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机电一体化技术

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前言

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。 是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。可编程控制器 PLC 是一种具 有很强的抗干扰能力、高的可靠性、高的性能价格比且编程简单的控制设备。基于它的突 出优点,它广泛地应用到工业控制领域及其他诸多领域中。因此,培养掌握机电技术、掌 握 PLC 技术在技工学校教育中相当重要。 在综合应用这些技术时,要根据系统的功能目标和优化组合结构的目标,合理配置布 局驱动机构、控制机构、传感检测机构、执行机构等,并使它们在微处理单元的控制下协 调有序地工作,在机地融合在一起,达到物理一能量的有序运动,因此,机电一体化技术 在高性能、高质量、高可靠性、低能耗上实现特定功能价值的系统工程。 机电一体化的主要技术特征有以下几点: (1)机械技术、电子技术和信息技术的彼此功能交互,大多以机械系统的高级微机控 制的形式出现。 (2)在一个具体的物理单元中,在不同子系统空间上的集成。 (3)机电一体化系统的控制功能智能化。越来越先进的控制功能取代了许多操作人员 的推理和判断。 (4)柔性化使得机电一体化产品能够灵活地满足各种要求,适应各种环境。 (5)采用微处理器控制的系统,易于增加或改变功能,无需增加硬件成本。 (6)控制功能采用电子技术、微电子技术、微机控制技术来实现,因此,对用户来说 , 机电一体化系统的内部运行机制是隐蔽的。 (7)在机电一体化技术中,设计思想方法与制造技术紧密联系在一起,它们是并行发 展的。 基于上述机电一体化特点,由我校自主设计、制造了模块化生产加工系统(MPS)。 该模块化自动生产线(MPS)在教学过程中具有以下特点: (1)MPS 系统是专为训练工业现场的自动化生产制造技术而设计的。 (2)通过本系统的训练,学生将理论与实际相结合,可以掌握自动化生产系统的设计、 制造、运行、维护维修等技能。 (3)本系统采用敞开式安装、模块化形式,各模块便于教学、易于搭建、拆卸和维护。 (4)通过本系统的学习,学生可以获得气动、电气动、工程控制、传感器和电子方面 的知识。 通过实训,使学生所学到的专业知识得到了充分的综合应用的同时,学生的学习能力、 独立思考能力、组织能力等综合能力及创新精神和团队合作精神得到了全面的锻炼和提高。 该模块化生产加工系统 (MPS) 适用于 《可编程控制器 PLC 及 应用 》 传 感 器 及 应 用 》、 、 《 《自动机与自动线》 《 气 动 控 制 技 术 》《自 动 控 制 技 术 》《机 械 基 础 》《电 气 设 备 维 修 》 、 、 、 、 《接口技术》等多种课程的理论、实验、实习教学需要。 系统能自动完成自动供料、取料、装配的功能。其外形如图 0.1 所示,结构如图 0.2 所示。其功能是自动供料单元 1、2 中自动送出凹型和凸型工件,然后通过机械手单元和转 运机械手单元将其在送出工作站进行组装,并通过送出工作站把工件送出到料槽完成工作, 或把组装完成的工件送到与该系统配套使用的传送带分拣工作站中继续工作过程。

图 0.1

模块化自动生产加工系统(MPS)外形图

图 0.2 模块化加工生产系统(MPS)结构图 该系统在市场同类产品主要有费斯托(FESTO)公司出品模块化生产加工系统。由于我校已购买费斯托(FESTO)系统,该系统在教学过程中有以下无可比拟的优点: (1)制作工艺精良 (2)演示功能完善 (3)系统设计美观 但应用到实验、实习教学有明显的缺点: (1)功能单一。由于系统是标准的模块化设计,用户只能按原设计进行安装、调试、 运行,不能修改、运行新的模式,对教学有所限制。 (2)系统价格过高。能满足一般教学大纲需要的组合——五个工作站大约需 40 万 , 必然应用影响设备的使用率和普及率。 (3)与课本内容没有直接的联系。可编程控制器 PLC 程序在课本上没有相应的程序和 说明。 (4)使用成本高昂。系统大部分零、部件损坏后只能由原厂提供、更换,购买过程必 然导致教学的停顿,而且购买价格高昂,如一个模/数转换装置要价 6000 元。所以很多学校 购买后只用于生产加工过程演示及理论教学的示教作用,如进行实验、实习教学就要求任 教教师必须有较高教学的能力。 (5)不便于观察电、气控制过程。工作区与控制区分别安装在系统的上部和下部,这 样 PLC 的控制过程、运动部件的运行过程及调试过程就不能直观显示 。 模块化自动生产线(MPS)系统与同类产品比较具有以下优点: (1)方便实现各种控制功能。由于所有零、部件均采用浮动式设计,经过调整就可实 现不同工件的组装、单机械手搬运、双机械手转运等多种工序,通过安装不同品牌、型号 的 PLC 设计不同的 PLC 程序控制,以及各种传感器均可在设备上应用其中,为学生提供了 无限的想像力。 (2)成本低廉。本系统从采购到加工,只需 1 万元,而市场上购买同时具有二个功能 的设备需 13 万元。便于推广,作为日常教学设备。 (3)与教学内容相适应。机械手控制是所有 PLC 课本的范例,在教学中与课本配合使 用,进行直观教学。 (4)使用成本低。由于自主设计、采购、加工、装配。所有的零、部件均为标准化工 业元件,损坏率低。而且在市场购买容易,价格低廉,任何教师均可使用。 (5)便于观察。电、气的控制部分。均安装在面板上,过程由指示灯、电脑显示屏直 观地显示便于观察运行过程及调试过程。 模块化生产加工系统(MPS)教学设备体现了机电一体化技术的实际应用,MPS 是一 套开放式的设备,用户可根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型,而每个单元由 可编程控制器 PLC 控制。 利用该系统, 可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程, 使学习者在一个非常接近于实际的教学设备环境,使学习者在学习过程中很自然地就将理 论应用到了实际中,实现了理论与实践的完美结合,从而缩短了理论教学与实际应用之间 的距离。

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