机电一体化的主要特征范文

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一、煤矿电一体化技术的主要特征

煤矿机电一体化技术的特征主要表现为：（1）具有在线监控、自动报警及故障自诊的特征。即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控，出现故障能动报警并准确地指出故障的部位，从而改善操作员的工作条件，提高机器的工作效率，简化设备维护检查工作，降低应用维修费用，缩短停机维修时间，延长设备的应用寿命。（2）具有提高生产效率的特征。例如井下应用的胶带输送机、通风机、提升机等，应用变频起动、PLC控制系统，节电量就为30%左右，同时生产效率也可以大大的提高（3）适用范围大的特征。机电一体化产品具有复合技术和功能，不具有单技术、单功能的局限性，这使得机电一体化产品的功能得到很大提高，也深化了自动化的程度。机电一体化产品具有的自动和智能功能可以轻松应对用户的需求。

二、我国煤矿机电一体化的现状问题

随着现代科学技术的不断发展，各种智能技术的开发与利用，全方位的提高了机电一体化的水准，并且有效地结合了计算机技术的利用。目前我国煤矿机电一体化还存在着很明显的不足，也与西方国家存在明显的差距，但仍然取得了显著进步，这在很多方面都得到了体现：先进采煤机的应用是最明显标志，其不仅大大的提高了产量，还增加了安全性；综合液压支架的应用不仅仅大量减轻了重力的压力，也提高了人身设备的安全；钢丝绳损耗定量检测系统，这一系统就充分利用了计算机的作用，精确的计算了钢丝绳的损耗程度，使安全隐患消失于无形；此外，还有很多其他技术的利用也充分体现了我国煤矿机电一体化的进程，例如：提升机交流电控系统、LC煤矿提升机综合后备保护装置、ZDC30/30煤V用斜巷防跑车挡车装置等等。

虽然我国在机电一体化的进程方面和西方发达国家差不多，但在具体的技术和应用上却还是存在着很大的差距，不仅仅在整体的技术水平和利用范围上存在着明显差距，就算在具体的机械设备上也存在着明显的落后趋势，举例来说：国外现在最流行的一种SL500系列采煤机的各种数据在我国暂时研制不出来，并且在交流变频开采技术等方面也存在着明显的差距，最大的差距是存在于自动化技术方面。

三、机电一体化技术在煤矿生产中的应用分析

1、机电一体化技术在采煤机中的应用分析。电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。与液压牵引相比，其具有以下特征：（1）具有良好牵引特性的特征。可以在采煤机前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。（2）可用于大倾角煤层的特征。牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器，因为它的设计制动力矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍，所以电牵引采煤机可用在40°～50°倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。（3）运行可靠且应用寿命长的特征。电牵引和液压牵引不同，前者除电动机的电刷和整流子有磨损外，其它元件均无磨损，因此工作可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。（4）反应灵敏且动态特性好的特征。电控系统能及时调整各种参数，防止采煤机超载运行。（5）结构简单、效率高的特征。电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，效率可达99%，而液压采煤机的效率只有65%-70%左右。

2、机电一体化技术在带式输送机中的应用分析。煤矿带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特征，已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此，成为近几年来机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置。它是一种专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台CST驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术，我国带式输送机的中间驱动点不能不知过多，一般为3点驱动，这样就限制了输送机的单机长度和运量。

3、机电一体化技术在提升机中的应用分析。矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备，全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一体，机械结构大大简化，充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，大大简化了电器安装，此外，硬件配置简单，互相兼容。

4、矿井安全生产监控系统的应用分析。多数煤矿的监控系统应用还存在一些问题，主要问题是传感器的不足，并且应用过程中，其稳定性相对较差，应用寿命不足，一些研究所和应用单位在这方面进行了大量的研究，对一些关键技术也实施多次再设计改进措施，但仍然没有得到预期的效果，因此这些在实际现场应用率不是很高。在国外，由于计算机网络软硬件技术发展很快，运行速度和质量也在不断提高，传输介质由同轴电缆发展到光缆，信息媒体由字符发展到声像，煤矿的安全监控系统有了很大的发展，他们的机电一体化技术在监控系统上的应用已有了非常高的水平。

四.结语

综上所述，机电一体化技术的应用发展是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。并且随着微电子技术以及计算机技术的不断发展，机电一体化技术在工程机械领域占据的优势，受到了越来越多企业的重视，其在煤矿开采中具有重要的作用，因此必须加强对煤矿机电一体化技术的现状问题及其应用进行了分析。

参考文献：

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①数控机床的问世是机电一体化发展的开始;

②微电子技术为机电一体化带来勃勃生机;

③可编程序控制器的发展为机电一体化提供了坚强基础;

④激光技术、模糊技术、信息技术使机电一体化跃上新台阶。机电一体化技术的发展初期,人们的目的是利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能,那时研制和开发还处于萌芽状态,而且由于当时电子技术水平不高,机械技术与电子技术的结合还不广泛和深入。其后计算机技术、控制技术、通信技术、大规模集成电路的发展,为机电一体化的发展奠定了技术和物质基础。

二、机电一体化的发展趋势

1、个性化。在知识经济时代,求新、求异、追求个性是消费需求的一个特征,而柔性化为产品个性化创造了技术条件。所以,在信息时代,机电一体化产品将呈现个性化趋势。与此相适应,机电一体化产品的生产模式及观念也在发生改变。因此精益生产、敏捷制造、智能制造、虚拟制造等得以相继出现。

2、高性能化。高性能化一般包含高速、高精度、高效率、高可靠性。新一代cnc系统就是以此“四高”为满足生产而诞生的。它采用多cpu结构,以多总线连接,进行高速数据传递;采用精简指令集机,实时多任务操作系统并行处理;设置多重缓冲器,故障诊断、自动检错、纠错、系统自动恢复等技术保证该机电一体化产品具有高性能。

3、智能化。人工智能可使机器具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,虽然机电一体化产品不可能具有与人完全相同的智能,但依赖高性能、高速的微处理器可使其具有低级智能或人的部分智能,从而达到更精确的控制目标。机电一体化的发展和进步体现在其产品的智能上,智能化是机电一体化技术与传统机械自动化技术的主要区别之一。它是在控制理论的基础上,吸收人工智能、心理学、生理学、运筹学、计算机科学等新思想、新方法,模拟人类智能,对诊断过程、人-机接口、自动编程和加工过程等问题进行分析、判断、推理、构思和决策,以取代或延伸制造工程中人的部分脑力劳动,并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承和发展,以求得到更高的控制目标。

4、微型化。微型机电一体化系统是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物,是机电一体化的一个新发展方向,微型机电一体化产品,泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展,其体积小、耗能小、运动灵活,微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,目前已可运用蚀刻技术在实验室制造出亚微米级的机械元件,当将这一成果真正应用到实际产品时,其机械部分和电子元件即可完全集成在一起,组成一种体积很小的自律元件。在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优越性,是近年和将来十大关键技术之一。

5、绿色化。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。工业的发展,使得资源减少,生态环境受到严重污染。因此绿色化成了时代的趋势,产品的绿色化成了适应未来发展的一大特色。

6、系统化。系统化要求系统体系结构采用开放式和模式化的总线结构,系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。其中,仿生物系统化就是根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,引导机电一体化产品向着生物系统化方向发展。

7、网络化。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球,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,现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已形成优势,利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统,能使人们待在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,其产品无疑将朝着网络化方向发展。

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中图分类号：TU85 文献标识码：A

引言

在现代化的科学技术的发展过程中，最大程度的推进各个学科之间的交叉和渗透，致使工程领域中技术革命和改造。在机械工程这个领域中，微电子技术与计算机技术不断的向前发展，以及其机械工业中逐渐渗透出来的“机电一体化”，将机械工业的产品机构、技术结构、构成和功能、生产加工方式，以及这一列流程的答理体系都在发生着巨大的变化，是机械工业从传统的机械电气化迈向机电一体化为主要特征的新台阶。

一、机电技术概述

(一)机电技术发展历程

自从经济数控机床走进我们的视线开始，就证明了机电技术的历史开始书写；电子技术注入机电技术新的发展活力和空间；PLC等机械技术的快速发展，其为机电技术的成热提供了坚实的基础；模糊技术、激光技术和智能化的而技术等高新技术促使机电技术跨上新的台阶。

(二)机电技术发展的主要特征

机电技术其实是一门新兴的发展中的边缘学科，其代表机械工业的技术革命的发展方向。自从进入1960年以来，大量刚刚形成的高新技术群体逐渐的走向经济、军事与社会生活中的各个领域，并且深入的渗透，以大规模的的形式向现实的生产化变革。对于高新技术产业转移，其有效的推动了机械生产革命的发展，同时也促进了人类的进步。在机械工程方面，微电子技术与计算机技术应用发展，以及二者向机械工业中渗透而逐渐形成的机电技术，促使机械工业技术结构、功能与构成、产品机构、生产方式和答理发生变化，使工业化的生产从机械电器跨入到机电技术为主要特征的阶段。机电发展到现在，仍然是自身体系所形成的新型学科，但是伴随现代化的科学技术的发展，被注入了新的内容。其最基木的特征我们可以概括为：综合运用微电子技术、机械技术、计算机技术、自动控制技术、信息技术、电力电子技术、传感测控技术、信息变换技术接口技术和软件的编程技术等群体性的技术。依据机电系统的功能目标与优化的组合型的目标，对各个功能单元的合理配置和布局，会在功能上体现数量多、质量高、可靠性高以及低消耗的价值意义，并且导致整个工程技术的系统的优化。

二、机电技术未来发展

(一)光机电技术的发展应用

光学技术的引用，对于光学技术先人的优势的发展实现来说，可以有效的改进机电技术中传感系统、动力系统(能源系统)与信息的处理系统，光电技术的推广对于机电产品是一个重要的发展趋势。

(二)柔性化的自律的分配系统化

在机电技术产品的未来前景里，执行和有效的控制系统是有充足的冗余度，并且有很强的柔性，对于处理突发事件，其能进行较好的解决设计，所以，被设计成为自律分配系统。在自律分配系统的运作环节中，各个相关子系统是完全可以独立工作的，子系统之间又是为同一个总系统进行服务的，并且有自身独立的自律性，可以依据周围环境的改变而作出相应的对策反应。

(三)智能化的全息系统化

在机电技术产品的发展全息性的特点表现的越来越明显，智能化水平也在逐渐的提高。这种趋势的发生主要归功于模糊技术和信息技术的快速发展，其别重要的是信息技术中的软件和芯片技术。不但如此，机电技术系统中的层次化结构也有原有的简单模式转变为复杂的、比较多的冗余度双向联系。智能化的发展对于二十一世纪机电技术发展来说是一个方向性的改变。

(四)仿生物系统化的生物软件化

在日后机电技术的装置对于信息依赖性会逐渐增强，并且在结构上也是处于静态时的，但是又有其不稳定性，相反的是其动态工作环境中却属于相对稳定的。这种现象类似于活生物，机电技术的相关产品走向涵盖生物系统化，但是想走好这条道路还需要一段漫长的时间。

(五)微型化的微型机电化

在半导体的器件制造的利用过程当中的蚀刻技术的应用，已经成功的在实验室中制造出来了亚微米级机械元件。在实际产品中体现这一技术，就可以将机械部分与控制器进行区分了。这时候机械与电子就可以相互融合，传感器、机体、CPU、执行机构等集成为一个整体，体积也会有所减小，并且组成了一种自律元件，这种微型的机械学也是机电技术的发展新方向。

(六)系统化

机电技术的系统化主要体现在系统体系的结构采用开放式与模式化为主的总线结构，机电技术系统的组态可以灵活的掌握。

(七)机电一体化技术的可能性分析

计算机的出现首先为进行人机对话提供厂可能性，人工智能的进展又使机器能对人的各种要求和干顶做出反应并加以适应。机电一体化系统的诞生则使机器与人友好从理想逐渐成为现实。众所周知，机电一体化系统追求机器与电子技术、计算机技术等的有机融合。由于有计算机，它能与人进行各种层次的对话。它具有不同程度的智能，有必要的传感器和灵活的执行机构，因此机电一体化系统有可能适应人的要求，做到与人友好。

三、机电技术发展性策略

可以根据实际的需要进行剪裁与任意组合，与此同时实现多个子系统之间的协调控制与综合性的答理。第二个表现就是通信功能增强，不但使用了R S737，还包括其他通信功能，例如：R S485和DCS人格化。在未来几点技术的发展道路上，将更加注重对机电产品和人之间的人性化的关系，机电技术人格化具有两方面的含义：第一，机电技术产品的推广销售方向面向的对象就是人，在机电技术产品人性化中的职能、人性和情感方面也得到高度的重视，特别是家用的机器人，其智能化的、高层境界就是机电技术的人机一体化；第二，模仿生物的机理而进行的各种类型的机电一体化的研究和制造。但是事实却是大多数的机电技术产品是根据生物的生理活动的启发，根据思路的延伸而研发制造出来的。

所以，机电技术中的技术与产品这两个方面。仅仅是机电技术在上文所提及的群体性的技术有机的融合在一起的一种综合性的技术，而不单单是机械技术，微电子技术和其他的相关技术之间的简单组合或者是拼凑，这就是机电技术和机械加上电气所形成的组合机械电气化之间的在概念上的根木区别。

四、机电产品发展性策略

第一，加强机电技术统筹的安排，进行协调性的发展计划；第二，强化机电行业的行政答理，发挥协调的作用力；第三，对发展环境和支持力度的增大等进行的优化措施；第四，重点发展对象的突出培养，兼顾两个层次：第一个层次，表面上的工作，也就是电子信息技术针对传统的产业所进行的改造工作，这是在传统机电设备基础上植入或者是嫁接微电子(即计算机)装置，促使电子技术与机械在浅层次上相结合。第二个层次，工作方面的提高，也就是在机电技术产品的初始设计阶段，就将电子技术和机械二者相结合考虑，所生产出来的新产品就是

真正意义上的机电技术。

结语

对机电技术了解到机电一体化不是孤立存在和发展的，而是伴随着很多学科技术的研究结晶，这是社会生产力在一定的历史阶段下的必然要求的体现。机电一体化不但包含着科学技术，还融合着技术交叉和渗透，是机电技术得到光明的发展前景。

参考文献：

[1]曹强. 论机电技术发展[J]. 科技与企业,2013,17:304.

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关键词：嵌入式;光机电一体化;工业控制;分布控制

1 前言

机电一体化是计算机技术、微电子技术、光电技术和机械工业技术融合成的一种新兴的综合技术，光机电一体化技术不仅极大推动了社会、经济的发展，还改变了人们对工业控制技术的传统观念。现代化的光机电一体化技术正在朝着微型化、网络化、智能化方向发展，因此，在光机电一体化设备中引入嵌入式技术正迎合了这种需求。将嵌入式控制技术引入光机电一体化设备中，将更能促进光机电一体化技术的快速发展，这是满足机械对象网络化、智能化和复杂化控制要求的需求，机器人技术、办公自动化、智能玩具和数控机床都是嵌入式光机电一体化技术的代表。本文主要对嵌入式控制技术在光机电一体化设备中的应用进行了探讨和研究。

2 传统光机电一体化技术融入嵌入式技术的必要性

传统的光机电一体化技术主要以机械工业技术和电子技术的结合为主要特征，随着经济的发展和人们对自动化控制技术要求的提高，这种技术已经无法适应现代工业对设备可靠性和性能的要求：

（1）设备结构的复杂和控制精密性逐渐提高。计算机技术、网络技术的发展以及产品性能要求的提高，光机电一体化设备的输入输出通道快速增加，使得设备结构更加复杂，进而带来很多不可测的干扰因素，因此要求控制系统进一步提高其抗干扰能力。另外，传统机电一体化设备的实时性要求较高，在一定程度上降低了产品的精密型，而现代机电设备则要求时间和空间上控制系统都能做到精确、快速的控制。这些方面只有依靠嵌入式技术才能找到很好的解决方案;（2）机电一体化设备对网络化的需求不断上升。现代化的控制设备要求控制系统具有网络化特点，即能够通过远程控制、状态报告等对控制系统进行远程监控，这样能够显著提高系统控制的实时性、安全性、智能性和便利性要求，而这一需求是无法通过传统的机电一体化系统实现的;（3）市场的竞争要求降低产品的开发周期，因此对光机电一体化设备提出了新要求。传统的光机电一体化系统中，产品的设计开发周期能够满足当时社会的需求，但是，随着经济的发展和技术的进步，现代化市场的竞争需求要求光机电一体化系统不断改进产品设计和研发方式，以适应现代化产品的要求。另外，机械系统的寿命要比软、硬件系统长，而后期维护工作都是由软件升级完成的。这就需要系统在设计初期就对系统的软件可维护性和可移植性进行考虑。

为了解决上述问题，人们将嵌入式技术融入到机电一体化技术中。具体来说，就是将嵌入式数据的设计和开发理念、相关技术和基础理论融入到机电一体化系统的设计和开发过程中，建立一个以微处理器为核心的具有高可靠性、高性能的嵌入式控制系统，这样不仅满足了被控对象的复杂性控制要求，还具有网络化、智能化的控制特点。

3 嵌入式控制技术在光机电一体化设备中的应用

和其它领域相比，机电一体化设备是嵌入式技术应用最广泛、最典型的领域，在未来的光机电一体化设备发展中具有巨大的发展前景和应用市场。

3.1 工业化机器人技术

工业化机器人的发展从一开始就和嵌入式技术密不可分。机器人技术其实是上世纪50年代提出来的一种数控技术。由于当时的控制方法比较落后，没有达到要求的芯片水平，只是一种简单的逻辑电路系统。之后很长一段时间内，由于智能控制理论和处理器技术的限制，机器人技术没有得到足够的发展。从上世纪70年代开始，智能理论的发展促进了机器人技术的研究。而最近几年来嵌入式技术的高度发展，使得以光机电一体化设备为基础的机器人技术得到前所未有的发展趋势。其中，火星探测车就是一个非常典型的例子。火星探测车价值近10亿美元，是一种高新技术密集型的先进机器人系统，能够不依靠地球的控制进行自主工作。这种机器人由于加入了嵌入式系统，可靠性较高，对完成地面的工作要求起到了非常重要的作用。

3.2 工业控制设备技术

工业控制设备是嵌入式技术应用最为广泛的一类。现在的工业控制设备中，工控机的应用最为广泛，这些工控机通常使用工业级处理器和处理设备，工控要求较高，除了需要对设备进行实时控制以外，还要将设备的状态信息显示到显示器上，这些都对工控机的硬件和软件提出了更高的要求。传统的PCI04总线系统稳定性较强，体积小，因此得到了广泛的推广，但是由于这些系统大多使用Windows系统，因此不属于纯粹的嵌入式系统。另外，工控机和设备控制器是嵌入式处理器应用最为广泛的领域，这些控制处理器占据控制器的核心位置，为控制器提供了丰富的总线接口，因而能够实现数据收集、数据处理、数据通信和数据显示的功能。

3.3 分布式控制技术

分布式控制技术是嵌入式系统应用最早，范围最为广泛的领域之一。目前，世界上已经有数十家公司涉及到分布式控制领域。在工业领域普遍使用分布式控制技术的主要原因包括如下几个方面：

（1）被控对象的种类较多，数量较大，且分布范围较广，因此需要分布式的控制技术;（2）除了生产过程控制外，还希望在管理方面实现控制的自动化。

由于嵌入式系统的小型化、专用化和嵌入式特点，使其非常适合分布式系统的应用，随着近年来分布式系统的发展，嵌入式技术在光机电一体化设备中的应用也越来越广。

4 结论

本文首先对嵌入式技术在光机电一体化技术中的相关应用和理论知识进行了分析，并对嵌入式技术在光机电一体化技术中的应用现状进行了介绍。可以预见，嵌入式技术与光机电一体化技术的融合是未来工业自动化控制领域的发展方向，因此，需要加强嵌入式技术与光机电技术的研究，为光机电一体化系统的发展和完善奠定良好的理论基础和实践基础。

参考文献：