发布时间：2023-09-24 15:38:31
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众所周知，基于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，带来了机械工业在技术、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系的变化，使工业生产进入了以机电一体化为主要特点的阶段。
一、什么是机电一体化
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
二、目前机电一体化技术的基本状况
回顾机电一体化发展历史，可以把机电一体化的发展概括为三个阶段：20世纪60年代以前为第一阶段，即初级阶段，在此阶段，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能；20世纪70-80年代为第二阶段，即兴旺发育阶段，在此阶段，由于计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化发展奠定了技术基础，大规模超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了物质基础；20世纪90年代后期为第三阶段也称为高级阶段，即机电一体化技术开始向智能化方向迈进的新阶段，此为深入发展时期。
中国是从20世纪80年代初开始机电一体化技术的研究和应用，列入“863”计划中，许多大专院校、研究机构及一些大中型企业做了大量工作，取得一定成果。但与先进国家相比仍有很大差距。
三、机电一体化的优势方向探讨
据科学估测，机电一体化的主要发展方向大致有智能化、网络化、环保化等几个方面，这也是机电一体化的技术优势所在。
（一）关于智能化
这是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的智能化是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。
（二）关于网络化
这是20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。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。机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
（三）关于微型化
实际上，微型化兴起于20世纪80年代末，主要说的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。在西方发达国家称为微电子机械系统，泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，这些产品在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。其瓶颈在于微机械技术。
（四）关于环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。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，报废后能回收利用。
（五）关于系统化
本文所述之系统化，其表现特征是系统体系结构进一步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。再一个特质是通信功能的大大加强。一般除rs232外，还有rs485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
四、结论
根据以上的叙述可以结论，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将日益获得人类的关注并为人类创造更大的社会效益与经济效益。
（作者单位：青海盐湖工业股份有限公司钾肥分公司）
【分类号】：TU855
前言：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要；同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。接口的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技术是机电一体化系统的关键环节。
一。机电技术的发展现状
（一）计算机数控机床
计算机数控机床是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化机床。它综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等方面的最新成就，是典型的机电一体化产品，是机床发展的必然趋。数控机床发展至今，已经经历了从电子管数控、晶体管数控、集成电路数控、计算机数控、微型计算机数控等五代演变。当前计算机数控机床已经成为促进国民经济发展的重要产品。近10多年来，随着微电子技术的飞跃发展，能自动更换刀具的高度自动化的计算机数控机床――机械加工中心发展更为迅速。
（二）工业机器人
工业机器人一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置，是具有发展前途的机电一体化典型产品，将在实现柔性自动化生产，提高产品质量，代替人在恶劣环境条件下工作中发挥重大作用。机器人技术的发展，要求提高机器人机构实用效果，扩大其应用范围，使虚拟轴机器有进一步发展。
先进制造系统。目前，先进制造系统有柔性制造单元柔性制造系统、柔性生产线等几种形式。柔性制造单元是由加工中心与自动交换工件的装置组成的，同时，数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。柔性制造单元可以作为组成柔性制造系统的基础，也可用作独立的自动化加工设备。
二。机电一体化控制系统（微电子系统）为例的接口分类
（一）机电接口
由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别，两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因此机电接口起着非常重要的作用：行电平转换和功率放大。一般微机的I/O芯片都是TTL电平，而控制设备则不一定，因此必须进行电平转换；另外，在大负载时还需要进行功率放大；抗干扰隔离。为防止干扰信号的串入，可以使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离；进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量时，必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路，以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。
1、模拟信号输入接口。在机电一体化系统中，反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号，通常这些输出信号是模拟电压或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对象进行控制，必须获得反映系统运行的状态信号，而计算机只能接受数字信号，要达到获取信息的目的，就应将模拟电信号转换为数字信号的接口――模拟信号输入接口。
2、模拟信号输出接口。在机电一体化系统中，控制生产过程执行器的信号通常是模拟电压或电流信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号，并通过运算产生控制信号，达到控制生产过程的目的，应有将数字信号转换成模拟电信号的接口――模拟信号输出接口。任务是把计算机输出的数字信号转换为模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行器，达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。
3.输入通道接口。开关信号输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和地址译码电路等组成。
4.输出通道接口。开关信号输出通道的作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又称为数字输出通道（DO）。DO通道接口设计主要考虑的是内部与外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。
（二）人机接口
人机接口是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息；另一方面，操作者通过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态，以实现所要求的功能。
1、输入接口。
（1）拨盘输入接口。拨盘是机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。
（2）键盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。常用的键盘有：
1）编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII码或二进制码）；
2）非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断（“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便于设计。
前言
随着我国社会经济的快速发展，对机电设备的要求越来越高，在电子技术和机械技术不断发展的基础上，机电一体化得到迅速发展并广泛运用到各种机械设备中，在提高机械设备运行效率和质量上有着至关重要的作用。但是，机电一体化在实际工作中，存在硬件逻辑故障、软件故障和干扰故障等问题，要不断进行技术创新，提高机电一体化设计质量，促进智能控制技术与机电一体化系统有机结合，保证机电一体化系统的可靠性，让机电一体化系统最大程度的发挥其作用。
1 机电一体化系统存在的故障问题
1.1 硬件逻辑故障问题
机电一体化就其结构而言，包括一些基本的逻辑单元，这些逻辑单元主要分为组合逻辑电路（指逻辑电路的输出信号可以用其输入信号的相应逻辑函数来表达）和时序逻辑电路（指逻辑电路中某一时间的输出值，与本次和先前加在该输入端的信号都有关）。机电一体化硬件逻辑故障问题就是指系统中的逻辑变量发生偏离，造成操作失误。机电一体化逻辑电路故障主要有永久性故障、间发性故障和边缘性故障三种，由于元器件本身存在老化或者设计不达标问题等，在实际工作中常出现电路不稳定问题。
1.2 软件故障问题
机电一体化系统的软件主要包括系统软件和应用软件两大部分，从根本上来说就是一种工具，将离散的输入集转换为离散的输出集，都是由一系列的编码语句组成。在软件设计时，由于设计人员对现场工业控制流程不是很熟悉或者了解不够全面，对系统需求的理解存在个别盲区，从而导致设计思路比较混乱或者不全面，设计目标和方向存在偏差或者存在疏漏，造成在计算方法上、定义上或模块衔接上出现一些问题，影响系统的正常使用。
1.3 干扰故障
机电一体化系统在正常运行的过程中，总是会发出一种电磁干扰信号，影响周围电气元件的正常运行，进而影响机械设备的正常运行。具体来说，就是在系统信号输入、传送、输出的过程中出现的电磁干扰，会导致数据出现偏差或错误，甚至会造成整个系统出现异常，给系统正常运行造成很大的影响，甚至会出现破坏设备等问题，影响正常生产，给发电厂带来经济损失。我公司循环泵控制系统由于距离较远，采用了光缆传输，但由于环境干扰，多次造成控制系统传输故障，现场环境改善后，问题基本消除。
2 发电机机电一体化系统的改进措施
2.1 提高机电一体化系统设计质量
机电一体化系统的设计，是保证系统正常运转的前提和重要手段，因此，提高机电一体化系统设计质量是十分必要的。首先，设计人员要对机电一体化系统进行详细的了解，要明确系统设计目标，即提高发电机机械设备的精度、增强机械设备的自动控制、自检等多功能、提高系统安全性和可靠性、简化系统结构、减轻工作人员负担等等。其次，提高系统设计质量，要对系统的子控制系统采取科学的设计方法、制定科学合理的控制算法等，对系统设计的每一个步骤和方法都要按照相关标准和要求进行设计。最后，要加强对设计的审核，组织相关专业人员对系统设计进行全面、详细、精确化的检测，保证系统设计的合理和正确性。
2.2 提高软硬件设备质量和维护技术
软硬件设备作为机电一体化系统的重要组成部分，其质量好坏直接影响着系统的正常运行和使用寿命，因此，要切实提高软硬件设备质量和维护技术。首先，对目前主要以进口为主的软硬件设备进行严格的质量把关，并在使用前做好验收工作，保证设备质量。其次，要加强国内软硬件设备的开发和研制，达到节约成本、缩短周期的目的，给发电厂带来一定的经济效益。最后，要大力培养设备运维人才，对软硬件设备定期进行检查和维护，保证软硬件设备的运行质量和提高使用寿命，保证发电厂的正常生产，提高发电厂的经济效益。
2.3 提高抗干扰能力
机电一体化系统在运行中会产生电磁干扰信号，不仅会影响信号质量和电路的稳定，而且严重时会破坏电路，造成逻辑关系混乱，影响正常生产，甚至会出现设备严重损坏等问题。因此，要提高系统的抗干扰能力，根据干扰源进行相应的措施。第一，提高配电系统的抗干扰能力。采用分立式供电方案，对系统电路元件进行行之有效的控制，且在不同电流中采取不同的引入线，减少干扰信号的产生，同时要利用电源对电路进行监控，一旦出现问题，能及时的发现并采取相应的保护措施，保证电源系统不受电磁信号的干扰，保证电源系统的正常安全运行。第二，提高过程通道抗干扰能力，主要措施有光电隔离、双绞线传输、阻抗匹配、电流传输和合理布线等等。第三，提高场抗干扰能力，主要做法是进行良好的屏蔽和正确的接地，具体来说，就是把感应体接地，采用带屏蔽层的信号线，并且要把屏蔽层那一端接地。第四，要加强软件抗干扰技术研究和开发，提高机电一体化系统微机模块的自身防御能力，具体要求有三点：一是在受到干扰的情况下，微机硬件部分以及与之相连的各功能模块不会遭受任何破坏，或者是容易损坏的单元可被监控查询。二是系统的程序和固话常数不受干扰的影响。三是RAM区中的重要数据在遭受干扰之后可以重新建立，且系统重新运行时不出现不允许的数据。总之，电磁信号干扰作为系统常出现的问题，必须提高系统抗干扰的能力，保证系统能正常运行。
2.4 促进智能控制技术和机电一体化有机结合
随着科学技术的发展，智能控制技术得到迅速发展且运用广泛，要积极把智能控制技术引用到机电一体化系统中来，形成混合集成型控制系统，主要包括学习控制系统、神经网络控制系统、分级控制系统和专家控制系统等。把智能控制技术和机电一体化有机结合起来，有三个方面的优势：一是智能控制技术可以依据外部环境的改变，相应的对系统工作内容进行智能化调控，提高机电一体化系统工作的精度和质量。二是机电一体化系统按照工作人员输入的指令编码进行自动工作，可以优化系统工作流程，减轻工作人员负担，提高工作效率。三是智能控制技术可以对机电一体化系统中的一些结构和程序进行智能化控制和调度，提高系统工作程序的安全性和可靠性，保证系统运行质量。
3 结束语
总而言之，机电一体化系统在发电厂中得到广泛运用，但是在实际工作中，存在硬件逻辑故障问题、软件故障问题和干扰故障问题。发电厂要不断的进行自主创新和技术创新，提高工作人员专业素质，提高机电一体化系统的设计质量，同时也要提高系统抗干扰的能力，把智能控制技术运用到机电一体化系统中来，保证系统的安全性和可靠性，促进发电厂经济效益和社会效益的提高。
参考文献：
[1]杨鹤年，韩钢.机电一体化系统中的可靠性分析[J].煤炭技术，2011（8）.
