淺析機電一體化中的電機控制與保護(hù)

概述：典型的機電一體化設(shè)備的機械部件、PLC模塊、變頻器模塊、按鈕模塊、電源模塊、模擬生產(chǎn)設(shè)備實訓(xùn)模塊、接線端子排和各種傳感器、計算機等組成。整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式，實訓(xùn)設(shè)備用于機械部件組裝，可根據(jù)現(xiàn)有的機械部件組裝生產(chǎn)設(shè)備，也可添加機械部件組裝其他生產(chǎn)設(shè)備，使整個裝置能夠靈活的按教學(xué)或競賽要求組裝具有生產(chǎn)功能的機電一體化設(shè)備。模塊采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和抽屜式模塊放置架，互換性強；按具有生產(chǎn)性功能和整合學(xué)習(xí)功能的原則確定模塊內(nèi)容，使教學(xué)或競賽時可方便的選擇需要的模塊。同時還要求具有可拓展功能，可以組成更加大型的生產(chǎn)模擬系統(tǒng)，以配合各個用戶學(xué)校不同層次，不同專業(yè)的教學(xué)及培訓(xùn)要求。
隨著我國電子技術(shù)與微電子技術(shù)的快速發(fā)展，機電一體化技術(shù)也有很大的進(jìn)步，在現(xiàn)代機電控制中有更多的應(yīng)用，為機電一體化的發(fā)展帶來很大的促進(jìn)作用。作為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中重要的部分之一，機電一體化技術(shù)為我國機械工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更多的機遇。首先介紹了機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，接著闡述機電一體化中電動機構(gòu)的組成及工作原理，然后探討機電一體化中電機閥位及速度控制與機電一體化中電機的運行維護(hù)。

1、機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀：
    1.1機電一體化的發(fā)展歷程
    機電一體化技術(shù)的發(fā)展有三個階段，即發(fā)展初級階段、蓬勃發(fā)展階段和智能化發(fā)展階段。最初早在20實際60年代人們開始利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。而由于軍事和工業(yè)發(fā)展的需求，當(dāng)時的人們對于這方面開始重視，由于當(dāng)時電子技術(shù)水平發(fā)展不夠，技術(shù)結(jié)合與運用還沒有得到深入發(fā)展。為機電一體化技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了更好的條件。從數(shù)控機床的問世到微電子技術(shù)的全新發(fā)展，進(jìn)而可編程序控制器、電力電子等的發(fā)展為機電一體化提供了堅強基礎(chǔ)，最后激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使機電一體化躍上新臺階。
    1.2機電一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    近些年來，機電一體化技術(shù)有了更全面的進(jìn)步，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予自動顯示記錄、自動處理信息、自動檢測、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護(hù)等許多新的功能。目前一些電動的實際運行中依然存在著一定的問題，比如執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)多、定位精度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差等問題，因而對于這種情況，采用機電一體化技術(shù)，將伺服電機、閥門、控制器合為一體，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過內(nèi)置變頻器，實現(xiàn)閥門的高效控制。
2、機電一體化中電動機構(gòu)的組成及工作原理：
    2.1電機執(zhí)行機構(gòu)的組成
    目前較常用的主要是交流電動機，它可分為三相異步電動機、單相交流電動機兩，前一種比較多的用在工業(yè)上，而后一種通常用在民用電器上。從電機的結(jié)構(gòu)上看，主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動部分，控制部分主要由三相PWM波發(fā)生器、單片機、智能逆變模塊、整流模塊、A/D、故障檢測、輸入輸出通道等組成；執(zhí)行驅(qū)動部分主要包括三相伺報電機和位置傳感器[1]。
    2.2電機的工作原理
    電機執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)通過電流與電壓傳感器和位置傳感器的檢測，得出逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號，然后由A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機。單片機通過控制PWM波發(fā)生器的作用，最后實現(xiàn)電機的運行控制。逆變模塊工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對380V電源進(jìn)行全橋整流得到。對于電動機運行原理的分析，這里主要針對工業(yè)中應(yīng)用的三相異步電動機的原理進(jìn)行探討。電動機轉(zhuǎn)動的基本工作原理是三相對稱繞組中通人三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢和電流，轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)距，驅(qū)使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
3、機電一體化中電機閥位及速度控制與運行維護(hù)：
    3.1電機閥位及速度控制
    實現(xiàn)電機執(zhí)行機構(gòu)的閥位和速度的控制需要解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題主要有五個方面，分別是閥門柔性開關(guān)的控制、閥位的極限位置的判斷、電機保護(hù)的實現(xiàn)、準(zhǔn)確定位與模擬信號的隔離。對于機電一體化中電機閥門位和速度的控制，微處理器根據(jù)測得的變頻器輸出電壓和電流，通過計算得出輸出力矩，如果輸出力矩達(dá)到或大于設(shè)定的力矩，那么就會自動降低運行速度。在傳統(tǒng)電機的執(zhí)行機構(gòu)中，閥位的極限位置的檢測是通過機械式限位開關(guān)獲得的。電動執(zhí)行機構(gòu)極限位置通過檢測位置信號的增量獲得，單片機將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，就會自動電機的供電電源。
    電機的運行控制與加速度的大小、時間長短、當(dāng)前位置、速度控制給定位置以及運行速度有關(guān)。在機電一體化中電機采用的是雙環(huán)控制方案，外環(huán)為位置環(huán)，內(nèi)環(huán)為速度環(huán)。外環(huán)是通過當(dāng)前位置速度的設(shè)定將速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán)提供速度的設(shè)定值。內(nèi)環(huán)是將當(dāng)前速度與速度給定與發(fā)生器的設(shè)定速度進(jìn)行比較，依靠速度調(diào)節(jié)器改變PWM波發(fā)生器載波頻率，以實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
    3.2機電一體化中電機的運行維護(hù)
    機械工業(yè)的飛速發(fā)展對電機運行維護(hù)不斷提出新的要求，而現(xiàn)代科技技術(shù)的飛速發(fā)展又為電機的保護(hù)水平的提高提供了新的空間。然而再先進(jìn)的技術(shù)都需要依靠人為的操控，因而對于電機的運行維護(hù)是確保電機的機電一體化技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)的重要前提。在這里把電機的維護(hù)分為三個方面，一個是電機運行前的準(zhǔn)備，一個是電機運行中的監(jiān)管，還一個是電機的日常保養(yǎng)。
    在電動機啟動前需要檢查電源是否有電，觀察啟動器是否正常、熔絲規(guī)格大小是否合適，檢查傳動電動機轉(zhuǎn)子和負(fù)載機械的轉(zhuǎn)軸、電動機及啟動電器外殼是否接地、負(fù)載機械是否妥善地作好了啟動準(zhǔn)備。接通電源后，啟動時應(yīng)注意觀察電動機、傳動裝置、負(fù)載機械的工作情況，如果發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即切斷電源。對于電動機運行中的監(jiān)視，要時刻注意電動機的電壓與電流，關(guān)注電動機的振動、響聲和氣味，注意傳動裝置的檢查，以便及早發(fā)現(xiàn)問題，減少或避免故障的發(fā)生。而對于電動機保護(hù)除了運行過程中注意監(jiān)視和維護(hù)外還應(yīng)進(jìn)行定期檢查和保養(yǎng)。
4、結(jié)語：
總而言之，隨著我國科技水平的快速發(fā)展，機電一體化技術(shù)的會得到不斷的提高，而電動機作為扮演我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中的重要角色，上海茂育公司生產(chǎn)的光機電一體化實訓(xùn)設(shè)備，符合各院校的教學(xué)實訓(xùn)實驗需求，為走上社會的技術(shù)人員起著非常關(guān)鍵的作用。要從電動機的技術(shù)發(fā)展和運行維護(hù)上進(jìn)行探討分析，以從根本上解決目前機電一體化中電機的高效問題，同時也為將后的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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