机电一体化控制策略

机电一体化控制策略（精选6篇）

篇1：机电一体化控制策略

机电一体化技术专业创新教育策略论文

摘要：:根据五年一贯制高职的学生特点和机电一体化技术专业的专业特色，将创新教育有机融入专业基础课程的教学和专业技能的训练中，突出学生主体地位，发挥教师主导作用，通过实施创新教育活动培养学生的创新意识、创新思维、创新能力，提升他们的综合职业素养，从而达到以创新实践活动促进高职机电一体化技术专业学生创新能力培养的课堂教学效果。

关键词：:职业院校;机电一体化技术专业;创新教育;实施策略

职业院校的创新教育不仅是必要的，而且是大有作为的。但目前创新教育的研究的重点多在相关理论和政策指导方面，微观层面的研究如具体到与学生专业相结合的内容还有待深入。其次，虽然各研究者在创新教育的内涵、路径、问题等方面已取得一些共识，但对创新教育实践过程中的一些具体技术的研究仍不够深入，包括专业教学方案、评价模式、师资队伍等等。

一、职业院校实施创新教育的现实意义

南京师范大学博士生导师吴康宁教授认为，创新教育的根本目的不在于培养所谓的创新人才，而在于促进学生积极主动的发展;创新教育不能只是少数学生专享的发展机会，而应当成为所有学生的成长机遇;创新教育的根本途径在于向学生提供自由、平等、生动而丰富的学习与活动环境;保护创新天性，激发创新欲望，调动创新的潜能，这些原本就是教育的题中应有之义，创新教育并不是在教育之外另行添加的一个新品质，创新教育应当就蕴含于教育之中。准确地说，整个教育实际上都应当萌动着创新的欲望，都应当充满创新的活力。中国制造目前的根本问题是自主创新能力还显得薄弱，与发达国家的主要的竞争差距是创新资源协同运作不畅，技术创新链条存在不同程度的脱节问题。提高职业院校学生的创新意识和实践能力是社会发展的客观要求;素质教育的现实需要;弘扬创新本性的需要。职业教育要主动适应经济新常态，融入国家创新体系，全面提高劳动者素质，广泛培育和吸引积聚创新人才，教会学生学会学习、学好技能、创新思维，提高学生的综合应用能力。五年制高职的学生年龄一般都在十六岁左右入学，在校5年，20岁左右毕业，他们的生理心理各方面处于不断发展变化之中，身心各方面具有极大的可塑性和发展潜能。职业院校机电一体化技术专业的学生将来工作在制造一线，而一线工人的创新意识的增强直接影响着制造业创新能力的发展。

二、创新教育融入专业教学的实施策略

(一)构建机电一体化技术专业创新课程体系

通过对50多家企业现场调研，确定机电专业学生的基本工作岗位。通过分析和整和，确定培养目标。目前我们培养的学生的主要就业岗位是:机电设备(数控机床)制造、使用及销售企业，主要就业部门是:安装维护部门、生产制造部门、开发设计部门和销售及售后服务部门。因此，本专业的总培养目标是:培养德、智、体、美全面发展，掌握本专业必备的基础理论和专业知识，从事机电一体化设备的运行、安装、调试、检测和维护等相关岗位技术工作的高等技术应用性人才。具备良好的心理素质与健康体魄，有科学的创新精神是培养学生应该具备的社会能力目标。根据国家创新驱动战略，在制定机电一体化技术专业人才培养方案、专业课程标准、新课改教材的过程中，从不同的职业技能模块角度融入创新教育内容，从知识创新与实践能力的关键出发，构建新型的人才培养体系，让学生自觉地参与到创新与实践教学中来。将发明问题解决理论(TRIZ)、专利知识、机械创新设计作为五年制机电一体化技术专业的必修理论课程，将创新教育融入到专业技能训练中，以相关学科为依托，以创新实践基地建设和文化建设为保障、以培养学生创新意识和实践动手能力为目标，充分发挥学生的自主创造能力。

(二)探索机电一体化技术专业的创新教育模式

创新教育依附于专业技能教育，又区别于技能教育。简单地说，技能教育培养的绝大多数是“动手型人才”，而创新教育培养的则是“先动脑后动手的人才”，这就要求创新教育应当形成全新的自成体系的教育模式。(1)激发学生创新的兴趣。创新教育必须开启学生思维，激发学生兴趣，从思想到行动自觉参与到创新实践中来。学校通过邀请专家开设讲座，让学生了解到创新实践的意义，了解到我国创新教育的国际地位，认清创新教育与机电一体化技术专业专业建设的关联度。唤醒他们创新实践的热情;利用成才典型现身说法，让大家认识到职教学生必须提升自身创新能力，相信自己也能够创新，激励更多的同学参与到发明创造中来。并且通过广播、板报、主题班会及主流媒体等形式，大力宣传学校优秀创新典型;带领学生深入校内外实训基地，深入科技创新前沿。引导学生学会观察思考，提高学习专业知识、进行技术创新的紧迫感和使命感。鼓励学生在企业实习期间学会发现问题，分析解决方案，提出改进措施，通过创新团队共同研发创新成果及时服务于企业。让学生感悟的成功的喜悦。(2)指导学生创新的路径。机电一体化技术专业是集机械技术、电气技术、信息技术等为一体的综合技术专业，课程内容更新升级较快，技术含量较高，改革创新的范围较广，要学生适应技术转型升级就得教会学生打好专业基础，学会科技改革与创新，懂得创新实践的路径，一是寻找创新的点子，能从生产实践特别是专业实训中找到创意的点子，是创新实践的关键，二是通过自己查新，了解创意的科学性、先进性、可行性进行分析，三是在指导老师和团队成员的共同合作努力下，完成创新作品的制作，四是最创新作品进行实践应用，主要是科学性、适用性验证，同时对在验证的过程中出现的问题后期整改，直到完善为止，五是自己申请专利，对完成的创新作品写好应用说明书，专利申报书等。(3)搭建学生创新的平台。主要是课程平台，全程全员开始创新教育课程，让所有学生都能学会用创新的理念去思考、去研究、去实践，其次是社团平台，对那些创新基础能力强，兴趣浓厚的学生组建校级学生创新社团，社团设有培训部、设计部、制作部、展示部文四个部门，负责人全部由学生担任，机电一体化技术专业的一些学生也可以参加系部更专业的创新兴趣小组，社团和兴趣小组都配备有专业指导教师，除平时学生的自发活动外，每周完成一个创意，每月写好一份调研报告，每学期一个团队完成不少于一件作品。再次是比赛平台，学校对学生作品进行评价，由指导老师对创意较好的作品，组织参加市级、省级、国家级创新作品大赛，通过比赛获奖和获奖后的宣传营造学校创新教育的范围。

三、实施创新教育的保障措施

要提高创新教育效果，制度是保障、师资是关键、经费是基础，学校要将创新型技能人才培养列入提升教育教学质量的重点工程，从人力、物力、财力等方面给予全方位支持。

(一)机制体制保障

学校要成立由一把手校长负责的创新教育组织机构，如下图所示。下设具体的.处室分管(有条件的学校实行系部二级管理)，具体负责专任教师的培养培训、外聘教师聘请指导，同时设立专门的创新工作室，具体选拔组建各类创新社团，加强各创新部门的管理与指导，学校要有一套相对完善的《学校创新工作室管理办法》，对管理、考核、奖励制度化。

(二)师资队伍保障

创新指导教师的队伍建设是创新教育成败的关键，著名教授叶澜曾经尖锐地指出:“今日教学改革所要改变的不只是传统的教学理论，还要改变教师的教学观念，改变他们每天都在进行着的、习以为常的教学行为。”可见教师在教学改革中的地位是何等重要。创新教师的队伍建设主要来自两个方面，一是学校专任教师，机电一体化技术专业大都是专任的专业教师，他们的专业基础好，实践动手能力强，技术改造上手快，特别是一体化作品较多，学校要从专任专业教师中挑选一些工作责任心强，对创新指导感兴趣的专业教师组建团队，加大培训力度，接受创新实践的专业培训，熟悉创新实践路径、方法、评价等内容，加强校企合作将专任专业教师送企业技改部门接受企业技术改进方面的培训。二是学校聘请的企业兼职教师，学校高薪聘请企业的能工巧匠，技术改造的能手，他们有丰富的创新实践经验，既可以指导和培训学时也可以指导和培训学校创新教育的指导老师。专兼结合构建了学校创新教育的指导教师团队，协调完成专业的人才培养方案制定、课程标准的制定、教材编写、教学资源的建设，共同完成创新型人才评价与培养的重任。

(三)专项经费保障

创新教育需要一定的经费投入，机电一体化技术专业的创新教育专项经费支出高于其他专业，从硬件建设到软件建设都需要资金，硬件建设包括创新实训场地(创新工作室)的建设，科技创新产品制作设备(工量刃具及小型机床等)的购买，创新作品的材料消耗等等，软件建设包括师资各级各类培养培训，外聘教师(包括外请专家)的专项指导津贴，创新社团学生培训支出，社会调研支出，各类大赛专利申请、作品获奖奖励支出等等，学校需将创新教育方面的投入列入年度预算，专款专用，本专业可以接受联办企业的专项支助，确保科技创新实践落到实处。总之，提升学校综合实力，提升学生综合能力，创新教育的成效是标尺之一，职业院校对机电一体化技术专业的创新教育必须解放思想、大胆实践，进一步提升理论研究水平和实践操作能力，努力把学生培养成社会需要、企业欢迎、家长满意的知识型、技能型、创新型适用人才。

参考文献:

[1]朱仁盛.江苏五年制高职机电一体化技术专业“工学六融合”人才培养模式的创新[J].教育与职业，(4).

[2]郑在柏，程又鹏.江苏五年制高职社会功能定位与人才培养特色研究[J].江苏教育研究，(3).

[3]朱军.现代学徒制视野下工学六融合人才培养模式实践研究[J].职教通讯，(32).

[4]肖蕾.具有创新能力的职教师资人才培养实践教学体系的构建[J].职教论坛，(12).

[5]顾坤华.江苏模式五年制高职教育的改革创新[J].教育与职业，(2).

篇2：机电一体化控制策略

摘要：随着我国综合国力的增强与国际地位的提升，我国对教育事业的发展愈发重视。中职教育作为我国教育事业的重要组成部分，对培养学生的操作技能，促进学生全面发展有重要作用。近几年来，中职教育教学成了社会各界共同关注的焦点与中心。但从以往的教学实践看，中职教育教学在实施一体化教学过程中，理论教学与实践操作之间存在严重脱节，这一阶段培养出来的学生往往很难适应社会发展的要求与需要。一体化教学作为一种新型中职机电专业教育教学模式，对许多专业的教学具有显著提升作用。但在具体实施过程中，教师会在各个环节出现不同问题与难题，本文针对这一情况提出关于实施一体化教学策略的意见与见解。

关键词：中职教学机电专业一体化教学教学策略

知识化与信息化高速发展的社会，科学技术发展日新月异，知识经济方兴未艾。培养人才已成了这一时代的代名词与国际竞争的保障与基础。这一时代特征对我国教育教学改革提出了新的挑战与要求。谁掌握了教育事业的发展命脉，谁就掌握了在国际竞争中的主导地位。在知识经济的发展中，科技是核心，人才是关键，教育是基础。中职教育是教育同经济之间重要的结合点，这就对我国职业技术教育提出了前所有未的挑战与人才标准。自改革开放以来，我国职业教育就处于上升的趋势，为国家和社会作出了巨大贡献。然而，随着时代的进步与发展，信息时代的降临，我国职业教育教学的发展出现新的困难与挑战。

一、提升师资力量，实现科学德育一体化教学

优秀的师资队伍是实现职业技术教育培养计划与培养目标的关键因素，是职业技术教育实施教学改革与创新的中心环节。机电专业课是以一门理论知识讲解为主的学科，如果教师没有一定的知识储备量与技能知识，则不仅不能使学生信服，而且很难实现教学目标与完成教学任务。因此，为了实现一体化的教学模式，学校应当加强对机电专业教师的培训，建设出一批具有高素质、高质量的优秀师资队伍，服务于中职学校的教育事业。学校可从这几个方面提升师资力量：首先，继续在高校毕业生中选拔优秀人才，充实师资队伍；其次，组织教师分批次参加国家级与省级的培训和各种学术研讨会，拓展教师的知识领域，丰富教师的知识经验，提高教师的专业素质；再次，学校应当加强与其他企业之间的合作与交流，安排老师轮流进企业锻炼学习，提高操作技能，使其构建成“双师型”的教师队伍，也可聘请具有专业水平与高湛实践能力的专家到学校进行短期的任务教学；最后，加强教师的德育与科学教育，培养教师爱岗敬业、爱国守法、终身学习的教育教学理念，以便教师对学生进行正确的思想疏导与教学引导，促进学生的发展全面，实现一体化教学模式。

二、理论联系实践，实现理论实践一体化教学

机电专业的教育教学着重培养学生理论知识与操作技能的能力，但在传统的教育教学模式中，教师只是一味地向学生传授与灌输课本知识内容，影响了学生的主观能动性的发挥，并忽视了机电专业是一门实践性的工科学科，这就严重制约了中职机电专业一体化教学的实施与开展。在实施一体化教学模式时，教师首先要确保自己有足够的能力与实力、良好的职业道德素养及具备一定的基础设备安装、操作、实施、检修与管理的技能，这样才能有效做到将理论知识与操作技能有机结合。所谓理论与实践的结合，即教师不仅要将教学重点放在理论知识与实践的某一方面，更要培养与发展学生的实践技能与动手能力，将学生培养成为具有机电一体化操作技能的综合型人才，适应社会对其的要求。如，在将《电工技能》与《电工技术基础》整合为《电工技术》一节进行教学时，教师要明确地指导所谓的整合并不是简单地将这些技术进行整合与拼凑，而是需要在整合中将一些理论知识进行删减，如戴维宁理论与磁场理论等，在整合中需要加入一些实践应用性较强的操作技能，如维修电工。在中职机电专业教育教学中，只有将实践技能教学与理论知识教学相结合，才能最大限度地强化学生的综合实践操作技能，培养学生的创新意识与创新精神，才能实现机电专业一体化的教学目标。

三、整合教学目标，实现知识能力的一体化教学

教学目标的一体化能有效促进学生知识与能力的结合，在这一过程的学习中能提升学生应用知识与技能的水平，明确自己的就业方向，知道将自己所学习、掌握的知识与培养出的操作能力融为一体，将态度、知识与能力看成一个全新的整体，并整合出自己的学习计划与目标，在此过程中教师应当整合课堂教学目标。例如，在执教“订单”培训时，应当明确教学的人才培养目标、规格质量和相应的技能，学校也可依据本校学生的学习特点设置相应的课程，这样的一体化教学模式才有助于培养学生胜任岗位的综合能力。如果每位学生在学习之前都能在老师的引领下知晓教学目标，就能很容易找准自己的人生定位和学习目标，并积极主动、自觉地参与到课堂教学中，确定自己的努力目标与努力方向，发现学习中存在的问题。在中职机电专业教学中，操作技能训练与实际生产之间有紧密联系，这样有助于学生在实习过程中缩小其在实际工作与操作方面的差距，使学生能够很好地将内容与实际生产相结合。

总之，一体化教学是中职机电专业教学中一种行之有效的教学方式，对培养学生的理论知识与操作技能，促进学生全面发展有积极促进作用，是提高学生就业质量与竞争力的根本途径。因此，在中职机电专业教学过程中，教师要加强对学生的引导和指导，强化学生的技能，培养出更多的符合社会发展与需要的复合型人才服务社会，提升全民的文化素养，提高我国在国际合作的地位与影响。

参考文献：

篇3：机电一体化控制策略

1 自动控制技术

自动控制技术是通过控制器使被控对象或过程自动按预定的规律运行。因被控对象种类繁多, 控制技术的内容非常丰富, 有高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。自动控制技术可协调机械、电器各部分来有效完成动作过程, 在机电控制系统中起重要作用。

自动控制的理论基础是自动控制原理, 它分为经典控制理论和现代控制理论。前者研究对象是单变量的线性时不变系统, 它使用的数学工具是拉普拉斯变换, 用传递函数方法在频率域进行系统分析。它的控制原理是负反馈闭环系统, 以自动调节器作为反馈控制系统的中心环节, 所以, 经典控制理论也叫自动调节原理。后者是以多变量、非线性、时变系统为研究对象, 它运用的数学工具有线性代数、矩阵论和集合论等。它是用状态空间法在时间域内进行系统分析, 用状态方程描述系统过程。根据状态及条件, 分析下一步的状态。现代控制理论研究的主要内容是最优控制、随机控制、自适应控制和鲁棒控制等。经典控制理论和现代控制理论, 被人们统称为传统控制理论。它们的共性是基于被控对象的精确数学模型, 就是控制对象和干扰均应以严格的数学方程和函数表示。控制的任务和目标通常比较直接明确。而在现实世界中, 许多系统, 诸如智能机器人系统、计算机集成制造系统、航空航天控制系统等用传统的控制理论却难以解决, 从20世纪70年代以后, 特别是21世纪以来, 智能控制开始兴起, 已经形成了一门新兴学科。智能控制系统具有学习功能、自适应功能和自行组织与协调功能。它主要采用的数学工具是符号推理与数值计算的结合以及神经元网络和模糊理论等。智能控制是一门新兴的多个领域交叉学科, 它的理论尚未成熟, 而实际的需要有力地推动了智能控制理论和技术的迅速发展, 具有广阔的发展前景。在机电控制系统中会逐渐发挥其重要作用。

在机电控制技术中, 自动控制主要解决怎样提高产品的精度、提高加工的效率、提高设备的有效利用率等诸多问题。它的主要技术的关键是现代控制理论在机电控制技术中的工程化与实用化、优化控制模型的建立及边界条件的确定等。计算机动态仿真技术的产生和发展为在控制系统的物理模型建立之前就可预见其动态性能, 并为正确选择控制系统的有关参数提供了方便和条件。

2 机电一体化产品的设计思想

机电一体化产品是机械结构与电子线路有机结合的产物。它的各个组成部分紧密配合, 是不可分割的整体。在设计机电一体化产品时, 要将研究的对象作为系统分析, 对分析结果加以综合, 综合的结果即是系统的设计, 之后, 对此系统的设计予以评价。这个过程反复进行, 直到系统设计可有效实现预定目标为止。

系统分析是为使目的能够更好实现, 为怎样构成系统提供必要信息。在分析过程中, 可以运用各种分析方法对系统进行模拟、计算, 获得系统设计必需的信息。综合, 就是根据分析与评价的结果确定系统的构成和动作方式, 作出系统的设计。设计多种方案, 再按评价标准进行综合评价选出最优的设计。

3 机电一体化产品的设计方法

不同类型的产品在设计中要采取不同的方法。对旧机床的技术改造, 它的主体仍是机械系统, 只是控制系统电子化了, 而设计智能化的测量装置, 设计的主体则是电子技术问题。实现机电一体化设计的方法一般有取代法、整体设计法和组合法, 要根据不同情况进行选择。

1) 取代法一般用于以电子线路取代机械式控制机构, 这类机械电子化产品设计。例如, 用可编程序控制器或微型计算机来取代机械式的变速机构、凸轮等控制机构, 代替气动、液压控制系统, 代替插销板、拨码盘、步进开关、时间继电器等接触式控制器等。不仅能简化机械结构, 还可以提高产品的性能和质量。这种方法接近原来的产品或同类产品的结构原理, 设计容易实现;而缺点是跳不出原产品的框架, 在开发全新产品时有其局限性。

2) 整体法。使设计的产品要取得较高的性价比, 开发出全新产品, 设计时要把机械部分与电气部分融为一体, 从整体上进行设计。在电液比例控制系统中, 比例电磁铁与液压控制阀构成一体化的比例阀;直线式伺服电动机的定子绕组埋藏在机床导轨中等均为整体化设计的结果。

3) 组合法。这是把各种标准功能模块组合成各个机电一体化系统。例如, 把一台车床改造为数控车床时, 可以外购一套供车床专用的数控装置、一套伺服驱动装置、一套位移测量装置、一套与主轴电机相配合的变频器, 就能组合一台具有自动调速、自动进给、能完成多种切削功能的数控车床。采用组合法开发机电一体化, 周期短、质量可靠、节约工装设备费用, 便于生产管理、使用和维修。

随着社会生产和科学技术的发展与进步, 机电控制技术在不断地深入到各个领域并迅速向前推进。发展的重点和具体做法不尽相同, 但总的趋势趋于一致。从性能上看, 它向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展;从功能上看, 它向小型化、轻型化、多功能方向发展;从层次上看, 它向系统化、复合集成化方向发展。

篇4：机电一体化中的智能控制策略探讨

关键词：机电一体化；智能控制；传统控制

1.智能控制理论和系统概要

早在20世纪初～20世纪50年代，控制理论就开始形成了，最典型的是一反馈和传递函数作为数学基础的古典控制理论。20世纪50年代～20世纪60年代，现代控制理论开始形成并且逐渐趋于成熟，不断发展。20世纪60年代至今，控制理论的发展综合了多个学科的成果，如人工智能、信息论、自动控制、运筹学等与控制理论密切相关的学科。如今，智能控制理论是控制理论发展的最高阶段，智能控制不但解决了很多传统控制理论无法解决的问题以及其本身存在的缺陷，而且还采用分布式和开放式结构解决了很多复杂系统的控制问题，其中，机电一体化系统的控制难题的解决就是一个很好的例子。

如今，随着电子技术的发展，机电一体化技术也逐渐成熟，并且在各种行业的生产过程中

对机电一体化控制技术的要求也越来越高，对机电一体化的控制效果也需要完善。智能控制技术的出现和不断发展，不但解决了生产过程中的由于非线性、时变性、变结构、多层次、多因素等不确定性给生产过程带来的难题，而且也对生产过程中不利于设计、过于复杂的生产对象实现了有效控制。随着社会生产的不断进步与发展，智能控制方法在机电一体化系统中德应用越来越广泛，例如智能机器人的发明、数控机床的智能化等。

2.智能控制在机电一体化中的应用

2.1 智能控制在机电一体化系统中的应用优势

与传统的控制技术相比，智能控制技术具有明显的优势，并且智能控制技术正在逐渐取代传统的控制技术。智能控制技术可以在没有外界因素干扰的情况下自主地驱动智能机器来实现控制目标的自动控制。这样不但提高了操作的效率，而且也减轻了工作人员的操作负担，这些都是传统操作技术无法做到的。另一方面，智能控制技术具有自学习、自适应、自组织等以智能控制为核心的智能控制系统可自我实现的智能行为。智能技术可以解决工程上的很多无法用数学方法精确描述的、随机的、模糊的、复杂的、柔性的控制问题。智能控制不但可以用于生产中、工程中，还有工程机械中也经常用到智能控制，所以，智能控制的深度和广度有无限的发展空间。

2.2 交流伺服系统中的智能控制

伺服驱动装置在机电一体化系统中发挥着重要的作用，主要体现在控制质量和系统动态性能方面。但是和大多数工程系统中存在的问题一样，交流伺服系统也有着相当复杂的非线性和时变性等不确定因素，智能控制系统能够以非线性的控制方式将人工智能引入智能控制器，这样不但保证了交流伺服系统能够很好的适应系统参数的时变情况，而且还建立了精确的数学模型，提高了机电一体化系统的稳定性。

2.3 数控领域中的智能控制

与智能控制在其他领域的应用不同的是，智能控制在数控领域的应用有相当高的性能要求，主要体现在延伸、扩展和模拟知识处理方面，例如加工运动推理、感知加工环境的能力、网络通信制造能力等，智能控制系统必须要能够进行自适应控制、自组织控制，这样才能解决信息模糊、不确定性等控制问题。

2.4 机械制造中的智能控制

智能控制在机械制造中的应用体现在与经典的机械理论和计算机辅助技术相结合，并且在机电一体化系统的制造过程中形成新型的机械制造工艺。以前，在机械制造生产过程中，较为先进的制造系统没有办法依靠精准和完备的数据来处理生产过程中遇到的问题，并且很多问题都是无法预测状况的，这给机械的生产带来了一定的困难。可是有了智能控制技术后，智能控制系统可以利用神经网络和数学建模的方法，建立制造过程的动态模型，通过神经网络的学习可以同时对需要处理的信息进行在线的模式识别技术，也可以及时处理残缺不全的信息。

2.5 工业过程中的智能控制

智能控制在工業过程中的应用主要包括全局级和局限级两个方面。但是无论是全局级还是局限局，都要求智能控制能够处理生产过程中出现的操作异常、控制过程中的故障诊断等问题。而局限局智能控制在在线自适应调整、参数整定方面具有明显的优势，并且在解决非线性一类的复杂问题上有着显著的成效。局限局智能控制主要是神经网络控制器和专家控制器的智能控制器上投入研究力度，通过将智能应用到工业过程的某一单元来设计控制器。

2.6 电力电子学研究领域中的智能控制

一般情况下，电机电器设备在规划设计、投入生产、实际运行及控制过程等方面都是相当复杂的，这些电机电器主要包括变压器、电动机、发电机等。将智能控制技术引入电力系统的生产过程中，在电机电器设备的优化设计、故障控制和诊断等方面都是很有成效的。

3.对智能控制的研究展望

虽然智能控制在机电一体化系统中德应用比较晚，可是随着对智能控制领域的不断研究和探讨，智能控制技术在理论和实践中都取得了显著的成效。但是智能控制技术仍然需要提高：一方面可以加强智能控制技术的理论研究力度，研究智能控制的理论，寻求更新、更丰富合理的理论依据，为智能技术的发展打好基础；另一方面可以拓宽智能技术的应用范围，，提高实际应用技能。目前，智能技术已经被广泛应用于各个领域，但是机电一体化系统的发展和大幅度使用对智能技术的要求不断提高，智能技术必须提高其实际应用性能，更好地为经济发展做出贡献。

4.结语

机电一体化系统应用智能技术改变了传统的机械自动化运行模式，这种高性能、高水平、高效率的控制方式不仅促进了机电一体化的发展和进步，而且从侧面提高了人们的生活水平。但是实现机电一体化的高度智能化还有很长的距离，需要坚持不懈的探索和研究。

参考文献：

[1]曲百峰.探讨机电一体化系统中智能控制的应用[J].黑龙江科技信息，2013，（20）.

[2]陈沧海.谈机电一体化系统中智能控制的应用[J].科技视界，2014，（20）.

[3]李丽艳.探究智能控制在机电一体化系统中的应用[J].中国新技术新产品，2013，（11）.

[4]黎洪洲.智能控制及其在机电一体化系统中的应用研究[J].信息系统工程，2014，（03）.

篇5：机电一体化控制策略

论文名称：

PLC机械手控制设计

系部： 机车车辆学院

专业： 机电一体化 班级:

313-1 姓名：

全伟

指导教师：刘伟

二O一六年 一月

目录

第一章 PLC机械手控制设计………………………………...…3 1.1 摘要.................…………………………………………….3

1.2 引言 ……………………………………....................………4 第二章

PLC 的概述 …………………………………………4 2.1 PLC的基本知识

…………………………………………..4 2.2 PLC的应用与前景

………………………………………..5

第三章

PLC 的编程语言

…………………………………..7 3.1 梯形图编程语言……………………………………………...7 3.2 功能块图编程语言……………………………………………8 第四章

PLC控制机械手的设计……………………………….9 4.1

机械手在工业生产中的应用………………………………..9 4.2

各电器设备的制方式及控制要求…………………………..10 4.3

电器元件设备的选择 ………………………………………12 4.4

控制系统的软、硬件设计 ………………………………...13 4.5

功能表图设计

……………………………………………..26 第五章

设计小结

………………………………………………33 参考文献 ……………………………………………………....…..34 谢辞

…………………………………………………….....35

PLC机械手控制设计

1.1摘要： 当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力，他们需要进一步降低成本、缩短产品生产周期，并能够迅速完成产品的更新换代。采用最新的自动化技术才是解决这一系列问题的有效手段。

本次论文明确了机械手的功能需求和动作流程通过查找了大量资料，了解完成了布进电机和驱动器的选型。通过对机械手制作流程的分析，确定采用PLC为核心的控制系统。在对机械手的分析设计部分梯形图及控制程序，完成PLC的I/O点分配和硬件接线图。

关键词：机械手，步进电机，可编程序控制器

引言

机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。

机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。

第二章

可编程控制器的概述

2.1可编程控制器的基本知识

PLC的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对PLC的分类，通常根据其形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类.根据 1

PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类（1）整体式PLC

整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式机构。

整体PLC由不同PLC点数的基本单元和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口，与I/O扩展单元相连的扩展口、以及编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电等，没有CPU，基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展(2)

模块式PLC

模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及其他模块。模块式PLC由框架或基板和 各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活、可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用这种模块式结构。

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU，电源，I/O接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联接，并且各模块可以应地叠装，这样不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。2 按功能分

根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低，中，高档次

（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能还可以少量模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控制，顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

（2）中档PLC出具有低档PLC的功能外，还具有模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较；数据转换，远程I/O，子程序，通信联网等功能，有些还可增设中断控制，PID控制等功能，适应于复杂控制系统。

（3）高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算，位逻辑运算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算，制表及表格传递功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类

（1）.型PLC——I/O点数<256点，单CPU，8位或16微处理器，用户存储器容量4K字以下

CE-I型

美国通用电气（GE）公司 TI100

美国德洲仪器公司 F、F1、F2

日本三菱电气公司 C20 C40

日本欧姆龙公司 SF200

德国西门子公司 EX20 EX40

日本东芝公司

SR-20/21

中外合资无锡华光电子工业有限公司（2）．中型——点数256-2048点，双CPU，用户存储器容量2-8K S7-300

德国西门子

SR-400

中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5 SU-6

德国西门子公司 C-500

日本立石公司 CE-Ш

GE公司

（3）.大型PLC——I/O点数>2048点，多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8-16K S7-400

德国西门子公司 GE-IV

GE公司 C-2000

立石公司 K3

三菱公司

2.2 可编程控制器PLC的应用与前景

目前，在国内外PLC已广泛应用冶金，石油，化工，剪彩，机械制造，电力，汽车，轻工，环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格 的不断提高，器应用领域不断扩大，从应用类型看大致可归纳为以下几个方面： 2.2.1 强量逻辑运算

利用PLC最基本的逻辑运算，定时，计收等功能实现逻辑运算，科取代传统的继电器控制用于单片机控制，多机群控制，生产自动线控制等。例：机床，注塑机印刷机械，装配生产线，电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。2.运动控制

大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能广泛用于各种机械设备。例如：各种机床，装配机械。机器人等进行运动控制。3.过程控制

大，中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。有的小型PLC也具有模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于铝炉，反应堆，水处理，酿酒及闭环位置控制和速度控制等方面。4.数据处理

现代的PLC都具有数学运算数据传递，转换，排序和查表等功能，可进行数据的采集，分析和处理，同时的通过通信接口将这些数据传送给其电智能装置。例如：CNC设备进行处理。5.通信联网

PLC的通信包括PLC与PLC，PLC与计算机，PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元，通信转换单元相连构成网络，已实现信息的交换和构成。集中管理分散控制的多级分布式控制系统。满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。2.2.2 国外PLC发展概况

PLC在问世以来，经过40多年的发展。在美、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC。较多的有美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司。韩国：三星、LG公司等

PLC的发展前景

（1）产品规模向大小两个方向发展

大：I/O点数达14336点，32位微处理器，多CPU并行工作，大容量存储器，扫描速度快高速；

小：整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本；（2）PLC在闭环过程中应用日益广泛；（3 不断加强通讯功能；（4）新器件和模块不断推出

第三章 可编程控制器的编程语言

3.1可编程控制器的几种编程语言

可编程控制器的编程语言按IEC61131-3国际标准来分主要包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(LD-Ladder Diagram)、功能块图(FBD-Function Block Diagram)、顺序功能图(SFC-Sequential Function Chart)。文本化编程语言包括:指令表(IL-Instruction List)和结构化文本(ST-Structured Text)。这些语言是基于WINDOWS操作系统的编程语言.而SFC编程语言则在两类编程语言中均可使用。下面分别来介绍这几种编程度语言。

3.1.1梯形图编程语言(LD-Ladder Diagram)

梯形图来源于继电器逻辑控制系统的描述，是PLC编程中被最广泛使用的一种图形化语言，由于梯形图类似于继电器控制的电气接线图，便于理解,因此许多编程人员和维护人员都选择了这一编程方式。而且其图形结构类似于登高用的梯子，故名梯形图。梯形图程序的左右两侧有两垂直的电力轨线，左侧的电力轨线名义上为功率流从左向右沿着水平梯级通过各个触点、功能、功能块、线圈等提供能量，功率流的终点是右 侧的电力轨线。每一个触点代表了一个布尔变量的状态，每一个线圈代表了一个实际设备的状态，一个简单的梯形图程序如图1所示:

图3.1

梯形图程序示例

梯形图的每个梯级表示一个因果关系,事件发生的条件表示在梯形的左面,事件发生的结果表示在梯级的右面。

梯形图编程语言具有如下特点:(1)与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性;(2)与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习;(3)对于复杂控制系统描述,仍不够清晰;(4)可读性仍不够好。

几乎所有PLC厂商提供的PLC都支持梯形图编程语言,而且都比较容易理解，只是在梯形图结构上可能稍有变化。比如西门子的S7系列梯形图就没有右边的电力轨线。有时在有此参考书中右边的电力轨线也常常被省略。

3.1.2 功能块图编程语言(FBD-Function Block Diagram)

功能块图编程语言采用功能模块表示所具有的功能，不同的功能模块具有不同的功能。功能模块用矩形来表示，每一个功能模块的左侧有不少于一个的输入端，右侧有不少于一个的输出端。功能模块的类型名称通常写在块内，其输入输出名称写在块内的输入输出点对应的地方。

功能模块基本上分为两类:基本功能模块和特殊功能模块。基本功能模块如AND，OR XOR等等.特殊功能模块如ON延时，脉冲输出，计数器等等。功能块编程语言具有以下特点:(1)以功能模块为单位,从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变的容易;(2)功能模块用图形化的方式描述功能，较直观易掌握，方便组态，易操作。是有发展前途的一种编程语言;(3)对较复杂系统，由于控制功能关系能够比较清晰的描述，因此缩短了编程和调试时 间;(4)因为每一个功能模块要占用一定程序存储空间，对功能块的执行需要一定的执行时间，因此，这种语言在大中型可编程控制器和分散控制系统中应用较广泛。

第四章 PLC控制机械手的系统设计

4.1各电器设备的控制方式及控制要求 机械手的技能和特性

根据古典力学观点，物体在三维空间的静止位置是由三个坐标和绕三轴旋转的角度来决定的。因此，抓握物体的位置和方向（即关节间的角度）能从理论上求得。据资料介绍，如果采用的机械手，其机能要接近人的上肢，则需要具有27个自由度，而每一个自由度至少要有一根“人造肌肉”。这样就需要安装27根重量轻、小型和高输出力的“人造肌肉”。就目前的技术状况而言，上述功能还很难办到。而且把机械手的功能搞得那么复杂，动作彼此严重重叠也是完全不必要的。退一步，如果机械手要求具有完全通用的程度，那么它的整机、本体、手臂和手指都得有三个直线运动和三个旋转运动，总共就要有24个自由度。这在实际上也是不必要的，这样会使机械手结构复杂，费用增多。因此，不应盲目模仿人手的动作，增加过渡的自由度，而应根据实际需要的动作，设计出最少的自由度就能完成作业所要求的动作。所以一般专用的机械手（不包括握紧动作）通常具有二到三个自由度。而通用机械手一般取四到五个自由度。本设计中设计的机械手，它共有五个自由度。即：手臂伸缩、手臂上下摆动、手臂左右摆动、手腕回转、手指抓握。.躯干和传动系统

机械手的传动分为液压、气压、电气和机械四种，本设计采用综合传动方式，即手臂采用电气传动，而手爪则采用气压传动。

(1)、夹紧机构

机械手手爪使用来抓取工件的部件。手爪抓取工件是要满足迅速、灵活、准确和可靠的要求。设计制造夹紧机构——手爪时，首先要从机械手的坐标形式、运行速度和加速度的情况来考虑。其加紧力的大小则根据夹持物体的重量、惯性和冲击力的大小来计算。同时考虑有足够的开口尺寸，以适应被抓物体的尺寸变化，为扩大机械手的应用范围，还需备有多种抓取机构，以根据需要来更换手爪。为防止损坏被夹的物体，夹紧力应限制一定的范围内，并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心结构。为防止突然停电被抓物体落下，还可以有自锁结构。夹紧机构本身则应结构简单、体积小、重量轻、动作灵活和动作可靠。

夹紧机构形式多样，有机械式、吸盘式和电磁式等。有的夹紧机构还带有传感装置和携带工具进行操作的装置。本设计采用机械式的夹紧机构。

机械式夹紧机构是最基本的一种，应用广泛，种类繁多。如按手指运动的方式和模仿人手的动作，可分为回转型、直进型；按夹持方式可分为内撑式、外撑式和自锁式；按手指数目可分为二指式、三指式、四指式；按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等。本设计采用二指式气动手爪。由可编程控制器控制电磁阀动作，从而控制手爪的张闭。手爪的回转则用一个直流电动机完成，同时通过两个限位磁头完成回转角度的限位，一般可设置在180度。(2)躯干

躯干由底盘和手臂两大部分组成。

底盘是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转的机构。底盘采用一个直流电动机驱动，底盘旋转时带动一个旋转码盘旋转，机械手每旋转3度发出一个脉冲，由传感器检测并送入可编程控制器，从而计算底盘旋转的角度。同时，在底盘上装有限位磁头，最大旋转角度可达270度。

手臂是机械手的主要部分，它是支撑手爪、工件并使它们运动的机构。本设计中手臂由横轴和竖轴组成，可完成伸缩、升降的运动。手臂采用步进电动机带动丝杠、螺母来实现伸缩和升降运动。由可编程控制器发出脉冲信号，经步进电动机驱动器驱动步进电动机旋转，带动滚珠丝杠旋转，完成手臂的运动。改变发出脉冲的个数，可控制手臂的两个轴运动的距离。同时在两轴的两端分别加限位开关限位。采用丝杠、螺母结构传 动的特点是易于自锁，位置精度较高，传动效率较高。

4.2电器元件、设备的选择

PLC机型的选择

根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，可进行PLC型号的选定。

进行PLC选型时，基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修、备件的通用性。对开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的PLC都可以满足要求，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。当控制速度要求较高、输出有高速脉冲信号等情况时，要考虑输入/输出点的形式，最好采用晶体管形式输出。对带有部分模拟量控制的ｗ装置等。2 输入/输出的点数：

I/O点数可以衡量PLC规模的大小。准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%-20%的备用点数。多数小型PLC为整体式，具有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功能模式块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统。

此外，还应考虑用户储存器的容量、PLC的处理速度是否能满足实时控制的要求、编程器与外围设备的选择等。

本设备控制的对象是一个开关量控制的系统，同时利用脉冲控制步进店动机的运转，故应采用晶体管形式的输出。松下FPO系列小型PLC具有性价比高、功能完善、指令丰富等优点，能满足本对象各项控制性能要求，因此，本系统采用松下FPO系列的FPO——C16T作为基本模块，能输出两路脉冲信号进行步进电动机的控制。由于输入输出点不够，扩展一个FPO——E16RS模块。3

电源模块的选择：

采用Dm150系列开关电源。其特点是输出功率大，体积小，重量轻，可靠性高，适应宽范围的输入电压波动，具有完备的过电压、过电流保护功能。主要参数：

输入交流电压：110~220V/50Hz、60Hz 输出直流电压：24V/6.5A 最大功率：156W 工作环境：-10~40度 4.步进电动机的选择：

采用二相八拍混合式步进电动机，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等特点。型号：42BYGH101。

快接线插头中的红色表示A相，蓝色表示B相。

使用时如果发现步进电动机转向不对时可以将A相或B相两根线对调。（1）.步进电动机驱动模块

采用中美合资SH系列步进电动机驱动器，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出分等。如下图所示。

驱动模块

电源输入部分由电源模块提供，用两根导线连接，注意极性。

信号输入部分：信号源由FPO主机提供。由于FPO提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，中间加了保护电路。

输出部分：与步进电动机连接，注意相序。（2.）传感器

采用接近开关作为手爪旋转和底盘旋转限位检测用;采用微动开关作为横轴、纵轴限位检测用。

接近开关：接近开关有三根连接线（红、蓝、黑）红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。微动开关：当挡块碰到微动开关动作（常开点闭合）。

（3）FPO模块

由松下FPO系列PLC晶体管输出的主机，具有高速运算能力、PID调节功能，同时可以输出两路脉冲控制两台电动机的优点。输出两路脉冲梯形图及f/t。

（4）直流电动机

采用36ZY5-12型直流电动机。输入电压为12~24V,由FPO模块控制电动机正反转。（5）旋转码盘

机械手每旋转3度发出一个脉冲。

4.3 控制流程图

机械手工作流程图如下图所示。把可编程序控制器主机上的RUN-PROG的开关拨在RUN上，如果机械手不在初始位置上，步进电动机开始运转（横轴向手爪那边移动，竖轴向上移动）。归位后首先横轴步进电动机工作，横轴前伸；前伸到位后，手抓电动机得电带动手爪旋转；当传感器检测到限位磁头时，电动机停止，PLC控制电磁阀动作，手张开；延时一段时间，竖轴步进电动机工作，竖轴下降；下降到位后，电磁阀复位，手爪加紧；延时过后，竖轴上升，同时横轴缩回、底盘都到位后，横轴前伸；到位后手爪旋转，然后竖轴下降，电磁阀动作，手张开；延时后竖轴上升复位；然后开始下一周期动作。

图4.1机械手控制流程图

4.4控制系统的软、硬件设计 1 控制系统硬件设计

PLC硬件设计是指PLC外部设备的设计。在硬件设计重要进行输入设备的选择（如控制按钮、开关及计量保护装置的输入信号等），还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。硬件设计还包括PLC输入/输出通道的分配，为便于程序设计和阅读，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O编号、设备代号、名称及功能等。机械手控制系统电器原理图。

可编程序控制器采用松下FP系列的FPO——C16T作为基本模块，由于输入输出点 不够，扩展一个FPO——E16RS模块。由于接近开关有三根线，接线时注意把红色的线接电源的正极，黑色线接电源的负极，蓝色的线接PLC的输入端子。2 控制系统的软件设计

软件设计主要是指编写工艺流程图，即将整个流程分解为若干步，确定每步的控制要求及转换条件，配合定时、计数、分支、循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成梯形图的设计。I/O地址分配 I/O地址分配如表所示 I/O地址分配一览表

输入： X0 X1 X2 X3 X4 X20 X21 X22 X23 横轴正限位 竖轴正限位 横轴反限位 竖轴反限位 旋转脉冲 手正转限位 手反转限位 底座正限位 底座反限位

输出： Y0 Y1 Y2 Y3 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24

横轴脉冲 竖轴脉冲 横轴方向 竖轴方向 手正转 手反转 底座正转 底座反转 电磁阀动作

(1).确定输入输出接点的总数

输入接点：启动按钮SB、行程开关SQ1——SQ4、光电开关SQ5，一共6个。输出接点：YV1——YV2总共5个。(2).估算PC内存总数

选取PC类型，PC内存总数取决于程序指令总条数。PC内存总数又是选取PC类型的重要依据，为此依据下面的经验公式对指令总条数进行估算。指令总条数=（10——20）*（输入点数+输出点数）

本例中指令总条数为（10——20）*（6+5）=110——220条。(3).输入输出点分配

如下图是机械手输入和输出信号与PC输入输出端子的分配图，其中根据需要增加了机械手回到原位时的指示灯，为了防止误按启动按钮引起机械手的误动作，增加了复位按钮，启动时需要先按复位按钮在按启动按钮，否则机械手不会动作。

图4.2机械手PC输入/输出端子的分配

(4).方案选择

考虑到机械手在工作时间时可能发生误动作行程开关而引起的不安全动作，各个输入开关信号只能在规定的状态发生作用，例如，SQ1的闭合信号只能当机械手位于原位而且按下SB2后或从原位右移到右位后才能起作用，其他状态时SQ1不起作用。为了达到这一目的，选择使用移位寄存器来完成顺序控制。3 梯形图设计

机械手的控制属顺序控制，采用步进指令，根据说明机器工作状态转换的图形，很容易进行程序设计。

（1）根据机械手的工作方式情况，选择“梯形图的总体设计

单步操作”方式时，应执行“单步操作”程序；在选择“返回原位”方式时，应执行“返回原位”程序;“自动”方式时，应执行“自动”程序，故梯形图的总体构成如下图所示。其中，自动程序要在启动按钮按下时才执行。

图4.3机械手PLC控制梯形图总体构成

（2）各部分梯形图的设计

通用部分梯形图设计

A状态器的初始化：初始状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关处于“返回复位”（X501接通）时，按下返回复位按钮（X505）时被置位;在“单步操作”（X500接通）时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动作复位操作，即在方式选择开关位于“单步操作”或 “返回复位”时，中间状态器同步复位，故初始状态梯形图如下图示（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）

状态器初始化梯形图。

B状态器转换启动：若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后，按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步步向下传递，即可以进行转换。在执行“连续操作”程序时，转换启动继电器M575一直保持到停机按钮按下为止。另一方面，采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态开始进行转换，其梯形图如下图。

图4.4状态器转换启动梯形图

C状态器转换禁止梯形图：激活特殊辅助继电器M574，并用步进指令控制状态器转换时，状态器的自动转换就被禁止。

在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并保持，操作停止在现行工步。当按下启动按钮时，从现行工序重新开始工作，M574应复位，即重新允许转换。

在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但每按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一步。

在“手动”工作方式（单一操作，返回原位）情况下，禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位。

PLC在启动时，用初始化脉冲M71使M574自保持，以次禁止状态转换，直到按下启动按钮。状态器转换禁止梯形图如下。

图4.5状态器转换禁止梯形图

通过对上图的分析可得出：在执行“单步操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时，每按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的状态可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的状态转换被禁止，操作停止现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续操作”程序时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。

D单步操作梯形图

手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方法来设计梯形图。“单步操作”时，按下夹持按钮时，夹持输出Y431自保持，只有按下松开按钮时，Y431才会复位；按下上升按钮，上升输出Y432保持接通；按下下降按钮，Y430保持接通；在上限位按下左行按钮，左行输出Y434保持接通；在上限位按下右行按钮，右行输出Y433保持接通。单步操作是梯形图如下图。

图4.6机械手单步操作梯形图

E返回原位梯形图

在“返回原位”状态下，“夹持”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形图如下图。

图4.7机械手返回原位梯形图

F “自动”状态梯形图

如下图表示了机械手自动工作时执行各工步的情况。表明了各工步的实现以及各工步的转换条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y430接通。自下限位置时，X401接通，转化为“夹持”过程。在夹持工步中，夹持电磁阀Y431置位，同时驱动T450。T450接通后，转化为第一次上升。此后执行类似的操作，完成由初始条件到下一个初始条件的一系列操作。在夹持输出Y431置位后，保持夹持，直到夹持输出复位松开。如上述一步步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。这种控制过程用继电器符号程序很难实现程序设计。

图4.8机械手自动工作流程图

用状态器替代自动工作流程图中的各工步，可得到如下图所示的功能表图。初始状态在图中用双线框表示。

图4.9机械手自动工作功能表图

根据上图所示的功能表图，可设计出自动操作时的梯形图，如下图所示。

图4.10机械手自动工作梯形图 绘制机械手PLC将控制梯形图

将从初始化开始的一系列梯形图，按照总体构成图的形式作何在一起，得到机械手PLC控制的梯形图，如下图所示。

图4.11机械手PLC控制梯形图 该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放至自动工作方式下。若自动工作状态解除，则应将工作方式选择开关放至“单步操作”位置。

4.5 功能表图设计

步的划分

分析被控对象的工作过程及控制要求，将系列的工作过程划分成若干阶段，这些阶段称为“步”。步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。如下图所示，某液压动力滑台的整个工作过程可划分为四步，即：0步A、B、C均不输出；1步A、B输出；2步B、C输出；3步C输出。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变。

步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象的状态变化应该是由PLC输出状态变化引起的。如下图所示，初始状态是停在原位不动，当得到起动信号后开始快进，快进到加工位置转为工进，到达终点加工结束又转为快退，快退到原位停止，又回到初始状态。因此，液压滑台的整个工作过程可以划分为停止（原位）、快进、工进、快退四步。但这些状态的改变都必须是由PLC输出量的变化引起的，否则就不能这样划分。例如：若从快进转为工进与PLC输出无关，那么快进、工进只能算一步。

总之，步的划分应以PLC输出量状态的变化来划分，因为我们是为了设计PLC控制的程序，所以PLC输出状态没有变化时，就不存在程序的变化。2.转换条件的确定

确定各相邻步之间的转换条件是顺序控制设计法的重要步骤之一。转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器触点的动作（通/断）等。

如上图“步的划分方法二”所示，滑台由停止（原位）转为快进，其转换条件是按下起动按钮SB1（即SB1的动合触点接通）；由快进转为工进的转换条件是行程开关SQ2动作；由工进转为快进的转换条件是终点行程开关SQ3动作；由快退转为停止（原位）的转换条件是原位行程开关SQ1动作。转换条件也可以是若干个信号的逻辑（与、或、非）组合。如：A1*A2、B1+B2。3.功能表图的绘制

根据以上分析画出描述系统工作过程的功能表图，是顺序控制设计中最为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方法将在下面介绍。4.梯形图的编制

根据功能表图，采用某种编程方式设计出梯形图程序。有关编程方式建在下一节中介绍。功能表图的绘制方法 A

功能表图概述

功能表图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种徒刑。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言，因此，功能表图也可用于不同专业的人员进行技术交流。

功能表图是设计顺序控制程序的有力工具。在顺序控制设计法中，功能表图的绘制是最关键的一个环节。它直接决定用户设计的PLC程序的质量。

各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国也动制定了功能表图的国家标准。我国于1986年也颁布了功能图的国家标准（GB6988.6——86）。B

功能表图的组成要素

如下图所是为功能表图的一般形式。它主要是由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。

C

步与动作

前面已介绍过，用顺序控制设计法设计PLC程序时，应根据系统输出状态的变化，将系统的工作过程划分成若干个状态不变的阶段，这些阶段称为“步”。步在功能表图中用矩形框表示。如，框内的数字是该步的编号。如下图所示各步的编号为n-

1、。当系统正工作于某一步时，该步处于活动状态，每个功能表图至少应n、n+1。编程时一般用PLC内部软继电器来代表各步，因此经常直接用相应的内部软继电器编号作为步的编号，如该有一个初始步。

所谓“动作”是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令，或被控系统应该执行的动作。动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如果某一步有几个动作，可用下图中的两种画法来表示，但并不隐含这些动作间的任何顺序。

称为“活动步”。在功能表图中初始步用双线框表示，如

当步处于活动状态时，相应的动作被执行。但应注意表明动作是保持型还是非保持型的。保持型的动作是指该步活动时执行该动作，该步变为不活动后继续执行该动作；非保持型动作是指该步活动时执行，该步变为不活动时动作也停止执行。一般保持型的动作在功能表图中应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。D

有向连线、转换和转换条件 如上图“功能表图的一般形式”所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上倒下、从左到右。如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明方向。步的活动状态进展是由转换来完成的。转换是用与有向连线垂直的短划线来表示。步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须由步隔开。转换条件是与转换相关的逻辑命题。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注表示转换的短划线旁边。

转换条件和，分别表示当二进制逻辑信号为“1”和“0”状态时条件成立；转换条件和1.分别表示的是，当从“0”（断开）到“1”（接通）和从“1”到“0”状态条件成立。

功能表图中转换的实现

步与步之间实现转换应同时具备两个条件：①前几步必须是“活动步”；②对应的转换条件成立。

当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换，即所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动，而所有由有向连线与相应转换符号相连的前几步都变为不活动。2.功能表图的基本结构

根据步与步之间转换的不同情况，功能表图有以下几种不同的基本结构形式。（1）单序列结构

功能表图的单序列结构形式最为简单，它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。，每一步的后面只有一个转换，每一个转换后面只有一步。（2）选择序列结构

选择序列有开始和结束之分。选择序列的开始称为分支，选择序列的结束称为合并；选择序列的分支是指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供选择，各分支都有各自的转换条件。分支中表示转换的短划线只能标在水平线之下。

如下图所示为选择序列的分支。假设步4为活动步，如果转换条件a成立，则步4向步5实现转换；如果转换条件b成立，则步4向步7转换；如果转换条件c成立，则步4向步9转换。分支中一般同时只允许选择其中一个序列。

选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共上。各分支也都有各自的转换条件，转换条件只能标在水平线之上。

如下图所示为选择序列的合并。如果步6为活动步，转换条件d成立，则由步6向步11转换；如果步8为活动步，且转换条件c成立，则步8向步11转换；如果步10为活动步，转换条件f成立，则步10向步11转换。

（3）并列序列结构

并列序列也有开始与结束之分。并列序列的开始也称为分支，并列序列的结束也称为合并。下图（a）所示为并列序列的分支，它是指当转换实现后将同时使多个续步激活。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。如果步3为活动步，且转换条件c也成立，则4、6、8三步同时变成活动步，而步3变为不活动。应当注意，当步4、6、8被同时激活后，每一序列接下来的转换将是独立的。下图（b）所示为并列序列的合并，当直接在双线上的所有前级步5、7、9都为活动步时，转换条件d成立，才能使转换条件实现，即步10变为活动步，而步5、7、9均变为不活动步。

（4）子步结构

在绘制复杂控制系统功能表图时，为了使总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，能更简洁地表示系统的整体功能和全貌，通常采用“子步”的结构形式，可避免一开始就陷入某些细节中。

所谓子步的结构是指在功能表图中，某一步包含着一系列子部和转换。如下图所示的功能表图采用了子步的结构形式。功能表图中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四个子步。

子步结构

这些子步序列通常表示整个系统中的一个完整子总能，类似于计算机编程中的子程 序。因此，设计时只要先画出简单的描述整个系统的总功能表图，然后再进一步画出更详细的子功能表图。子步中可以包含更详细的子步。这种采用子步的结构形式，逻辑性强，思路清晰，可以减少设计错误，缩短设计时间。

功能表图除以上四种基本结构外，在实际使用中还经常碰到一些特殊序列，如跳步、重复和循环序列等。

（5）跳步、重复和循环序列

除以上单序列、选择序列、并行序列和子步四种基本结构外，在实际系统中经常使用跳步、重复和循环序列等特殊序列。这些序列实际上都是选择序列的特殊形式。如下图（a）所示为跳步序列，当步3为活动步时，如果转换条件c成立，则跳过步4和步5直接进入步6。

如下图(b)所示为重复序列，当步6为活动步时，如果转换条件d步成立而条件e成立，则重复返回步5，重复执行步5和步6。直到转换条件d成立，重复结束，转入步7。如下图（c）所示为循环序列，在序列结束后，即步3为活动步时，如果转换条件e成立，则直接返回初始步0，形成系统的循环。

跳步、重复和循环序列

在实际控制系统中，功能表图中往往不是单一地含有上述某一种系列，而经常是上述各种序列结构的组合。

第五章 设计小结

毕业设计是我们毕业前夕最后也是最重要的一份作业，是对我们三年求学的一个总结，包含了我们三年中所学知识的积累，更是提升我们能力的一种方式。同时也是对我们学业的考核使我们的学业得以圆满结束。

经过一段时间的设计，可编程控制器和机械手的设计完毕，机械手的模型已设计完毕，其功能基本达到要求。整个系统稳定性好，而且只要修改控制程序，就可以让机械手作出不同的动作，控制的柔性很好。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习与探索的过程。在这个过程中，我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械手的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识和深刻的体会，并在学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行于调试的过程来进行。系统的分析和设计是一项既复杂又辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程，在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新的问题就不断探索和努力直到问题得到解决。

在设计中，体会到理论必须和实际相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多差异，出现了许多意想不到的问题。许多问题都是书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到要求的系统。

参 考 文 献

可编程序控制器的原理及应用

机械工业出版社

主编

王卫兵 可编程序控制器的原理应用试验

机械工业出版社 主编

常斗南 机电传动与控制

华中理工大学出版社

主编 程宪平数控机床电气控制

西安电子科技大学出版社

主编机电一体化系统设计

高等教育出版

主编

张建民

姚永刚

谢辞

紧张充实的毕业设计就要结束了，大学三年的生活也到了尾声。回想起以往的美好时光，此时感慨万千，首先感谢指导教师党老师在毕业设计中对我的帮助，鼓励和精心指导，党老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄廓，关键是指导有方严格我们要求，为我营造了一种良好的精神氛围。置身党老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。其严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，令我如沐春风，倍感温馨。一股暖意细水长流，源自内心而又沐润全身，微言寸语岂能祥诉感激之情，只好铭记心中，唯有虔诚的祝福导师合家欢乐，一生平安。同时，也将祝福送给每一位帮助我的师长。同时感谢我的同学在我的毕业设计过程其中对我莫大的鼓励。毕业设计的完成也算是对我们学习生涯的一个句号，回想三年大学时光，与老师和同学们的点点滴滴，你们给与我的种种帮助，使我得以今天能顺利完成毕业设计，完成学业。谢谢你们，我所有的老师与同学。最后衷心的祝愿你们工作顺利、家庭幸福、身体健康！

篇6：机电一体化控制策略

摘要:兼并重组煤矿生产和发展具有其特殊性。煤矿企业机电安全管理是一项极具复杂和高难度的工作，这给煤矿企业机电安全管理提出了很高的要求，本文结合自己多年来对机电管理的经验，提出从机电管理 人员素质 设备选型 安全责任等方面来探讨机电管理经验。旨在为从事煤矿机电管理同行如何管理提供参考。

关键词：机电管理 人员素质 设备选型 安全责任

机电系统是有很多机电设备组成。尤其是在当今安全、高产、高效的煤矿发展模式之下，煤矿机电管理尤其重要。要使机电管理满足当前煤矿安全生产的要求,就必须使煤矿机电安全管理向精细化、制度化 规范化、信息化管理发展,最大限度地提高管理安全质量。

1、兼并重组煤矿机电管理存在的主要问题

1、1、煤矿机电管理理念落后

由于管理人员思想上没有认识到煤矿机电管理的重要性，因此出现了很多矛盾。当生产与机电发生矛盾时，上级的裁决往往是机电必须给生产让路，甚至不惜让主要设备带病运转、带隐患运行。在机电安全管理方面严重存在人力资源缺乏、物资投入不到位等问题。很多方面严重影响和制约着机电管理的正常运转，对整个煤矿的生产与发展也造成很多负面影响。

尽管各兼并重组煤矿一般都设置了机电管理部门，但大多数矿井机电科管理人员的主要精力都放在应付生产，应急问题处理，应付上级检查上，管理作用没能充分发挥。一些煤矿的领导对机电管理重视不够，大量压缩机电人员，造成机电管理人员不足，机电专业组织未能健全，机电管理网络经常中断，机电职能管理作用淡化。

1、2、煤矿机电管理人员素质有待于提高

由于煤矿是高危行业，社会地位低，机电人员工资待遇差。高智商、高文化的人几乎没有，从而出现人员文化低，专业技术水平不高，年纪大等问题。又没有接受机电专门技术培训，理论知识不足，接受新的知识慢，遇事反应能力差。违章作业经常发生，设备故障较高，安全生产没有保障。

尽管兼并重组煤矿的机电培训工作年年进行，但由于针对性不强，抽象理论讲解，职工文化低，年纪大等因素，对培训内容听不明白。理论不能联系实际，造成职工学习积极性不高，机电培训走过场。未能实现“要我学”到“我要学”的转变，培训达不到目的。

1 、3、设备选型、购置、验收、试管理不到位。

煤矿机电设备选型、购置、验收是设备规划工作中优化方案过程和前期管理的重要内容。当前由于兼并重组矿井还存在家族式管理模式，一般这些都是老板或他自己的亲属直接插手这项工作，他们位置不同，没有监督机制。各种选型、购置、验收等各项制度形同虚设，存在“内行听外行，价格胜于质量，权利胜于真理”的怪现象。从而导致设备选型、购置、验收和使用严重脱节现象。设备的买、用、修、互相扯皮，各行其是，缺乏统一规划。

1、4、设备存在隐患较多

众所周知，安全生产是煤矿生存发展的永恒主题，而煤矿机电设备运行安全、可靠是煤矿安全生产的重要保证。设备老、旧、杂、带病运转。安全设施、保护装置不齐全，距《煤矿安全规程》要求存在差距。设备、配件采购混杂，同型号、不同厂家，通用性差，不能相互替换，备件利用率低，增大了工作难度。

1、5、设备投入不足，水平落后

由于管理、资金等各个方面的因素限制，很多煤矿企业在机电设备上的投入不足，设备因超期服役，安全性能大大降低，同时还存在着很严重的安全隐患。从而严重制约着煤矿企业的发展和经济效益的提高，也影响着安全生产甚至会为安全事故付出代价。

由于地质条件比较复杂，资源有限，搬家挪面频繁，造成机电设备安装、检修、维护量增加，机电职工经常加班延点，而待遇相对偏低，一些高水平的机电技术人员纷纷跳槽，机电安全生产处于被动状态。

2、改进兼并重组煤矿机电管理的办法

2、1、建立和健全安全生产选型责任制度

首先应该建立和健全机电管理的安全责任制度。有专门的人员进行管理、负责和监督。任何部门和个人都应该对自己范围内的安全工作加深认识、提高警惕。明确责任、规范行为、定期检查、随时汇报、实时监控，确保各项制度落到实处。

2、2、设立专业的机电监机构提高人员素质

设立机电监机构，提高自身专业素质。对本矿设备要进行地毯式逐台设备、逐线、逐面全面监察，对查出的问题，不留情面，该停的停，该罚的罚，绝不手软。要用铁心肠、铁手腕去严格把关，公正执法。以身作则，摆正监察与被监察，监察与服务关系。发现问题立即处理，发现问题严格做到：定人员、定标准、定资金、定时间整改，并确保落实、监督到位。

加强对一线工人的`安全意识和素质教育培训。教育职工爱护机电设备，不胡干蛮干，严格按照设备的《操作规程》正确操作使用。严格落实设备包机制度。坚持“谁使用，谁维护，谁负责”的设备包机原则。把维护保养工作落实到人。确保机电设备定期保养到位，故障及时得到处理。

2、3、积极倡导新的工艺和技术

煤矿机电设备的管理人员要积极的推广新设备的应用，要及时学习和引进新工艺。尽可能采用最先进的设备和最流畅的工艺，从而实现矿井设备、工艺、生产的安全、高产、高效。确保煤矿必须的生产装备、安全监控设备投入到位、正常运转和更新换代。对设备的购进、安装、使用把好进入、验收、维修关，保证设备质量符合使用要求和安全标准。坚决杜绝伪劣机电、无煤安标志、非防爆、非阻燃产品违规入井，从源头上消灭事故隐患。

2、4、重视机电管理水平

首先是矿井主要领导要重视机电管理，这是加强机电管理的关键。机电管理人员要经常向矿领导汇报机电工作，多提工作建议，以获得领导的支持。