减速器则用于较低的电流消耗,低噪音和高效率低成本应用。

    22. 何为负载率 (duty cycle)?

    负载率(duty cycle)是指电机在每个工作周期内的工作时间/(工作时间+非工作时间)的比率。如果负载率低,就允许电机以3倍连续电流短时间运行,从而比额定连续运行时产生更大的力量。

    23. 标准旋转电机的驱动电路可以用于直线电机吗?

    一般都是可以的。你可以把直线电机就当作旋转电机,如直线步进电机、有刷、无刷和交流直线电机。具体请向供应商咨询。

    24. 直线电机是否可以垂直安装,做上下运动?

    可以。根据用户的要求,垂直安装时我们可以加装动子滑块平衡装置或加装导轨抱闸刹车。

    25. 在同一个平台上可以安装多个动子吗?

    可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。

    26. 是否可以将多个无刷电机的动子线圈安装于同一个磁轨道上?

    可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。

    27. 使用直线电机比滚珠丝杆的线性电机有何优点?

    由于定子和动子之间没有机械连接,所以消除了背隙、磨损、卡死问题,运动更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、响应快、运动平滑、控制精度高、可靠性好体积紧凑、外形高度低、长寿命、免维护等特点。

    另外一个给用户的选型建议是,如果不是必须,推拉力或负重、速度、定位精度这三个主要参数不要同时要求很高,因为致动执行器是一个高精度高技术的机电一体化产品,我们在设计制造时需要从机械结构、电气性能、材料特性、材质和处理方法等多方面考虑并选择相应的组成电机、驱动控制器和反馈装置,以及不同精度等级的导轨、丝杆、支撑座和其它机械系统,使之达到需要的整体运动参数,可谓牵一发动全身的产品。当然,您有高要求的产品需要,我们还是可以满足,只是成本会相应的提高。

     

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  • 几种常见自动化测试架构的对比

    千次阅读 2018-04-02 20:01:05
    转载自:http://www.51testing.com/html/03/311303-859188.html常见自动化测试架构 一个自动化测试架构就是一个集成体系,其中定义了一个特殊软件产品的自动化测试规则。这一体系中包含测试功能函数库、测试数据...

    转载自:http://www.51testing.com/html/03/311303-859188.html

    常见的自动化测试架构

            一个自动化测试架构就是一个集成体系,其中定义了一个特殊软件产品的自动化测试规则。这一体系中包含测试功能函数库、测试数据源、测试对象识别标准,以及各种可重用的模块。这些组件作为小的构建模块,被组合起来代表某种商业流程。自动化测试架构提供了自动化测试的基础,降低了自动化测试的难度。
             常见的自动化架构包括如下:
     1、数据驱动测试
       数据驱动测试将测试脚本与测试数据放在同一个测试架构中。该测试架构提供可重用的测试逻辑, 目的是减少测试维护工作量和改善测试覆盖率。测试输入数据和测试结果数据都会被存储在一个或者 多个数据源、数据库中,数据存储格式和数据组织方式依赖于具体实现。测试数据与测试逻辑分离, 当测试数据发生改变时,不会影响测试逻辑。 同一个测试逻辑可以针对不同数据来进行测试,提高了测试逻辑的使用效率和可维护性。
     
      2、模块驱动测试
        模块驱动测试使用独立的小脚本来对应待测试的模块、零件和子功能。这些不同层级的小脚本按照一定规则组合成更大级别的测试,如此就实现了一个特定功能的自动化测试案例。在所有自动化测试架构中,他应该是最容易领会和控制的一种。有这样一种编程策略,他的应用非常广泛,即屏蔽组件的内部实现,仅提供组件的对外抽象接口。如此下层的测试组件发生变动时,对上层自动化测试案例来说是透明的。 模块驱动测试引入了抽象和封装的原则,目的是提升自动化测试的可维护性和可扩展性
     
      3、关键字驱动测试
       关键字驱动测试也被称为“表格驱动测试”或“操作名测试”,他是一种软件自动化测试的方法论。他将自动化测试的创建过程分为两个不同的阶段: 设计阶段和实现阶段
     (1)设计阶段的一个简单例子:
     Object   Action  Data
     Textfield(username) Enter text <username>
     一个更复杂的例子如下
      Object   Action  Data
     Textfield(domain) Enter text <domain>
     Textfield(usrname) Enter text <usrname>
     Textfield(password) Enter text <password>
     Button(Login)  Click  <left click>
     (2)实现键字,类似于“check”或“enter”。测试人员基于这些关键字来编写测试案例。测试案例执行时会有一个驱动程序来读取这些关键字,并执行相应的代码。
    优点:
    A、在一个较长软件维护周期内,显著减少维护工作量,使得:
      测试案例简洁
      测试案列可读性高
      测试案列易于修改
      新的测试案列可以很方便地复用已经存在的关键字
    B、关键字可以跨越多个测试案例进行复用。
    C、不依赖与某种语言或者某个工具。
    D、让员工集中精力在自己所擅长的地方,如
      测试案列的构建需要专业领域知识-而不需要太多编程测试工具知识
      关键字的实现需要丰富的测试工具、编程-而不需要太多的专业领域知识。
    E、可以对自动化测试划分抽象层级
    缺点:
    创建自动化测试需要更长的时间(相比于手工测试和录制-回放技术)

    需要更长的学习、掌握周期。


    4、混合自动化测试
      混合自动化测试是由其他自动化测试框架综合发展起来的。成功的 自动化测试框架通常融合了“关键字驱动测试”和“数据驱动测试”。他们即拥有测试逻辑与测试数据相互分离的优点,又集成了关键字驱动的先进架构。这一架构会使得数据驱动脚本更加简洁,并减少运行时意外失败的可能性。另一方面,该架构可以实现一些纯粹的“关键字驱动测试”难以实现的自动化测试任务。该架构由核心数据驱动引擎、功能函数组件,以及支持库所构成。
     
    5、基于模型测试
      基于模型测试适合于采用“基于模型设计”的软件系统。在这种架构下,会有一个成熟的测试模型来描述测试数据的所有方面,以及测试案例和案例执行环境。通常这一测试模型是全部或者部分从待测试系统功能模型中提取出来的。测试模型描述了待测试系统的抽象行为,因此从测试模型中可以派生出功能测试案例。这些测试案例构成了抽象测试案例集,不过抽象测试案例集不能直接在待测试系统上执行。真正可以执行的测试案例集(可以与待测试系统进行交互),是从抽象测试案例集派生出来的。有些基于模型测试的测试工具,支持从模型(包含足够信息)产生可执行测试案例集,
       从模型派生出案例,可以有很多种方式,因此测试很多时候是依靠经验去尝试,并没有固定的最佳方法。你需要事先收集“测试需求、测试目标,用户用例"因为他们包含待测试系统模型的信息。测试案例集是从模型而非代码派生出来的,因此基于模型测试可以被视为某种黑盒测试。事实上,基于模型测试目前只适合于功能不太负责的软件系统,复杂商业软件系统的基于模型测试,还处于探索阶段。
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