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第1篇：機電系統設計范文

【關鍵詞】地鐵機電設備監控系統 設計

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

地鐵車站設備監控系統( EMCS) 通過中央級、車站級和就地級三級對車站設備進行監控, 通過中央級和車站級進行系統管理。車站設備監控系統對全線各個車站的通風空調系統設備、給排水設備、自動扶梯、電梯、車站公共區照明、廣告照明、車站事故照明電源、屏蔽門及人防密閉隔斷門等車站設備進行全面、有效的自動化監控及管理，確保設備處于高效、節能、可靠的最佳運行狀態，并創造一個舒適的地下環境，此外在火災等災害或阻塞事故狀態下，能夠更好地協調車站設備的運行，充分發揮各種設備應有的作用來保證乘客的安全和設備的正常運行。

一、系統設置目的

地下鐵路作為現代化城市建設的標志之一，因其具有無污染、低噪音、高速度等優點，目前已被越來越多的城市所采用。機電設備監控系統( EMCS) 是將計算機及其網絡技術相結合的機電設備自動化控制系統，該系統的控制對象主要為地鐵通風空調設備、給排水設備、正常照明設備及電扶梯等設備。其主要作用為：對地鐵內的環境質量進行監視和控制，使其在正常情況下滿足乘客舒適度的要求，并在緊急情況下提供正確可靠的信息來保證乘客等人員安全。其中，由于地鐵工程的通風空調系統與一般的地上建筑完全不同，其溫濕的變化既有它的周期性，也有受外界干擾的隨機變化無規律性，因此，通風空調系統容量大且復雜。在這種情況下，如果沒有計算機控制系統，只靠工作人員人為去控制是根本無法實現的。所以在全線設置EMCS 系統非常重要。設置機電設備監控系統是想借一斑而窺全貌，想以此達到反映整個監控系統的設計思路，確保以上這些系統的安全可靠運行的目的。特別是在地下車站發生火災事故的情況下，能夠使有關救災設施按照設計工況及時有效地運行，從而保障人身安全。

二、地鐵監控系統的技術特點

1、環境條件特殊

地鐵建筑所處環境具有特殊性，由于機車為電力牽引,且地下相對外界隔絕，環境潮濕。既不同于地面商用建筑物，一般所處環境較好，電磁干擾較輕，也不同于工廠金屬粉塵等有害物質較多，環境惡劣。

2、功能要求特殊

地下鐵路屬于公共交通行業, 是城市交通的一面窗口，是面向乘客的優質服務，反映了城市的先進程度。這種服務除了人的因素以外，設備的安全、可靠、高效、節能所帶來的舒適感、安全性也非常重要。不同于智能樓宇側重于辦公自動化、通信自動化、長時間工作下環境智能調節的要求,地鐵建筑監控系統則更側重有利于安全行車管理、變化客流下的環境調節、災害情況下的疏散導引、相關設備在各種情況下的有效運行。

三、監控系統組成及功能

1、車站級監控系統組成由設置于車站環控電控室和車站控制室( SCR) 的可編程序控制器( PLC) 采集現場設備的狀態信號，通過網絡通訊線傳遞到車站級服務器及監控工作站，車站監控人員再通過工作站下達控制指令，由PLC 傳遞到現場設備完成。

2、中央級監控系統由中央級局域網絡構成，網絡內包括主備監控主機、主備服務器、檔案管理計算機、網絡交換機、打印機、打印機服務器、大屏幕顯示系統和UPS 等設備。

3、就地級監控設備組成：作為車站級監控設備PLC 控制器的組成部分，遠程I/ O 設備直接與現場設備連接，采集從現場傳感器檢測到的各類信號；同時，遠程I/ O 也將上級下達的控制任務，直接傳遞到現場的閥門、開關及電機等執行機構，從而完成系統的控制指令。對于關鍵性的監控場合，使用帶CPU 處理器的遠程I/ O 來實現獨立控制功能。

4、地鐵監控系統從全線功能來講，包括了設在全線調度指揮中心的中央級功能，設在各個車站控制室和環控電控室的車站級功能，以及設在被控設備附近的就地級功能。

車站級設備監控系統負責統一管理本車站的被控設備。接收中央級下達的指令，完成其控制要求，以及實現對車站的環境監控、其他機電設備的監控管理和導向設備監控。

四、車站級網絡構成

1、點對點形式

車站局域網采用1: N 點對點的結構方式，局域網上設置服務器，通過集線器可同時與所有子網控制器進行點對點數據交換，通信方式采用輪回仲裁方法，實現點對點的通信方式。該方案屬于集中式通信策略，網絡結構簡單，易于擴充，但需要的數據通路多，而且工作站處容易形成通信故障的瓶頸。

2、環形以太網形式

局域網通過連接設備將網絡連接成環型，系統各控制器作為環網上的節點互通信息。網絡通信協議采用TCPPIP 協議組標準，通信方式為CSMAPCD。由于以太網是一個非常開放的網絡，且通訊能力強大，網絡通訊設備成熟。但其傳輸效率的能力相對薄弱，如果采用高可靠、高品質的交換機作為連接設備，利用它的存儲轉發功能，建立邏輯上的多通道，則可以較好地解決這一問題。另外，為了保證系統的控制和信息的響應時間，可選擇通信速率為100Mbps 的高速以太網。

3、工業總線形式

系統各控制器作為網絡節點連接在總線網上，利用總線作為節點的共同信道互通信息。采用廣播或主從等方式通信。這種總線方式，通訊效率高，節點增加容易。常用在工業網絡中，通信效率和可靠性依據大量的工業實踐有所保證。但不同廠家的總線系統有各自的數據通信特點，相應的總線產品有其自己的市場定位，在開放性方面都有所努力，以達到通用性的目的。

五、設備選型分析

車站級局域網的高效運行，往往取決于網絡連接設備和信息傳輸的物理介質，而控制器的選擇又直接關系到系統控制性能的高低。在高速以太網尚未普及之前，大多數以太網10Mbps，沒有交換機的需求。對于百兆以太網，選用高品質10P100Mbps 自適應端口的交換機，可以使其連接的每個端口設備擁有足夠的帶寬。其自動偵測交換和全雙工功能，使網絡有著良好的擴充延伸性能。而支持冗余雙環硬件自動切換的功能，使以太網的雙環結構成為可能， 這樣就在網絡故障自愈能力上提高了系統的可靠性。

采用多模光纜作為傳輸介質，避免了強電磁感應、高電壓引起的干擾。選用帶有鋼護帶，具有良好抗拉伸和抗側壓，以及防濕防潮性能的光纜，更有利于在地下的安裝敷設和系統傳輸可靠性的提高。

作為車站級監控系統的核心部件，控制器的處理能力、處理速度、擴展能力、可靠性、易維護性等諸多方面都要有所考慮。而PLC 在這些方面則有很好的性能和實踐。在對實際數量的IPO 數據收發的同時，有大量的中間處理數據，選擇CPU 的處理能力就要遠大于實際的IPO 數量。對于不同的指令，處理速度有幾倍，甚至幾十倍的差別，選擇基本賦值指令作為參考，具有可比性。為提高可靠性，如一臺PLC 被診斷故障，另一臺必須保證所有下層設備及數據通訊不間斷、無擾動的繼續正常運行，PLC 常需要冗余配置。配置方式有單電源- 雙CPU、雙電源- 單CPU、雙電源- 雙CPU的多種組合, 采用后一種及雙背板結構，更能保證PLC 的完全冗余。采用標準化選件、模塊化結構、可帶電插拔方式等，為運營維修部門的現場設備維護和日后系統的擴展創造了條件。

總結

地鐵機電設備的自動監控是一項十分重要的控制技術，也是一項繁雜的系統工程，涉及許多專業的設備監控及運行要求，有著地鐵行業的特殊性。這就要以接口協調配合為基礎，設備選型為根本，網絡構造為條件，以管理措施為保證，以實際運營經驗作為優化的前提，才能使得地鐵監控系統有更好的發展前景。

參考文獻

第2篇：機電系統設計范文

【關鍵詞】機電；數據機構；分層；系統設計

中圖分類號：F407 文獻標識碼： A

一、前言

采用計算機操作可以將機電結構數據進行簡單的導入，這就是機電結構分層系統設計的目的，本文重點對機電結構設計的意義以及形式進行了詳細的分析，目的是提高機電結構設計的質量，供相關的設計人員參考。

二、機電數據結構分層系統設計意義

機電數據結構分層制作系統設計的目的就是將產品技術資料光盤進行電子化轉換后，把提取的有用信息放入機電數據樣表，然后通過其自動轉換成可導入信息管理系統的機電數據結構分層文件。機電數據結構分層文件是信息管理系統中重要的輸入數據，是編制采購計劃及實現預防性維護的依據，其制作質量是否準確、規范直接關系到企業的配件庫存及產品維護的成本。未開發軟件之前，機電數據結構分層是通過人工來完成的，費時費力，特別是對于一些結構復雜且配件數量比較多的機電產品人工分層顯得尤為煩瑣，極易出現漏分及父子關系關聯的錯誤，這嚴重影響數據的正確性，且無法保證時限性。機電數據結構分層制作系統實現了數據結構分層工作的自動化，從根本上解決數據分層工作中的大量人力耗費問題，可為企業信息化管理系統提供了準確、規范的數據信息，實現產品結構分層信息的共享及更新的便捷化，真正達到了配件的計劃與控制。

三、機電數據結構分層制作系統實現的技術

1、采用了數據庫技術。機電數據結構分層的整個過程所使用的數據庫管理軟件只是用來存儲提取到的基本數據、根據關聯處理規則分層后的數據表是EXCEL格式的文件載體，處理結果依用戶設置自動保存，該軟件使用SQLServer2000數據庫管理系統，即可滿足用戶將來要求保存一定量數據的要求，也能滿足對這些基本數據的處理功能。

2、采用了多線程編程技術。數據結構分層功能模塊通過采用多線程編程技術，提高應用程序響應度，使處理器效率更高，且占用較少的系統資源。

3、桌面編程技術。當前桌面應用開發技術還是首推Delphi。Delphi是一個以面向對象程序設計為中心的應用程序開發工具，具有基于窗體和面向對象的方法、高速的編譯器及強大而成熟的組件技術等特性，因此該軟件是基于Delphi7.0環境開發而成。

四、數據的傳輸技術及實現

ADO是Microsoft為數據訪問范例OLEDB而設計，是一個便于使用的應用程序接口。ADO通過OLEDB提供訪問和操作數據庫服務器端的數據，特點是速度快、內存支出少和磁盤遺跡小…。ADO在關鍵的應用方案中使用最少的網絡流量，并且在前端和數據源之間使用最少的層數，所有這些為程序運行提供了輕質量、高性能的接口。Delphi提供了ADO數據庫編程技術，由于ADO內置在微軟的操作系統中，因此開發數據庫應用程序避免了BDE的配置和安裝，減少了的難度。

開發和一個基于Client/Server方式的應用程序，需要在服務器端安裝后臺數據庫軟件，并且建立或導入自開發程序所需要的數據庫、賬號和角色等。有兩種方法可以實現，一種是在程序開發完成時，備份最終使用的數據庫，連的程序一同提交給使用者，在用戶的服務器端安裝數據庫系統后，根據實際情況手工導入所需的數據庫。另一種方法是在開發的程序中編寫代碼實現數據庫安裝和初始化，提交給用戶的只是的程序，用戶在服務器端安裝數據庫系統后，在客戶端運行應用程序，完成程序所需數據庫的建立和初始化。顯然，后一種方法更加靈活可靠，自動化程度高。本文講述如何在Delphi7.0開發環境下使用ADO技術，編程實現SQLServer2000數據庫服務器的連接和程序所需數據庫的初始化。這是數據結構技術最為核心的內容。

1、機電數據結構分層制作系統設計思路

Delphi是一個高效的可視化數據庫管理信息系開發工具。利用Delphi 控制EXCEL數據層、格式復雜的報表等與EXCEL 相關的工作，通情況下，對一些不常用到的 操作，只需利其自身函數強大的處理功能進行操作即可，而對一些經常用到且有規律可循的操作，則可以利用Delphi快速應用程序開發工具編寫程序控制EXCEL格式的文件，更好地提高工作效率。由于分層系統使用的后臺數據庫是SQLServer ，SQLServer而 對源表格式的要求比較高，因此在往系統中導入準備分層的機電數據表時，應先將整個表的格式設置為文本格式，并且在制作完成時，進一步核查是否與模板要求相符，將格式不符的進行更正。

2、機電數據結構分層文件中分層編號的數字表達形式能夠非常直觀地了解該產品與組件、組件與零部件之間的關聯關系，產品部分配件關聯見表1。

分層文件中組件的多少及分層的級數反映了產品機構及裝配的復雜程度。對于屬于價值高、重要、可重復使用、可用于同類其他產品的重要零部件，定為跟蹤件，其分層號與產品前均標識字母Z，同產品一樣作為資產進行全壽命跟蹤管理，其他零部件分層號前標識字母B，這是為下一步關接生成而特殊設定的，每個配件所要求反映的技術參數列事先根據系統要求設定。

五、系統界面配置及軟件流程

1、系統界面配置

系統界面配置該軟件界面配置 比較人性化，實現了分層的個性化設置、頁面高清顯示顏色的設置、分層完成后關機設置等。 “系統―設置―初始化數據庫”，可以通過此路徑刪除導入的所有機電數據表，也可以在此界面進行刪除。每次使用之前，要進行初始化數據庫操作。

機電數據表有 5形式的模板，分別為無ZO主 組 件―― ―無直屬件和有直屬件，有ZO 組件―― ―無直屬件和有直屬件，對于多臺設備分層情況，像刮板輸送機，轉載機和破碎機和液壓支架就屬于多臺設備的情況，根據軟件要求規范成一種特殊形式的模板。規范后的機電數據表導入后臺數據庫，進行自動分層。整個分層過程清晰明了，對數據的每次處，都會顯示到“處理日志”中。分層結束后，顯示分層完成，并將結果顯示到頁面中。將系統完成的結構分層文件與人工分層完成的結構分層文件通過VLOOKUP進行核對后，其結果準確無誤。對于處理同等數據量的機電數據表，效率由原來的1周，提高到 完成。

2、系統軟件流程

系統軟件的編程是基于下面的流程框圖來編制

的，設備結構分層的實現主要有以下幾個步驟：一是讀取規范好的 表中的數據。將表中 數據節點、一級 主組件數據節點及基礎數據父子數據表存入數據庫臨時表中，以便對數據進行更深一步操作 。二是進行兩次判斷，首先判斷 主組件節點是否為空，如果是顯示分層結果，如果不是查詢是否有子節點；再次進行判斷，如果否再讀取主組件節點，如果是生成父子數據，該步是本程序中的一個重點。經過不斷循環，完整實現數據橫向及縱向多層分層結構。三是從數據庫中讀出數據，把分層結果寫入EXCEL表中。由于程序執行是按主組件與子組件的圖號件號來進行關聯，一旦數據表中前后相同組件的圖號件號不一致，該程序將會關聯錯誤，導致錯誤的分層結果，因此要充分發揮該系統的作用，必須在數據源頭把關，并正確選擇模板。

設備數據結構分層系統自動化制作軟件已應用于多個大型企業的數據結構分層處理工作，郊果顯著。通過采用該系統，大幅度提高數據分層工作的效率和準確率，并用較少的人力物力為企業提供了及時、準確的數據，為企業適應市場競爭奠定了良好的基礎，國內很多大型企業都引入了企業信息管理系統，這為系統的推廣帶來廣闊的前景。

六、結束語

綜上所述，本文重點對機電數據結構分層的系統設計進行了詳細的分析，目的是提高相關企業的工作效率。更早的實現自動化的操作。

參考文獻：

[1] 任金霞， 黃運強， 方翔. 分布式數據庫技術在保險信息管理系統中的實現[J]. 計算機與現代化， 2009，（8）.

第3篇：機電系統設計范文

關鍵詞：PLC；真空吸板機；流程圖

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

真空吸板機是SMT生產線自動化設備的重要組合部分，主要是通過真空吸附裝置來吸附PCB板進行運輸起吊。在真空吸板機中，真空吸附裝置是整個機器的心臟。真空吸附裝置的工作原理是依靠真空源產生的真空力來對物品起吊、搬運及夾持的一種省力機械。與機械、電磁起吊裝置相比，具有以下特點：結構簡單、成本低；安裝方便、操作容易；維修費用少；不損傷工件；吸附、放開工件迅速等。本文主要介紹真空吸板機的電氣控制系統設計方法。

一、系統要求

真空吸板機主要作用是通過氣缸調整氣壓吸附住PCB板，并將其傳送到流水線上輸送到需要的崗位。其主要工作順序是：在輸送單元在通電后，按下復位按鈕SB1，執行復位操作，使吸盤回到原點位置。再按下啟動按鈕，氣缸工作，吸盤吸取PCB板，15秒后吸盤上升，到達上限位后，氣缸工作，吸盤松開PCB板，1秒后吸盤下降，達到下限位后，氣缸開始工作，吸盤吸取PCB板，然后依次循環。

二、電氣控制系統設計

（一）控制器

PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置，具有可靠性高，抗干擾能力強，硬件配套齊全，功能完善，適用性強，易學易用，系統的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造等特點。本控制系統選用豐煒PLC，豐煒PLC特點是貼近市場，創新而實用，功能齊全，性能穩定。其使用方式與三菱PLC有較多類似，學習起來十分方便。豐煒PLC降低了配線工作，這樣的接線方式降低了錯誤率，也給維修帶來方便，拆、裝都只需拔一次。

（二）工作流程

首先按開始按鈕，再按復位鍵，看看吸盤是否向下移動，當到達下限位后，開始手動選擇是上下運輸還是左右運輸。當上下運輸時，真空泵開始工作，吸盤吸附PCB板，延時2S后上升，達到上限位后再次選擇是左右運輸還是放下PCB板進行加工。如果是上下運輸，則吸盤松板，再向下運輸以此循環。當左右運輸時，先向右運輸，到右限位后，真空泵工作，吸盤吸板，再選擇上下運輸還是左右運輸，如果是左右運輸，則向左運輸，到達右限位后吸盤松板，以此循環（如圖1）。

圖1 系統流程圖

（三）程序設計

該梯形圖程序（如圖2）主要是按照工作流程圖來編寫的，其中要注意程序的分支和聯系。比如說，在上下運輸后選擇左右運輸；或是先左右運輸再上下運輸；或是直上直下，直左直右運輸。

圖2 部分梯形圖程序

三、結束語

在現代工業制造中，真空吸板機得到越來越廣泛的應用，在不同的應用場合，有效的選擇、設計真空吸板機是現在化自動控制設備成功的關鍵。本文介紹了真空吸板機電氣控制系統的設計方法，真空吸板機結構簡單、成本低、穩定好、適合大面積推廣使用。

參考文獻：

[1]王兆明.可編程序控制器原理?應用與實訓[M].北京：機械工業出版社，2008.

第4篇：機電系統設計范文

【關鍵詞】機電一體化；伺服傳動系統；智能化；結構設計

1、引言

機電一體化是當前機電工程的重要發展方向，特別是隨著各種信息控制技術的發展，機電一體化開始逐漸向著智能、集成的方向發展，其中伺服傳動技術就是其中非常重要的一類。隨著伺服傳動技術的逐漸成熟，工程機械對其進行了科學的定義，伺服傳動技術（伺服控制，伺服系統）是指在控制指令的指揮下，控制驅動執行機構，使機械系統的運動部件按照指令要求進行運動。實現執行機構對給定指令的準確跟蹤，即實現輸出變量的某種狀態能夠自動，連續，精確的復現輸入指令信號的變化規律[1]。由于其操作簡單，控制能力準確，因此，伺服傳動系統被廣泛的應用于機械電氣控制系統中，成為當前機電一體化系統控制的重要技術。因此，本文將對伺服傳動技術的基本工作組成及其系統設計展開分析，為實際的機電一體化技術的發展提供參考。

2、伺服傳動系統結構組成

整個伺服系統結構組成并不復雜，它是有幾個基本元件共同組成，并且彼此之間存在著指令的加工和分析[2]，如圖1所示。

從系統的結構組成分析，整個伺服傳動控制系統工作大致包含四個環節：比較環節，控制調節環節，執行環節以及檢測環節。當輸入指令進入整個系統之后，指令信號將被各個環節進行加工，從而最終獲得指令的反饋。

比較環節。比較環節是信號處理、分析的第一個環節，通過對輸入信號與反饋信號進行比較，從而計算出輸出與輸入信號之間的差別。如果二者具有較大的差別，那么說明系統對于信號的處理存在問題，可以通過對系統進行一定的調節而校準。

控制調節環節。控制調節環節是對比較環節的信號分析做出的空盒子和調節，通過對信號差別的變化，從而做出正確的指令，這一環節主要通過計算機或PID控制電路完成。

執行環節。執行環節是控制系統的指令完成的主要環節，它將調節元件的輸出的信號轉化為實際的機械能。在實際的機電一體化系統中，執行元件通常指種電機或液壓、氣動伺服機構等。

檢測環節。檢測環節是對輸出信號進行檢測與反饋的過程，在機電一體化中是指能夠對輸出進行測量并轉換成比較環節所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉換電路。

伺服傳動系統的分類方式和類型有多種[3]，例如，根據控制原理（或方式）的不同，分為：閉環、半閉環和開環三種形式；根據被控制量性質不同，分為：速度、位移、力和力矩等伺服系統形式；按驅動方式的不同，又分為：有電氣、液壓和氣壓等伺服驅動形式；按執行元件的不同，則分為交流電機伺服、直流電機伺服和步進電機伺服形式等。但是無論是那種形式，其傳動系統的組成都是類似的，各個環節之間的協作形成了統一的整體。

3、伺服傳動系統的工業設計

伺服傳動系統的設計是建立在系統組成確定的基礎上展開的，整體系統的工業設計主要包括兩個方面：方案設計和系統設計計算。本將以開環控制位置伺服系統作為實例對系統的設計進行分析。

3.1系統設計的方案確定

系統設計的方案確定實際上是對系統的各個組成環節進行確定，從而為完整的系統選擇有效的設備。在開環伺服系統中，各個元件的選擇原則如下。

執行元件的選擇。執行元件是控制信號與設備之間的連接，是整體系統工作核心。在開環伺服系統中，執行元件主要采用步進電機、液壓伺服閥控制的液壓馬達和液壓缸、氣壓伺服閥控制的氣壓馬達和氣壓缸等。在系統設計中，步進電機應用最為廣泛，如果負荷能力不足，則要考慮用其他的設備。總之，在執行元件的設計時，要充分考慮設備的負載能力、調速范圍、體積、成本等因素。

傳動元件的選擇。傳動機構實質上是執行元件和執行機構之間的一個機械接口，用于對運動和力進行變換和傳遞，伺服系統中執行元件以輸出轉速和轉矩為主，而執行機構多為直線運動或旋轉運動。最常用的傳動方式包括齒輪齒條傳動、絲杠螺母傳動、同步齒型帶傳動、以及直線電機傳動。每種傳動方式起到的作用是不同的，不同方式的伺服傳動系統要根據傳動方式進行元件選擇。

控制元件的選擇。控制元件的選擇較為簡單，當前開環伺服系統的控制元件主要包括微機、步進電機控制方式、驅動電路、接口電路等。

3.2系統設計計算

對于開環伺服傳動系統，不僅要確定各個元件，還必須根據系統的要求進行一定的機械計算。計算的內容主要包括脈沖當量以及減速傳動比。

（1）脈沖當量的計算

不同的執行元件其脈沖當量是不同的，以步進電機為例，在精密機床中，脈沖當量一般在0.001-0.0025mm/pulse；數控機床一般為0.005～0.01mm/pulse；一般機床為0.1～0.15mm/pulse。

在系統設計時，先根據系統的要求度選定脈沖當量的范圍，再根據負載確定步進電機的參數，并選定絲杠的導程，計算出傳動比，最后設計傳動齒輪的各參數。

（2）計算減速傳動比

減速傳動比是伺服傳動系統重要的參數，通過數值大小來確定傳動方式，其計算公式為：

其中，i表示減速傳動比，α表示步進電機負載參數，p表示絲杠的導程，δ表示脈沖當量。

在設計過程中，當計算出的傳動比較小時，采用一級齒輪傳動或同步帶傳動；傳動比較大時，采用多級齒輪傳動。

參考文獻

[1]周保牛，黃俊桂.具有伺服進給功能的數控主傳動系統的研制[J].機床與液壓，2009，10

第5篇：機電系統設計范文

關鍵詞：機電作動器 DSP 監控

中圖分類號：U674 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（a）-0041-02

飛機作動系統逐步由傳統的液壓作動方式向電力作動方式轉變[1-2]。為了提高電力作動系統的可靠性，國內外許多先進飛機采用多舵面，多余度的控制方式[3-4]，這一趨勢導致機電作動器控制數量的增加。同時，現代先進飛機對安全性能要求的提高，對機電作動器可靠性的要求也不斷提高。對多個機電作動器的有效控制以及狀態的實時監控顯得尤為重要。傳統的檢測方式包括定期檢測和巡回檢測等，難以滿足系統安全性的要求[5]，為了提高工作效率、運行可靠性，設計了一種既能滿足多個機電作動器的控制需求又能對其運行狀態在線監控與分析的系統。

1 總體介紹

機電作動系統中的機電作動器通過CAN總線進行通信，從而實現各個機電作動器的協調控制，由于每個機電作動器采用相似結構，所以多機電作動系統的硬件設計主要是單個機電作動器的硬件設計。單個機電作動器的控制系統由控制器、光電隔離電路、驅動電路、電機、傳動裝置以及傳感器組成。控制器采用TMS320F28335控制芯片。

2 系統硬件設計

機電作動器是由控制器，驅動電路、電機以及傳動裝置構成[6]，系統的硬件設計主要包括電源電路，數據采集電路，以及通信電路，從而實現對多機電作動系統的控制以及對其狀態的監控。

2.1 電源電路

在機電作動系統中，DSP的I/O口供電電壓為+3.3 V，內核供電電壓為+1.9 V，電路的供電電壓是+5 V，驅動電路中的IGBT管則需要+15 V的供電電壓，所以電源電路需要提供的直流電壓有+15 V，+5 V，+3.3 V，+1.9 V。將電網中的交流電通過整流、濾波、穩壓電路轉換成直流電，提供+15 V，+5 V電壓。采用TPS73HD301芯片，它是一個雙通道電壓輸出變換器，輸入電壓為+5 V，輸出電壓分別是+3.3 V和+1.9 V，滿足了系統要求。

2.2 數據采集電路

F28335上集成16通道的ADC模塊，實現對系統中電流電壓等信息的采集。系統外部時鐘配置為30 MHz，采樣帶寬是12.5 MSPS。傳感器采集的信號多為模擬信號，而且信號噪聲較大，一般不能被控制器直接使用，所以需要通過信號調理電路對這些傳感器信號進行放大或者縮小，達到指定的范圍內，然后送入到控制器A/D轉換通道轉換成數字信號。信號調理電路一般由放大器以及相關的濾波電容和濾波電阻組成，系統采用集成運算放大器OP4177。

2.3 通信電路

TMS320F28335上有兩個加強型CAN總線模塊eCAN，不僅可以實現機電作動器之間的通信的，同時還可以實現與上位機之間的通信。CAN總線和工控機之間的通信需要加入CAN/RS232協議轉換接口卡。CAN總線控制器采用PHILIPS公司的SJA1000。CAN總線和CAN控制器之間通過接口電路相連，根據CAN總線通信協議進行信號的傳送和接收。CAN總線接口芯片采用PHILIPS公司PCA82C50。

2.4 抗干擾設計

在硬件設計中常常需要考慮電磁干擾的問題，在該系統中采取的抗干擾措施主要包括：（1）在設計PCB板設計的時候，導線間、元器件之間的間隔稍大些，設計地線時數字信號地和模擬信號地分開；（2）采取隔離措施，采用隔離元器件將部分大功率器件進行隔離。（3）提高電源的抗干擾性，如采用濾波芯片。

3 系統軟件設計

3.1 系統級控制

系統控制程序主要包括以下幾個部分：系統初始化程序、中斷子程序、EV模塊數據采集子程序、ADC模塊數據采集子程序、狀態數據分析子程序、數據傳輸子程序。

3.2 信號處理

系統采集的信號噪聲較大，需要對這些信號進行預處理工作，主要通過FFT算法來實現主要包括以下幾個部分。

（1）為了消除采集信號中不規則的隨機干擾噪聲信號，采用平均消除法，對數據進行標定變換，從而消除高頻噪聲。如式（1）所示：

均方根值亦稱為有效值，是噪聲信號的能量的一種表達。

離散隨機信號的方差表達式為：

系統采用離散傅里葉變換，對數據進行頻譜分析，得到幅值和相位譜。幅值可以用來描述信號大小隨頻率變化的分布情況，相位譜反應信號各個頻率相位角的分布情況。

4 實驗驗證

該實驗是對無刷直流電機A相繞組電流進行分析。選擇采樣數據其中5 000個點，去均值后得到系統狀態的時域數據，求其均值、均方根植、方差獲得時域特征值。經過傅里葉變換，轉換到頻域進行分析，通過上位機顯示模塊進行顯示。并將生成的歷史數據進行保存，以觀測系統的變化及其發展趨勢，系統畫出了連續采樣40組電流數據的特征參數，每組5 000個數據點數，均方根值趨勢圖如圖1所示。趨勢圖采用定時刷新模式，以實現對系統的實時監控。

5 結語

采用DSP芯片TMS320F28335設計多機電作動器實時監控系統。利用DSP豐富的外設接口實現對機電作動器的控制以及信號采集，通過CAN總線實現系統的分布式控制和數據共享以及和上位機的連接。通過上位機對采集的數據進行處理，從而判定系統的工作狀態。滿足了系統遠程故障監控的需求。

參考文獻

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[4] 嚴仰光，秦海鷗，龔春英，等.多電飛機與電力電子[J].南京航空航天大學學報，2014，46（1）：11-18.

第6篇：機電系統設計范文

關鍵詞：機電一體化；數學建模；項目教學

Exploring of teaching reform for the course of design of mechatronics system

Ding Wenzheng1, Wang Juan2, Wang Mulan1

1. Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China

2. Jiangsu institute of economic & trade technology, Nanjing, 211168, China

Abstract: A new teaching mode was suggested according to the characteristic of the course of design of mechatronics system. Mathematical modeling method and project-teaching method were implemented in this mode. The teaching reform scheme was presented which included the project task, refinable teaching and teaching by oneselves, and a new assessing approach was established which was focus on the ability of the students. By this teaching mode, we hope that the students could improve the ability of solving the practical engineering problems through abstracting the model.

Key words: mechatronics; mathematical modeling; project-teaching

在高等教育進入普及化的今天，應用型人才越來越受到社會的重視。所謂應用型人才，是指面對實際問題，具有解決實際問題能力的人。工程問題錯綜復雜，如何在教學中培養這種能力呢？關鍵就在于讓學生搞清“模型”的意義。因為“模型”反映的是事物的本質，是對客觀事物的近似描述。我們要引導學生提出“模型”，通過抓“模型”，教給學生提出問題、分析問題、解決問題的方法。

機電一體化系統設計作為機械制造及自動化本科專業的專業課程，是對基礎課、專業基礎課等知識內容的綜合應用，是理論與工程結合的前沿課程。目前按照知識體系劃分的教學模式，往往造成學生雖然學習了各個模塊的知識，但因缺乏對工程對象的總體認識和把握，使得在系統層面上的設計和應用能力較弱。為此，筆者圍繞應用型人才的培養目標，結合南京工程學院在應用型人才培養方面的教學改革實踐，探討在機電一體化系統設計課程教學中，融入數學建模和項目教學兩種方法，在項目任務中加強數學建模和數字仿真分析的內容，培養學生提煉模型，通過模型分析、解決實際工程問題的能力。

1 機電一體化系統設計課程分析

機電一體化是機械工業的發展方向，但機電一體化系統設計是機械技術和電子技術的有機融合，以此實現系統構成的最佳化。如果按照知識體系劃分進行教學，每個知識模塊的內容都不能深入探討，教與學都是蜻蜓點水，而且知識模塊之間的銜接脫節現象比較嚴重，在最后的應用案例講解時，學生基本只能被動接受，至于為什么這樣設計或這樣的方案是否最佳普遍比較模糊。如何引導學生從總體上進行系統分析和設計是這門課教學探索的第一個基本點。

另外課程的教學內容在很大程度上受到了教材的限制，而且技術性的課程如果沒有實際的操作，教學很容易陷入教師主導的“空對空”局面，教師對著多媒體講，學生對著多媒體聽，一起紙上談兵。所以如何改革教學內容、教學方式，發揮學生學習的主動性是教學探索的第二個基本點。

針對以上分析，筆者提出綜合數學建模和項目教學兩者特點的教學改革措施，增加項目教學內容，重點引入“系統”的概念，引導學生運用系統的觀點對項目任務進行數學建模，進而分析解決問題。

2 教學方案設置

我們根據機電一體化系統設計課程特點，設置了以項目任務為主，以知識精講和自學自研為輔的教學方案。

(1)知識精講。以知識體系為主線，精講內容少而精，引導學生多角度、深層次地理解課程內容。精講以教師為主，重點是課程內容中知識模塊之間的銜接融合部分。這部分交叉內容往往是學生學習的難點，通過點的精講，以點帶面，達到知識的融會貫通。例如在講授執行裝置和機械系統兩部分內容時，略去執行裝置和機械系統本身的結構和特性分析，突出講解執行元件與機械系統結合中的問題，像機電系統的慣量匹配就是一個難點。為了講清這個問題，可以從學生已知的牛頓定律入手，進行對比分析，了解慣量匹配的目的是為了更好地實現系統的穩定性和快速性。此外考慮到理論理解的難度，可以利用多媒體播放慣量匹配對加工精度影響的實驗，將抽象問題形象化、具體化。

(2)項目任務。項目任務以學生完成為主，但任務的設計要求教師精心準備。項目都來自工程實際，需經過提煉整理才能達到教學目的，要求設計出項目任務知識覆蓋面廣，能貫穿課程的大部分內容，更重要的是要體現“系統”的概念，引導學生用系統的觀點分析問題，建立數學模型。模型不能太簡單，要體現數學建模的反復過程：即“項目分析―模型提煉―系統建模―軟件求解―結果分析―模型修正―應用”。基于上述目標，我們設置了“數控機床半閉環伺服進給系統設計”的項目任務，要求各個小組首先設計搭建一個單滑臺的半閉環伺服進給系統，然后按照物理系統建立運動控制性能的數學模型，以模型計算結果和實際系統測量結果的偏差為考核依據。項目開始就提醒學生要注意從系統的層面上分析影響運動控制性能的因素，既包括控制系統，也包括伺服系統，還包括機械系統。尤其是機械系統不能簡單地只考慮無阻尼自然頻率和阻尼比對滑臺動態特性的影響，還要考慮到滾珠絲杠的間隙、滑臺的摩擦等非線性因素的影響。指導學生在系統模型建立之后通過與實測結果的對比，反復修正數學模型，調整物理系統，搞清模型的意義，更深刻地認識物理系統的本質。

這樣綜合性的項目任務，學生初次碰到肯定覺得有難度，會占用大量的教學時間，因此項目教學要充分利用課余時間進行集中輔導。另外在課堂教學中適當增加部分簡單案例介紹供學生自學研究和模仿參照，提高學生的主動性和項目教學的效果。

(3)自學自研。機電一體化作為一門交叉學科，課堂講授內容總是有限，安排自學自研，可以開拓學生的專業視野，提高自學能力。首先在教材上打破“學一門課只讀一本書”的現象，引導學生圍繞項目任務研讀幾本推薦教材，然后根據實際需要自主選取所需的教材內容，進行知識構建，教師可以綜合不同學生的知識需要，作為精講內容的補充。另外，根據項目任務的需要，要求學生學會數學建模和相關建模軟件的編程方法，提高工具知識的應用能力。

3 考核方案設置

教學方案的改革要求考核方式也要多樣化。針對基本概念、理論和計算仍采取閉卷考核。但項目任務的完成是團隊協作和綜合能力的體現，這主要通過探索性表現、創新性表現、任務結果以及小組報告等綜合評定。自學自研則以專題報告的方式檢查，安排學生之間的互評。這樣的組合考核方法，既能讓學生以主動探索、積極動手的輕松心態完成知識的學習，又能培養和鍛煉學生的綜合能力。

在機電一體化系統設計教學中，通過項目任務加強學生系統分析和數學建模的訓練，有助于提升學生分析解決實際工程問題的能力。同時教學方式的變革也提高了對教師的要求，因為項目任務源自工程實踐，要求教師不斷地參與科研項目，追蹤學科前沿，隨時更新教學素材。培養應用型人才，教學改革勢在必行，希望通過筆者的探索，推進機電一體化系統設計課程的教學改革，培養出具有解決實際工程問題能力的人才。

參考文獻

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第7篇：機電系統設計范文

【關鍵詞】煤礦機電；安全；監查

1.硬件結構設計

該煤礦安檢設備的基本功能有：煤礦各工作面瓦斯濃度的實時采集記錄并顯示；瓦斯濃度超標報警；井下風速采集記錄；負壓（壓力力）記錄；一氧化碳濃度采集記錄；溫度采集記錄；水泵電機工作狀態；風機工作狀態；絞車工作狀態；電源過壓報警；失流報警；缺相報警；班次產量記錄；開關量采集及設備控制；載波數據傳輸；GSM/GPRS無線通信；參數設置；數據存儲；電源自動切換管理以及系統自檢等功能。設備分為井下數據采集終端和地面數據集中器兩部分。

2.采集終端設計

數據采集終端是用來采集、監測、控制井下設備狀態并將數據記錄上傳給集中器的裝置，可同時采集16路的開關量和16路模擬量，并經A/D轉換形成數字量，安裝在井下防爆箱內。它為各類傳感器提供工作電源，并以RS485總線方式通信；與集中器間以載波通信方式進行數據交換。集中器間采用載波通信方式，集中器可定時或隨時召喚井下各設備參數并存儲。

瓦斯傳感器安裝在井下各采煤工作面及巷道上，以采集不同點的瓦斯濃度。量程為0-4%CH4，供電方式采取采集器統一直流l5V供電，保障其安全性。當井下瓦斯濃度超標時，采集終端發出報警，報警燈不停閃爍的同時又通過語音報警以提示人員進行緊急撤離。同時監控室里的集中器也發出報警，提醒地勤人員采取緊急措施。另外，在報警同時打開風門及風機進行抽風，以降低瓦斯濃度。同樣，當井下一氧化碳濃度超標也會發出報警。需注意的是，由于氣敏傳感器都有一定的使用壽命，因此最好一年更換一次傳感器，以保障測量的準確性。

巷道風量的測量采用礦用智能風量傳感器，期，其測量范圍為風速0.3-15m/s；坑道斷面積小于30m2；允許誤差小于+0.3m/s；重復性誤差讀數值+1%；輸出信號為200-1000Hz/5-15Hz或4-20mA/1-5mA；工作電壓為Dcl5v；工作電流小于60mA；換能器工作頻率為l40-150kHz。經A/D轉換（或v/F轉換）后，可測得其通風量的大小，以了解井下空氣質量等。

由于井下到處都是易燃的煤，因此，當溫度過高時極易發生自燃的情況；由于井下燃燒為不完全燃燒，因此會產生大量的一氧化碳。上述情況會導致井下人員的一氧化碳中毒，當遇到明火時還會產生爆炸。因此井下溫度的測量很重要，尤其對于那些井下較干燥的礦井顯得更加必要。根據現場情況可安裝多個溫度測量點以監控井下溫度的變化。

井下巷道均由鋼架或木架支撐，為防止冒頂、坍塌等危險情況造成人員重大傷亡和財產損失，井下需要實時巡檢巷道壓力情況，并及時整修。因此，在承重架下安裝壓力傳感器實現壓力應變的實時監測，可及時檢測到出現的險情，從而能夠避免重大事故的發生。

井下設備大多為防爆型沒備，因此價格較一般同類型非防爆設備高許多。當出現過壓、失流、缺相或三相不平衡等情況時，常會燒壞電機造成停產，從而造成重大的損失。為盡量杜絕或減少出現此類狀況后造成損失。在電機進線上安裝精密的電壓、電流互感器，實時監測電壓電流的變化。當出現非正常變化時及時報警，超出預定值時自動斷開電源以保障沒備的安全。

井下設備的工作狀態是否正常對安全生產：非常重要，因此對風機、水泵、絞車等重大沒備工作狀態的監測是采集終端的另一重要功能。實時監測這些設備的二次觸點等開關量，然后經光電隔離、整形、限流電路接到單片機端門，單片機可根據這些開關狀態來判定設備的工作狀態。另外，主控室還可通過集中器向采集終端下發某設備工作狀態命令。

3.數據集中器設計

數據集中器是放置在主控室用來匯集、監測井下設備運行狀況、對異常情況進行報警及顯示，并能上傳的設備。同時，它還具有對地面絞車運行狀況實時監控、計量提升煤罐次數并計算生產量的功能。數據集中器可同時管理多個井礦下的采集終端設備，采用大容量掉電非遺失數據存儲器NVRAM，對井下各測量點數據可進行定間隔（1-60mim可設）存儲一個月的數據；可根據礦上生產情況設定班次及上下班交接時間，同時采集、計算并保存當前班、上一班、上上一班的生產量作為工人工作量核算的依據。采集方法是：在罐籠提升絞車電機進線上安裝電壓、電流互感器，利用絞車檔位控制開關的空觸點進行上下、檔位的辨別，根據罐籠提升重量的變化導致電機輸出功率的變化來判別出是空罐、上下人員還是煤罐。需注意的一點是：由于廠礦電壓晝夜變化都較大，因此根據公式P=U×I可看出當電壓變化時電流也隨著變化.電流互感器感應電流也會隨著變化，另外還會出現提升過程中罐籠撞綁導致感應電流瞬時過大的情況，也會有為防止罐籠過度搖擺出現危險而在提升過程中暫停（也叫穩繩）的情況。所以，在實際應用中對提升過程采集的信號經A/D轉換后，還需要進行求平均值以及設置穩繩時間、空罐重量參數、正常罐重參數、超重報警參數等參數的沒置。根據提升有效罐次乘以標準罐煤重量計算出當前班次的產量，到換班時間沒備自動進行換班存儲，將當前班次產量轉存為上一班次，上一班次轉存為上上班次，依次循環。對于小型煤礦，這樣的產量統計方式可以避免因錯計、漏計、少計的人為因素而導致矛盾的發生。

為便于進行參數的設置，集中器還具有人機接口。液晶顯示采用清華蓬遠公司內藏T6963C控制器的液晶模塊，分辨率為128×64點陣，能顯示漢字和圖形，可當地通過鍵盤進行參數設置、遠動控制操作等。實時刷新顯示井下各采樣點的數據及各設備開關狀態，當井下瓦斯濃度、溫度、負壓、一氧化碳濃度等超標時，集中器面板上各對應報警LED進行閃爍報警、并顯示出報警點所在位置，同時伴有語音報警。

集中器與采集終端之間通過低壓電力線進行載波通信，可實時召喚、存儲各采集終端下屬設備當前狀態字及數據.并講行顯示。用戶可通過RS232串口、紅外或RS485接口實現本地計算機與集中器的數據交換，也可通過計算機經集中器對各設備進行開、停控制。本方案中還增加了GSM/GPRS通信方式，當設備出現重大報警時，集中器自動將報警內容通過短消息的形式發給預定義好的手機，或者通過GPRS式將各數據記錄及報警記錄上傳到主管部門的計算機。這樣做可以實現無人值守的要求。

4.軟件設計

本方案所涉及到的軟件設計包括三部分：運行于數據采集終端中的數據采集、報警、控制及通信程序；運行于數據集中器中的數據采集、通信、報警及人機接口程序；運行于PC機上的后臺監控、數據庫等程序。

數據采集終端中的程序采用C51語言編寫，數據集中器中的程序也采用C51語言編寫，PC機上的后臺監控程序即圖形界面用戶應用程序，是通過Vistlal C++開發環境編寫的，采用串行口中斷的異步通信方式實現與無線MODEM通信；后臺數據庫程序采用Microsoft SQL Server2000編寫。

第8篇：機電系統設計范文

關鍵字： 起重機；異步電動機；矢量變頻控制；DSP

1. 引言

起重機是現代工業生產不可或缺的機械設備，被廣泛地應用于各行各業中。起重機需要在短時間內頻繁啟制動，對調速系統提出了更高的要求，傳統的轉子串電阻調速、定子調壓調速、串級調速存在調速范圍小、啟動電流對電網沖擊大、功率因數低、故障率較高等問題。

隨著微電子技術、電力電子技術的飛速發展，加之工業對生產效率和產品質量要求的不斷提高，交流變頻調速技術得到了越來越廣泛的應用 。變頻調速，通過改變電動機電源頻率來改變電動機的速度，調速范圍大，運動平滑性能好，可實現恒功率或恒轉矩調速以適應不同負載的要求，且由于逆變器的反饋作用，對控制目的的精確度也更高[1]。變頻調速以其優異的啟、制動性能，高效率和節能效果，在起重機上有著廣闊的應用前景。

2. 三相異步電機的矢量控制原理

三相異步電機是一個多變量、時變、非線性、強耦合的系統，要分析其微分方程組是十分復雜的。采用標量控制的策略，其控制效果不是十分理想，為了從根本上解決上述問題，研究學者們提出了交流電機的矢量控制思想，矢量控制是為了改善轉矩控制的性能，通過對定子電流的控制，進而實現對電磁轉矩的控制。其基本原理是：利用坐標變化原理把交流電機模擬成直流電機進行控制，在磁場定向坐標上，把電流矢量分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量，并使兩個分量互相垂直，彼此獨立，然后分別進行調節控制[2]，其關鍵是對電流矢量幅值和空間位置（頻率和相位）的控制。通過檢測或估計電機轉子磁通位置及幅值來控制定子電流和電壓，電機的轉矩便只和磁通、電流相關，這樣便與直流電機的控制相似，可以獲得高質量的控制性能。

3. 三相異步電機的矢量控制策略分析

整個矢量控制系統由整流和逆變模塊、SVPWM調制模塊、位置和速度估算模塊以及速度和電流環PI控制調節等五大模塊組成。

具體控制過程是：通過對定子三相其中兩相電流的檢測，得到電流 和 ，然后經過Clarke變換、Park變換，得到M-T坐標系下檢測電流 、 。再通過編碼器模塊得到電機轉速，將電機的給定速度與電機實際轉速相比后，作為速度PI的輸入，經調節輸出T軸電流給定值 。M軸電流給定 ，M、T軸電流分別與各自的實際檢測值相比較后，分別經電流PI調節，輸出MT軸電壓 和 ，再經過Park逆變化后，得到兩相靜止坐標下的電壓值 及 。之后便是要確定 及 的合成矢量位于空間電壓矢量所圍成的六個扇區中的哪一個扇區內，選擇合適的零矢量并計算該扇區內相鄰兩電壓矢量以及零矢量各自占用的時間[3]。從而設定DSP中相應事件管理器各寄存器的值，輸出六路PWM驅動IGBT，產生頻率和幅值可變的三相正弦電流，驅動電機，實現完整的速度FOC控制。控制系統框圖如圖1所示。

圖1 異步電動機的矢量控制系統框圖

4.1 起重機電機驅動系統的硬件設計

整個矢量控制硬件系統主要由主電路，控制電路和輔助電路構成。主電路由整流濾波電路、逆變電路和異步電機組成。逆變電路由六個IGBT功率開關完成功率的轉換，為了保護系統的核心器件，功率驅動電路采用了光耦隔離驅動方式。控制電路以TI公司的TMS320F2812為核心芯片，主要完成電機的電流環、速度環的控制及相關算法的實現。輔助電路主要是相電流檢測電路、直流側母線電壓檢測電路，以及一些電源電路組成[4]。其整個系統硬件原理圖如圖2所示。

圖2 三相異步電機的驅動系統硬件結構圖

4.1 驅動電路的設計

系統采用三相全橋式控制驅動電路，采用的IGBT是Fairchild（仙童）公司的FGA25N120，最高電流可達25A，最高電壓可達1200V，其供電電壓是15V。圖中Q1-Q6是6個IGBT，IGBT1_H～ IGBT3_H是上橋臂驅動信號，IGBT1_L～ IGBT3_L是下橋臂驅動信號。

4.2 橋臂驅動電路的設計

對于由功率開關器件組成的逆變器，門極驅動和保護系統顯得尤其重要。門極驅動裝置，除了提供開關信號，還應盡可能地保護器件，避免出現管子燒壞的現象。本設計系統中選用了美國IR公司的集成驅動芯片IR2110S來驅動功率開關，可以獨立驅動一個橋臂的上下兩個功率管，芯片具有一個制動輸入信號SD，當過流或是上下橋臂同時導通時，此信號為高電平，封鎖PWM的輸出，實現器件的保護[5]。在驅動電路中，為了保護驅動芯片，采用光耦隔離方式來控制IR2110S。采用的是6N137光耦合器，是一款用于單通道的高速光耦合器，具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，與LSTTL/TTL兼容。其中一個橋臂驅動電路如圖4所示。

圖3 三相全控橋電路

圖4 單橋臂驅動電路

5. 起重機電機驅動系統的軟件設計

矢量控制算法在定時器的下溢中斷函數中完成，切入閉環控制后，先執行相電流AD采樣函數，把其中的兩相相電流賦值給Clarke和Park模塊中對應的參數，然后在速度環采樣周期中估算當前電機的轉速，對給定速度和反饋速度之差進行速度環的PI調節，其PI調節器輸出結果作為T軸電流PI調節器的電流參考值，之后對M軸和T軸電流進行PI調節，其結果通過相應的函數計算處理后賦值給通用定時器的比較寄存器CMPR1，CMPR2，CMPR3，確定下一個開關周期的占空比，最后由全比較器輸出6路極性兩兩相反、死區時間可調的PWM波。全數字控制系統的總體軟件流程如圖5所示。

圖5 總體軟件控制流程圖

6. 結論

試驗表明，本文設計的起重機電機矢量變頻調速控制系統，通過設定系統軟件的參數，使起重機可根據負載重量的變化自動切換起升工作速度和實現大、小車行走速度的平滑調節，減小了起重機各運行機構的起制動沖擊，同時在一定程度也減少了工作時的振動和噪音。整個調速控制系統運行效率高、發熱損耗少，節能效果良好。

參考文獻

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第9篇：機電系統設計范文

關鍵詞：防爆電機電磁設計 管理系統

電機的設計包括電磁設計和結構設計。那么電磁設計師作為電機設計的先行者，承擔了電機設計的核心工作――電機的電氣性能設計。現以防爆電機的電磁設計進行說明。

有經驗的設計師在進行系列防爆電機產品的電磁設計時，全新設計要根據電機的防爆結構型式、防護等級、環境溫度、海拔高度及其它環境參數等，再結合工廠的工藝制造水平和自己的工作經驗來選取適合的參數進行電磁方案設計，而對于派生系列產品進行電磁設計時，可參照成熟產品的電磁參數進行個別計算參數調整達到技術要求以滿足用戶的需要。由于大多數的電磁設計軟件的功能主要是方案設計，而對于方案的管理、存檔方面的功能就顯得蒼白無力。大多數的電磁設計師一般會利用Windows操作系統加個人帳本進行管理。每個計算方案通過操作系統保存到本地磁盤，根據流水號分類進行管理，然后將流水號記錄到賬本上，方便以后查閱使用。這樣的管理對于數據量小、設計種類少的小企業還是可行的。但對于系列產品多，種類雜的大企業來說，這樣的管理滿足不了企業及管理者的要求。每每查閱設計資料都需要從厚厚的賬本中查出，然后到計算機上找到相應的文件。如果頻繁使用查閱，就可能造成賬本的老化和損壞，那么電磁設計師還需要對這些帳本數據重新整理，既費時又費力。那么如何簡化勞動使電磁設計師有更多的精力和時間投入到新產品開發呢？于是我們開發了一個防爆電機電磁設計數據管理的軟件系統，本文以哈爾濱理工大學孟大偉教授開發的幾個電磁設計計算功能模塊的輸入、輸出數據進行管理為例進行說明。

1 系統設計

為了使防爆電機電磁設計更加快捷，同時在功能上有可靠和保障，采用了后臺數據庫與前臺應用程序相結合的方式來實現。

數據庫方面，選擇微軟的Access桌面型數據庫作為電磁數據管理系統的支撐平臺。

應用程序設計方面，分兩部分構成：

①系統數據庫環境定制軟件（YBDJConfig.exe）。

②電磁設計數據管理軟件（YBDJProject.exe）。

2 開發語言的選擇

能實現對數據庫系統（信息管理系統）開發工具很多，目前主流的開發工具有Visual Basic 6.0、Visual C++、Delphi等。其中Visual Basic以其簡潔易懂的語法、直觀強大的IDE（集成開發環境）、豐富強大的數據庫操作特性獲得了大部分程序員的青睞，所以我們使用Visual Basic 6.0進行電磁設計數據管理軟件開發。

3 功能模塊的劃分

就本例而言的防爆電磁設計管理軟件需要包括：

①產品的分類分級管理，方便用戶查閱。

②對不同類型的電磁單需要有單獨的界面進行新增，編輯，保存等操作。

③對每個電磁單都應該有它的屬性以及特征描述信息。

④具有條件查詢的能力，實現對數據庫進行快速的定位查找。

⑤能夠輸出電機的性能曲線，方便提供給用戶曲線圖。

⑥為其他系統（如：清華英泰PDM）提供存檔的計算單。

下面對各功能模塊分別進行敘述：

①對于產品的分類分級管理。這里我們采用目錄樹（TreeView控件）結構來實現。如下圖1：這樣通過目錄樹進行分類分級就可以把電磁數據分層次管理起來，查看時只需點擊[+]號，系統會逐級展開直至找到所需要查看的數據方案。

②對于每一種類型如小型鼠籠電磁設計數據信息都有單獨的界面進行輸入，編輯，保存以及察看輸出計算單的功能。如下圖2為正在編輯的YB2隔爆電機電磁方案：

③對于在編輯界面中新增的計算單都可以為其添加一些描述信息，以方便設計師管理方案。如下圖3為YB2-280-2 75kW 500V的描述信息內容：④為了更好的方便查詢，程序滿足對各個描述信息或具體的防爆電機電磁方案的設計參數進行數據查找，減少人工的檢索提高工作效率。下圖4為對描述信息進行的查找的結果：下圖5為對防爆電機電磁方案的設計參數進行方案查找的結果：⑤能夠自動輸出電機的性能曲線到文件中，方便提供給用戶曲線圖。

由于核心的防爆電磁設計程序是DOS版，曲線輸出是在顯示屏上繪制的。這就導致無法將其保存為圖片格式的文件。所以，在給用戶提供防爆電機的特性曲線時，往往采用的手工的方式，通過電子表格（Excel）的圖表功能進行曲線輸出，顯得十分繁瑣，而且制作時間長，曲線顯示不光滑，很難滿足企業快速發展的需要。為了解決上述問題，防爆電磁管理系統對防爆電機的特性曲線各點數據利用三次樣條曲線原理解析出曲線方程，然后在繪圖容器中進行圖形的繪制，并支持保存為位圖文件。同時系統利用微軟的ActiveX與OLE技術輸出到Micro Word文檔中（外供用）。并且曲線各點連接光滑，完全能夠滿足用戶的需要。

下圖6為系統輸出的YB2-132M-4 9kW 440V 60Hz特殊設計防爆電機的[效率、功率因數VS輸出功率]特性曲線圖：⑥ 為其他系統（如：清華英泰PDM）提供存檔的計算單。

該系統支持對于每個防爆電機的電磁方案的存檔輸出，滿足企業對防爆電磁數據的整體管理存檔的需要。

4 結束語

工欲善其事，必先利其器。在電子技術迅速發展的今天，利用電子計算機對電機進行設計和管理已經被廣泛接受和采用。隨著科學技術的發展，越來越多的技術被應用到電機設計中來，如：采用有限元法對電磁場進行仿真分析，可以解決傳統方法解決不了的瞬態問題，對防爆電機結構進行強度、剛度、扭矩、剪切等受力分析，大大減少了設計過程中難以控制的技術難題。我們開發的防爆電機電磁設計管理系統軟件已在我公司得到應用，并取得了良好的效果，受到了公司的嘉獎。但由于我們理論水平有限，本文難免出現疏漏，敬請見諒。

參考文獻：

[1]計算機輔助電機設計.北京：機械工業出版社，1990.

[2]Visual Basic 數據庫開發及工程實例.北京：人民郵電出版社，2003.