基于PLC控制的花樣噴泉

1、基于PLC控制的花樣噴泉的設(shè)計(jì)基于PLC控制的花樣噴泉摘要：在現(xiàn)代社會(huì)中隨著人們對(duì)環(huán)境越來越重視，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)越來越普遍，噴泉的應(yīng)用也更加受歡迎。用PLC技術(shù)控制噴泉結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，可隨意改變控制功能達(dá)到變換噴泉噴水花樣的目的，所以在現(xiàn)代社會(huì)中有很大的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞：PLC；花樣噴泉；變頻器 一、概述機(jī)電控制技術(shù)這門課程是多學(xué)科的交叉和綜合，涉及的相關(guān)專業(yè)知識(shí)較多，它是綜合運(yùn)用機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制、信息、傳感測(cè)試、電力電子、接口、信號(hào)變換以及軟件編程等技術(shù)的群體技術(shù)。 機(jī)電專業(yè)是一個(gè)古老而又新型的專業(yè)。機(jī)電的起源歷史漫長，它的發(fā)展為人類的進(jìn)步和文明作出了巨大貢獻(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)

2、展和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的要求，使得機(jī)械與電子技術(shù)有機(jī)的結(jié)合成為了當(dāng)今人們所說的機(jī)電一體化。它們的完美結(jié)合使得當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備有了一個(gè)飛速發(fā)展，朝著自動(dòng)化、智能化方向邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。哪里有高質(zhì)量的產(chǎn)品，哪里有好的經(jīng)濟(jì)效益，哪里必然就有我們的先進(jìn)機(jī)器設(shè)備，哪里必然就需要機(jī)電控制技術(shù)。 機(jī)電控制技術(shù)是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一門復(fù)合技術(shù)，它是在從大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)高度發(fā)展并向傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅速滲透、與機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制、信息、傳感測(cè)試、電力電子、接口、信號(hào)變換以及軟件編程等技術(shù)的群體技術(shù)。 1

3、.1.1機(jī)電控制技術(shù)概念機(jī)電控制技術(shù)是在新技術(shù)浪潮中，電子技術(shù)、信息技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透并與機(jī)械技術(shù)相互融合的產(chǎn)物。機(jī)電控制技術(shù)外文名詞： Mechatronics ，來源于日本（70年代）。取英語Mechanics（機(jī)械學(xué)）的前半部和Electronics（電子學(xué)）的后半部拼合而成。我國通常稱為機(jī)電控制技術(shù)或機(jī)械電子學(xué)。日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機(jī)電一體化技術(shù)”這一概念，當(dāng)時(shí)他們?nèi)∶麨椤癕echatronics”，即結(jié)合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、伺服傳動(dòng)

4、技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機(jī)電一體化技術(shù)（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣。1.1.2機(jī)電一體化定義 機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)

5、、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。 1.1.3機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r 機(jī)電一體化的發(fā)展大體分為3個(gè)階段。 第一階段：20世紀(jì)60年代以前，這一階段稱為初級(jí)階段。 第二階段：20世紀(jì)7080年代，稱為蓬勃發(fā)展階段。 第三階段：?20世紀(jì)90年代后期，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。 機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級(jí)階段

6、。在這一時(shí)期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。那時(shí)研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。 由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。20世紀(jì)7080年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的

7、特點(diǎn)是： mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)； 機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展； 各國均開始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。 20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，

8、為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。 我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)差距。 1.1.4機(jī)電控制技術(shù)涉及到的學(xué)科 機(jī)械學(xué)：機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造 電子學(xué)：電工學(xué)、電機(jī)學(xué)、數(shù)字電路、模擬電路 控制論：經(jīng)典控制（控制工程基礎(chǔ)

9、）、現(xiàn)代控制（多變量） 計(jì)算機(jī)科學(xué)：微處理系統(tǒng)及接口技術(shù)，應(yīng)用軟件技術(shù)（CAD、CAM、CNC） CADCAM：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(簡稱CADCAM)。 CADCAM集成技術(shù)將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造彼此相對(duì)分離的任務(wù)作為一個(gè)整體來規(guī)劃和開發(fā)，實(shí)現(xiàn)信息處理的高度一體化。該技術(shù)將獨(dú)立的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)技術(shù)(CAPP)及計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)(CAM)單元技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，形成CADCAM集成系統(tǒng)。 CAD：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAPP：計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)技術(shù) CAM：計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù) CNC：采用通用小型計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置，這種數(shù)控系統(tǒng)稱計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC）

10、，又稱軟件數(shù)控。 1.2機(jī)電控制系統(tǒng)的組成 構(gòu)成機(jī)電控制系統(tǒng)的要素很多，其中五大要素是必須的，可以從構(gòu)成人體的五大要素得到啟發(fā)。 如圖1所示為人體的五大要素，圖2所示為機(jī)電控制技術(shù)的五大要素 。一個(gè)較完善的機(jī)電控制系統(tǒng)，應(yīng)包括以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力部分、測(cè)試傳感部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、控制及信息處理單元及接口，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。 1機(jī)械本體是系統(tǒng)所有功能元素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品技術(shù)性能、水平和功能的提高，機(jī)械本體要在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性及幾何尺寸等方面適應(yīng)產(chǎn)品高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。 2動(dòng)力部分

11、這部分按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。用盡可能小的動(dòng)力輸入，獲得盡可能大的功能輸出，是機(jī)電一體化產(chǎn)品的顯著特征之一。 3測(cè)試傳感部分這部分對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變成可識(shí)別信號(hào)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息，其功能一般由專門的傳感器和儀表完成。 4執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制信息和指令，完成要求的動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件 用機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu)。根據(jù)機(jī)電控制系統(tǒng)的匹配性要求，需要考慮改善性能 剛性，減輕質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)組件化、標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化，提高系統(tǒng)整體可靠性等。 5驅(qū)動(dòng)部分這部分在控制信息作用下提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完

12、成各種動(dòng)作和功能。機(jī)電控制系統(tǒng)一方面要求驅(qū)動(dòng)的高效率和快速響應(yīng)特征，同時(shí)要求有較高的可靠性和對(duì)水、油、溫度、塵埃等外部環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性。由于幾何尺寸上的限制，要求動(dòng)作范圍狹窄，所以還需考慮維修和標(biāo)準(zhǔn)化的要求。隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、直流和交流伺服驅(qū)動(dòng)大量應(yīng)用于機(jī)電控制系統(tǒng)。 6控制及信息處理單元這部分將來自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行?？刂萍靶畔⑻幚韱卧话阌捎?jì)算機(jī)、可編程序控制器(即PLC)、數(shù)控裝置以及邏輯電路、AD與DA轉(zhuǎn)換、IO(輸入輸出)接口和計(jì)算機(jī)外部

13、設(shè)備等組成。 機(jī)電控制系統(tǒng)對(duì)控制和信息處理單元的基本要求是：提高信息處理速度、可靠性、增強(qiáng)抗干擾能力，以及完善系統(tǒng)自診斷功能，實(shí)現(xiàn)信息處理智能化和小型、輕量、標(biāo)準(zhǔn)化等。 7接口接口是系統(tǒng)中各單元和環(huán)節(jié)之間進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的聯(lián)接界面，其具有對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換、放大及傳遞的功能。由于接口的作用使各組成要素聯(lián)接成為一個(gè)有機(jī)整體，由控制和信息處理單元的預(yù)期信息導(dǎo)引，使各功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動(dòng)，從而形成機(jī)電控制系統(tǒng)工程。 機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)圖 “機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。只是，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組

14、合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。 機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。 1.3機(jī)電控制的技術(shù)體系 1.3.1檢測(cè)傳感技術(shù) 是機(jī)電控制技術(shù)系統(tǒng)的感覺器官，即從待測(cè)對(duì)象獲取信號(hào)并送到信息處理部分。 主要內(nèi)容包括：一是

15、將物理量（位移、速度、加速度、力、力矩、溫度等）轉(zhuǎn)換成一定的與其成比例的電量；二是對(duì)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的加工處理如放大、補(bǔ)償、標(biāo)定。 檢測(cè)傳感裝置是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)，要求傳感器及其放大處理電路快速、精確地獲取信息，并能夠抗干擾、可靠性高。 傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。 為提高產(chǎn)品的性能、擴(kuò)展功能，通常需對(duì)機(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視、安全檢查等，以提高其自動(dòng)化和智能化的程度，這些都要通過檢測(cè)傳感手段來實(shí)現(xiàn)。因此，檢測(cè)傳感技術(shù)是機(jī)

16、電控制系統(tǒng)安全運(yùn)行與提高產(chǎn)品質(zhì)量的有力保證。 傳感器是檢測(cè)部分的核心，它相當(dāng)于人的感覺器官，是將被測(cè)量變換成系統(tǒng)可識(shí)別的、與被測(cè)量有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的有用電信號(hào)的一種裝置。傳感器將力、壓力、位移、速度、加速度、溫度等物理量轉(zhuǎn)化為電量輸入到信息處理系統(tǒng)，并作為相應(yīng)的控制信號(hào)。檢測(cè)精度的高低將直接影響機(jī)械性能的好壞，現(xiàn)代工程技術(shù)要求傳感器能快速、精確地獲取信息，并能經(jīng)受各種嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)；傳感器應(yīng)具有廣的功能范圍、高的精度、好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高的靈敏性和分辨率、高的抗干擾能力和可靠性。 1.3.2信息處理技術(shù) 包括信息的輸入、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)及輸出。 信息處理的工具是計(jì)算機(jī)，因此信息處理技術(shù)是和計(jì)算機(jī)技術(shù)

17、緊密相關(guān)，包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)與通訊、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。 在機(jī)電控制的技術(shù)體系中，信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。 信息處理技術(shù)通常是指信息的輸入、交換、運(yùn)算、存儲(chǔ)和輸出等技術(shù)。它包括計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、微處理機(jī)及可編程序控制器(PLC)、接口技術(shù)。在機(jī)電控制系統(tǒng)中，信息處理部分相當(dāng)于人的大腦，指揮整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。信息處理是否正確、及時(shí)，直接影響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率，因此，希望能提高信息處理速度、運(yùn)行的可靠性和抗干擾能力。 1.3.3自動(dòng)控制技術(shù) 機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)控制包括位置控制、速度控制、力或力矩控制、自校正補(bǔ)償?shù)?，自?dòng)控制的基礎(chǔ)是

18、自動(dòng)控制原理，分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。 自動(dòng)控制技術(shù)其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。 自動(dòng)控制技術(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、示教再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)能協(xié)調(diào)機(jī)械、電器各部分來正確地完成動(dòng)作過程，因此在機(jī)電控制系統(tǒng)中起到很重要的作用。在機(jī)電控制技術(shù)中，? 自動(dòng)控制主要解決如何提高產(chǎn)品的精度、提高加工效率、提高設(shè)備的有效利用率等幾個(gè)主要的問題。其主要技術(shù)關(guān)鍵在于現(xiàn)代控制理論在機(jī)電控制技術(shù)中的工程化與實(shí)用化、優(yōu)化控制模型的建立

19、及邊界條件的確定等。計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為在控制系統(tǒng)的物理模型建立之前就能預(yù)見其動(dòng)態(tài)性能，并為正確選擇控制系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)提供了方便。 1.3.4精密機(jī)械技術(shù) 是機(jī)電控制技術(shù)技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、重量、體積剛性、耐用性等有重要影響。 強(qiáng)調(diào)精密機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用，即利用高、新技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，以滿足： 1. 減輕重量， 2、減小體積 提高剛度? 3、 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化 機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度

20、及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。 較老式的同類型機(jī)械，新一代的機(jī)械制造技術(shù)中（）機(jī)械部分的精度要求更高，要有更好的可靠性及維護(hù)性，同時(shí)要有更新穎的結(jié)構(gòu)，要求零部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化等。也就是說，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，對(duì)機(jī)械本體和機(jī)械技術(shù)本身都提出了新的要求。這種要求的核心就是精密機(jī)械技術(shù)，要求機(jī)械結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量、縮小體積、提高剛性、提高精度、改善性能、提高可靠性。 1.3.5伺服傳動(dòng)技術(shù) 在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件按照指令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。

21、 伺服傳動(dòng)系統(tǒng)采用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)與使用的執(zhí)行元件有關(guān)。按照?qǐng)?zhí)行元件的不同分為電氣伺服、液壓伺服、氣壓伺服 伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。 伺服傳動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置。這部分相當(dāng)于人的手足，它直接執(zhí)行各種有關(guān)的操作。伺服傳動(dòng)技術(shù)是直接執(zhí)行操作的技術(shù)，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。常見的伺服驅(qū)動(dòng)有電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、脈沖液壓缸、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。由于變頻技術(shù)的進(jìn)步，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)已取得了突破性進(jìn)展，可為機(jī)電控制系統(tǒng)提供高質(zhì)

22、量的伺服驅(qū)動(dòng)單元，極大地促進(jìn)了機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展。 1.3.6系統(tǒng)總體技術(shù) 從整體的觀點(diǎn)出發(fā)，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，即從全局和系統(tǒng)目標(biāo)角度，將系統(tǒng)分解成若干功能子系統(tǒng)，對(duì)于每個(gè)子系統(tǒng)的技術(shù)方案要從整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)考慮，最終使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。 系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。 機(jī)電控制技術(shù)不是幾種技術(shù)的簡單疊加，而是通過系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使它們形成一個(gè)有機(jī)整體。系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各

23、個(gè)功能的技術(shù)方案，再將各個(gè)功能與技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)?？傮w技術(shù)包括機(jī)電一體化機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)、CADCAM技術(shù)、研究和解決各組成部件之間的功能上的協(xié)調(diào)，可靠性設(shè)計(jì)及價(jià)值工程等。顯然，即使各部分技術(shù)都已掌握，性能、可靠性都很好，如果整個(gè)系統(tǒng)不能很好地協(xié)調(diào)，則它仍然不可能正常、可靠地運(yùn)行。由此可見系統(tǒng)總體技術(shù)的重要性。 1.4機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展前景 1性能上向高精度、高效率、高性能、智能化的方向發(fā)展。 2功能上向模塊化、微型化、輕型化、多功能方向發(fā)展。 3層次上向網(wǎng)絡(luò)化、綠色化、系統(tǒng)化、復(fù)合集成化方向發(fā)展。 機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科

24、的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下： 1.智能化 智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低

25、級(jí)智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。 2.模塊化 模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的

26、好處可以肯定，無論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。 微型化 微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。 3.網(wǎng)絡(luò)化 20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技

27、術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)?，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(homenet)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computerintegratedappliancesystem,CIAS)，使人們?cè)诩依锓窒砀鞣N高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化

28、產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 綠色化 工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。 系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，

29、同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除RS232外，還有RS485、DCS。 人格化 未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體花產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來的。 1.5機(jī)電控制的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 1提高精度2增強(qiáng)功能 3提高生產(chǎn)效率，降低成本4節(jié)約能源，降低消耗5提高安全性、可靠性6改善操作性和使用性 7減輕勞

30、動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件8簡化結(jié)構(gòu)，減輕質(zhì)量 9降低價(jià)格10增強(qiáng)柔性應(yīng)用功能 1.6 機(jī)電控制技術(shù)產(chǎn)品的分類 綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。 機(jī)電控制技術(shù)綜合利用各相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長避短，取得系統(tǒng)優(yōu)化效果，有顯著的社會(huì)效益和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。 1提高精度機(jī)電控制技術(shù)使機(jī)械傳動(dòng)部件減少，因而使機(jī)械磨損、配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時(shí)由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和控制、補(bǔ)償、

31、校正因各種干擾因素造成的動(dòng)態(tài)誤差，從而達(dá)到單純機(jī)械裝備所不能實(shí)現(xiàn)的工作精度。如采用微型計(jì)算機(jī)誤差分離技術(shù)的電子化圓度儀，其測(cè)量精度可由原來的0025m提高到001m；大型鏜銑床裝感應(yīng)同步器數(shù)顯裝置可將加工精度從006m提高到002m。 2增強(qiáng)功能現(xiàn)代高新技術(shù)的引入，極大地改變了機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品的面貌，具有多種復(fù)合功能，成為機(jī)電一體化產(chǎn)品和應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)顯著特征。例如，加工中心機(jī)床可以將多臺(tái)普通機(jī)床上的多道工序在一次裝夾中完成，并且還有自動(dòng)檢測(cè)工件和刀具的精度、自動(dòng)顯示刀具動(dòng)態(tài)軌跡圖形、自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)故障診斷等極強(qiáng)的應(yīng)用功能；配有機(jī)器人的大型激光加工中心，能完成自動(dòng)焊接、劃線、切割、鉆孔、熱處理等操

32、作，可加工金屬、塑料、陶瓷、木材、橡膠等各種材料。這種極強(qiáng)的復(fù)合功能，是傳統(tǒng)機(jī)械加工所不能比擬的。 3提高生產(chǎn)效率，降低成本機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)能夠減少生產(chǎn)準(zhǔn)備和輔助時(shí)間短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品合格率，減少操作人員，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本如，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率比普通機(jī)床高56倍，柔性制造系統(tǒng)可使生產(chǎn)周期縮短40，生產(chǎn)成本降低50。 4節(jié)約能源，降低消耗機(jī)電一體化產(chǎn)品通過采用低能耗的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、最佳的調(diào)節(jié)控制和提高設(shè)備的能源利用率，來達(dá)到顯著的節(jié)能效果。例如工業(yè)鍋爐若采用微機(jī)精確控制燃料與空氣的混合比，可節(jié)煤520；被稱為電老虎的電弧爐，是最大的耗電設(shè)備之一，如改用微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳功率控制

33、，可節(jié)電20。 5提高安全性、可靠性具有自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控的機(jī)電控制系統(tǒng)，能夠?qū)Ω鞣N故障和危險(xiǎn)情況自動(dòng)采取保護(hù)措施，及時(shí)修正運(yùn)行參數(shù)，提高系統(tǒng)的安全可靠性。例如大型火力發(fā)電設(shè)備中，鍋爐和汽輪機(jī)的協(xié)調(diào)控制、汽輪機(jī)的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動(dòng)起停系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等，不僅提高了機(jī)組運(yùn)行的靈活性和積極性，而且提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，使火力發(fā)電設(shè)備逐步走向全自動(dòng)控制。 6改善操作性和使用性機(jī)電控制裝置或系統(tǒng)各相關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序及功能協(xié)調(diào)關(guān)系，可由程序控制自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，并建立良好的人機(jī)界面，對(duì)操作參數(shù)加以揭示，因而可以通過簡便的操作得到復(fù)雜的功能控制和使用效果。有些機(jī)電控制裝置，可實(shí)現(xiàn)操作全部自動(dòng)化；有些更高

34、級(jí)的機(jī)電控制系統(tǒng)，還可通過被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)，以及各種運(yùn)行參數(shù)的變化情況，隨機(jī)自尋最佳工作過程，協(xié)調(diào)對(duì)內(nèi)對(duì)外關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)最優(yōu)控制，如電梯全自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人等。 7減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件機(jī)電控制技術(shù)一方面能夠?qū)⒅圃旌蜕a(chǎn)過程中極為復(fù)雜的人的智力活動(dòng)和資料數(shù)據(jù)記憶查找工作改由計(jì)算機(jī)來完成，一方面又能由程序控制自動(dòng)運(yùn)行，代替人的緊張和單調(diào)重復(fù)的操作，以及在危險(xiǎn)或有害環(huán)境下的工作，因而大大減輕了人的腦力和體力勞動(dòng)，改善了人的工作環(huán)境條件。例如CAD和CAPP極大地減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)復(fù)雜性，提高了設(shè)計(jì)效率；搬運(yùn)、焊接和噴漆機(jī)器人取代了人的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)；武器彈藥裝配機(jī)器人、深海

35、太空工作機(jī)器人、在核反應(yīng)堆和有毒環(huán)境下的自動(dòng)工作系統(tǒng)，則成為人類謀求解決危險(xiǎn)環(huán)境中的勞動(dòng)問題的惟一途徑。 8簡化結(jié)構(gòu)，減輕質(zhì)量由于機(jī)電控制系統(tǒng)采用新型電力電子器件和傳動(dòng)技術(shù)，代替笨重的老式電氣控制的復(fù)雜機(jī)械變速傳動(dòng)，由微處理機(jī)和集成電路等微電子元件和邏輯軟件，完成過去靠機(jī)械傳動(dòng)鏈來實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)電一體化產(chǎn)品體積減小，結(jié)構(gòu)簡化，質(zhì)量減輕。例如，換向器電動(dòng)機(jī)，將電子控制與相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)電磁結(jié)構(gòu)相結(jié)合，取消了傳統(tǒng)的換向電刷，簡化了電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了電動(dòng)機(jī)壽命和運(yùn)行特性，并縮小了體積。 9降低價(jià)格由于結(jié)構(gòu)簡化，材料消耗減少，制造成本降低，同時(shí)由于微電子技術(shù)的高速發(fā)展，微電子器件價(jià)格迅速下降，因

36、此機(jī)電一體化產(chǎn)品價(jià)格低廉，而且維修性能改善，使用壽命延長。 10增強(qiáng)柔性應(yīng)用功能機(jī)電控制系統(tǒng)可以根據(jù)使用要求的變化，對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用功能和工作過程進(jìn)行調(diào)整修改，滿足用戶多樣化的使用要求。例如，利用數(shù)控加工中心或柔性制造系統(tǒng)，可以通過調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行程序，適應(yīng)不同零件的加工工藝。機(jī)械工業(yè)約有75的產(chǎn)品屬中小批量，利用柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠經(jīng)濟(jì)、迅速地解決這種中小批量、多品種的自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)機(jī)械工業(yè)發(fā)展具有劃時(shí)代的意義PLC的發(fā)展現(xiàn)狀一、PLC的來源 1、在制造工業(yè)(以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征)和過程工業(yè)(以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征)中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并

37、按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，使得電氣控制功能實(shí)現(xiàn)的程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫Programmable Controller(PC)。2、隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)生，PC的功能越來越強(qiáng)大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴(kuò)展。3、上世紀(jì)80年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來，也簡稱為PC，為了方便，也為了反映或可編程控制器的功能特點(diǎn)，美國A-B公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器Pr

38、ogrammable Logic Controller(PLC)，并將“PLC”作為其產(chǎn)品的注冊(cè)商標(biāo)?，F(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。4、上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng).5、近年，工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)(IPC)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FCS)發(fā)展迅速，擠占了一部分PLC市場(chǎng)，PLC增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢(shì)，但其在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。6、目前，世

39、界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。二、典型的PLC產(chǎn)品1、國外施耐德公司， Quantum、Premium、Momentum等；羅克韋爾(A-B公司)，SLC、MicroLogix、Control Logix等；西門子公司， SIMATIC S7-400/300/200系列；GE公司，日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。2、國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約30家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。三、PLC在我國的

40、應(yīng)用雖然我國在PLC生產(chǎn)方面非常弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺(tái)套PLC產(chǎn)品，年銷售額30億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。在我國，一般按I/O點(diǎn)數(shù)將PLC分為以下級(jí)別(但不絕對(duì)，國外分類有些區(qū)別)： 微型：32 I/O 小型： 256 I/O 中型：1024 I/O 大型：4096 I/O 巨型：8192 I/O在我國應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中，I/O 64點(diǎn)以下PLC銷售額占整個(gè)PLC的47%，64點(diǎn)256點(diǎn)的占31%，合計(jì)占整個(gè)PLC銷售額的78%。在我國應(yīng)用的PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài)勢(shì)，但從行業(yè)上分，有各自的勢(shì)力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美

41、PLC居多，小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動(dòng)化及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC居多。歐美PLC在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢(shì)，而日本PLC在靈活性和價(jià)位方面占優(yōu)勢(shì)。我國的PLC供應(yīng)渠道，主要有制造商、分銷商(代理商)、系統(tǒng)集成商、OEM用戶、最終用戶。其中，大部分PLC是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶的。四、PLC發(fā)展的重點(diǎn)1、人機(jī)界面更加友好PLC制造商紛紛通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺(tái)和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時(shí)，為用戶的開發(fā)和維護(hù)降低了成本，使更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC網(wǎng)絡(luò)IPCCRT的模

42、式被廣泛應(yīng)用。2、網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng)PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對(duì)開放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。如羅克韋爾AB公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西門子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)等。3、開放性和互操作性大大發(fā)展PLC在發(fā)展過程中，各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng)，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這給用戶使用帶來不便，并增加了維護(hù)成

43、本。開放是發(fā)展的趨勢(shì)，這已被各廠商所認(rèn)識(shí)，形成了長時(shí)期妥協(xié)與競(jìng)爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。開放的進(jìn)程，可以從以下方面反映：1)IEC形成了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)包含8種標(biāo)準(zhǔn)，雖然有人說，多種標(biāo)準(zhǔn)就是沒有標(biāo)準(zhǔn)，但必竟是一個(gè)經(jīng)過困難的爭論與妥協(xié)的成果。標(biāo)準(zhǔn)推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)，或者開發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。2)IEC制訂了基于Windows的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3，它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)五種編程語言。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件。雖然PLC開發(fā)

44、上各工具仍不兼容，但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應(yīng)用過程中，可以較方便地適不同品牌的產(chǎn)品。3)OPC基金會(huì)推出了OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，這進(jìn)一步增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，通過OPC一致性測(cè)試的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù)PLC軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其它設(shè)備具有了OPC功能。OPC與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的結(jié)合，是未來控制系統(tǒng)向FCS技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。4、PLC的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來越廣泛。PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來越應(yīng)用于過程控制方面，有人統(tǒng)計(jì)，

45、除石化過程等個(gè)別領(lǐng)域，PLC均有成功能應(yīng)用，PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS，從而使原來PLC(順序控制)DCS(過程控制)的模式變成PLCIPC模式。5、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對(duì)PLC有重要影響。以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于1)硬件上如合適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境；2)通訊機(jī)制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域，還存在爭論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多，適應(yīng)這一過程，各PLC廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品。二、花樣噴泉的設(shè)計(jì)方案1、花樣噴泉的控制要求（1）1號(hào)2號(hào)噴水管為外環(huán)形狀，3號(hào)噴水管為內(nèi)環(huán)形狀，4號(hào)噴水管為星

46、型。（2）本次設(shè)計(jì)的花樣噴泉有三種花樣選擇。用按鈕來控制噴泉的開始與停止，用選擇開關(guān)來實(shí)現(xiàn)噴泉的工作方式。（3）三種花樣分別為：1）首先1、2、3、4每隔兩秒依次噴水，四個(gè)噴水管同時(shí)噴水10秒后停止，如此循環(huán)。2）先1、3同時(shí)噴水兩秒然后停止，同時(shí)2、4同時(shí)噴水兩秒然后停止，交替運(yùn)行5次后1、2、3、4同時(shí)噴水，10秒后停止，如此循環(huán)。3）先1、3、2、4順序噴水，間隔兩秒，然后同時(shí)噴水10秒后，按2、4、1、3順序停噴，如此循環(huán)。（4）通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到控制每個(gè)噴泉噴水高度的要求。1、3為低速正轉(zhuǎn)，2、4為高速正轉(zhuǎn)?；訃娙疽鈭D如圖1所示：圖1 花樣噴泉示意圖2、花樣噴泉的控制原

47、理圖通過按鈕開關(guān)信號(hào)來控制PLC，用一個(gè)變頻器來控制4個(gè)水泵?；訃娙目刂圃韴D如圖2所示：圖2 花樣噴泉的控制原理圖三、噴泉的簡介1、噴泉的種類 （1）普通噴泉 普通噴泉是由電源開關(guān)的開閉來控制噴泉的運(yùn)行，此種噴泉的水型較單一簡單。 （2）程控噴泉 程控噴泉是先將各種水型按照設(shè)計(jì)所需要的要求進(jìn)行排列組合，再根據(jù)要求進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，并通過計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，使噴泉按照設(shè)計(jì)要求噴出各種水型。（3）音樂噴泉音樂噴泉是在程控噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過音頻信號(hào)的識(shí)別進(jìn)行譯碼和編碼，最終將信號(hào)輸出至控制系統(tǒng)，使噴泉的造型與音樂同步。 2、噴泉的應(yīng)用 隨著國民經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展，人民生

48、活水平的提高，人們不斷追求高質(zhì)量的文化生活和環(huán)境美，使得噴泉越來越受到人們的喜愛。 在城市中我們可以看到大型群眾集會(huì)的廣場(chǎng)噴泉和城市主題雕塑噴泉，在商業(yè)廣場(chǎng)、購物中心以及旅游景點(diǎn)可以看到大型激光彩色音樂噴泉，在河、湖自然水面上可以看到噴水高度超過百米的高水柱噴泉，甚至在商場(chǎng)內(nèi)、酒樓里也可以看到小巧、別致的噴泉。隨著人們對(duì)噴泉的造景功能、娛樂功能、環(huán)保功能認(rèn)識(shí)的提高，噴泉的得到了更多的應(yīng)用。四、可編程控制器介紹可編程控制器屬于存儲(chǔ)程序控制方式，其控制功能是通過存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來實(shí)現(xiàn)的，若要對(duì)控制功能做必要的修改，只需改變軟件指令即可，實(shí)現(xiàn)了硬件控制的軟件化。其主要特點(diǎn)為:1、PLC軟件簡單易

49、學(xué) PLC采用的易學(xué)易懂的梯形圖語言，是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成的一套獨(dú)具風(fēng)格的一繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。2、使用和維護(hù)方便（1）硬件配置方便 PLC的硬件都是專門生產(chǎn)廠家按一定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格生產(chǎn)的，按實(shí)際需要配置PLC時(shí)，所需硬件均可在市場(chǎng)上買到。（2）安裝方便 PLC內(nèi)部不需要接線和焊接，只要進(jìn)行外部接線和程序編寫就可以了，當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時(shí)，只要修改控制程序即可。（3）使用方便 PLC內(nèi)部各類等效繼電器的接點(diǎn)使用不受次數(shù)限制。使用時(shí)，只需考慮輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)即可。（4）維護(hù)方便 PLC配有許多監(jiān)視提示信號(hào)，能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，檢查出自生的故障。3、

50、運(yùn)行穩(wěn)定可靠PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過程中，采取了多層次抗干擾和精選元件措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性較高。4、設(shè)計(jì)施工周期短使用PLC完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場(chǎng)施工和PLC程序設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，周期短，而且程序的調(diào)試和修改都很方便。五、 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)1、PLC的選型本次花樣噴泉控制系統(tǒng)選用的PLC為三菱公司的FX0N系列，型號(hào)為FX1S-30MR。此系列的PLC體積小，重量輕，使用壽命長，編程和維護(hù)方便，故障率低，通過擴(kuò)展模塊的連接，可以增加輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)。本次花樣噴泉系統(tǒng)共6個(gè)輸入，11個(gè)輸出。（1）、三菱PLC的工作原理 可編程控制器屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的，通過執(zhí)行反映控制器要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行用戶程序時(shí)，需要各種現(xiàn)場(chǎng)信息，如果這些現(xiàn)場(chǎng)洗洗（例如按鈕SB接通或斷開狀態(tài)）已送到PLC的出入端口，PLC將采集所有輸入