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1、各行各业中自动化技术的应用,控制科学与工程2011届 -刘金枝,*目录*,一自动化技术的分类二与自动化想关联的行业领域,一自动化技术的分类,仪器仪表与检测技术低压电器技术自动控制技术工业机器人技术工业通信技术,1、仪器仪表与检测技术,传感器在汽车上的应用用于车辆动力学控制和安全气囊的加速度计；用于传动、刹车、冷却、轮胎、燃油等方面的压力传感器；用于车辆动态控制、翻车报警和GPS后备的偏航速率传感器；用于轮速以及凸轮轴、机轴、踏板位置敏感的位置传感器；车厢环境监控的湿度传感器；日光、雨水和湿度传感器；用于近距离障碍物检测和避撞的测距传感器。,1、仪器仪表与检测技术汽车应用,什么是MEMS技术 英
2、文Micro Electro Mechanical systems的缩写，即微电子机械系统。不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。,1、仪器仪表与检测技术汽车应用,利用MEMS技术可以制作各种敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，已经开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。MEMS技术使控制更加灵活，快速，准确，就像是一座桥梁，是软硬件之间的距离又缩短了一步，配合更和谐。,1、仪器仪表与检测技术汽车实例,对汽车车窗玻璃的控制通过主芯片检测按钮的状态，实现车窗玻璃的点动与自动功能。在车窗玻璃升降过程中，通过传感器检测车窗玻
3、璃运行过程中的电流变 化，实现堵转停止以及防夹 功能，使车窗更加人性化， 更加安全。,1、仪器仪表与检测技术,自动化仪表在水处理系统中得应用仪表能连续检测各工艺参数，根据这些参数的数据进行自动控制，从而协调供需之间、系统各组成部分之间、各水处理工艺之间的关系，以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用。同时，检测仪表测定的数值与设定值可连续进行比较，发生偏差时，立即自动调整，从而保证水处理质量。根据仪表检测的参数，能进一步自动调节和控制药剂投加量，保证水泵机组的合理运行，使管理更加科学化，达到经济运行的目的。由于仪表具有连续检测、越限报警的功能，便于及时处理事故。,1、仪器仪表与检测技术,倾角
4、传感器在工程机械中得应用现在越来越多的工程机械设备从传统的机械液压系统向电子液压系统转变，特别是CANBus总线的广泛应用为工程机械产品的更新换代和工作效率的提升提供了非常好的技术平台。如摊铺机、平地机、挖掘机、升降机、起重机等，通过对车体本身和执行机构的姿态进行测量，最后综合各方面实现自动控制。,1、仪器仪表与检测技术,小结：仪器仪表与检测技术是先进制造与自动化科学技术的重要组成部分。 通过对现场的数据的采集为自动控制提供了依据，影响到整个系统的稳定安全和效率。,2低压电器技术,低压电器是用于交流电压1000V以下的电路中起通断、控制、保护等作用的电器，也是自动化技术中的重要组成部分。 现场
5、总线技术和工业通讯以太网在其中占有重要地位。对电力系统、高低压电器、步进电机、伺服电机进行控制。,3自动控制技术,自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置（自动控制装置）使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。,4工业机器人技术,工业机器人是利用计算机的记忆功能、编程功能
6、来控制操作机自动完成工业生产中某一类指定任务的高新技术，它综合了当代机构运动学和动力学，精密机械设计发展起来的产物，是典型的机电一体化高科技产品。它是集机械工程学、机构学（特别是空间机构学）、计算机学、控制工程论、传感器技术和人工智能技术为一体的一门综合技术。,4工业机器人技术运动控制,机器人的驱动装置气压驱动：使用压力通常在0. 40. 6MPa，最高可达lMPa。气压驱动主要优点是：气源方便，一般工厂都由压缩空气站供应压缩空气；由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有缓冲作用；结构简单、成本低，易于保养。其主要缺点：工作压力偏低，所以功率质量比小，装置体积大；定位精度不高。气压驱动机器人适用于
7、易燃、易爆和灰尘大的场合工作。,4工业机器人技术运动控制,机器人的驱动装置液压驱动：液压驱动优点是：驱动力（或力矩）大，即功率质量比大；液压驱动平稳，且系统的固有频率高、快速性好；液压驱动调速比较简单，能在较大调速范围内实现无级调速。主要缺点是：易漏油，不仅影响工作稳定性与定位精度，且污染环境；需配备压力源及复杂的管路系统，因而成本较高。液压驱动方式大多用于要求输出力较大、运动速度较低的场合。,4工业机器人技术运动控制,机器人的驱动装置电气驱动：电气驱动是利用各种电动机产生的力或转矩，直接或经过减速机构去驱动负载，以获得要求的机器人运动。电气驱动是最普遍、应用最多的驱动方式，因为它有许多优点：
8、易于控制、运动精度高；使用方便、成本低；驱动效率高、不污染环境等。电气驱动又可细分为直流电动机驱动、直流无刷电动机驱动和交流伺服电动机驱动。后者有最大的转矩质量比，由于没有电刷，其可靠性极高，几乎不需任何维护。20世纪90年代生产的机器人，大多采用这种驱动方式。,4工业机器人技术运动控制,机器人的位置控制机器人要运动，就要控制它的位置、速度、加速度等，因此机器人至少是一个位置控制系统，对于高级机器人是在位置控制基础上加有传感器的决策与控制，由于绝大多数机器人是关节式运动形式，很难直接检测机器人末端的运动，只能对各关节进行控制，从控制观点来看，它是属于半闭环系统，即仅从电动机轴上闭环。机器人是由
9、多轴（关节）组成，每轴的运动都影响机器人末端的位置和姿态。如何协调各轴的运动，使机器人末端完成要求的轨迹，这就需要插补。,4工业机器人技术运动控制,机器人的位置控制机器人的一种基本操作方式是通过示教再现的，首先教机器人如何做，机器人就记住了这个过程，于是它可以根据需要重复这个动作。由于精度和效率的限制，我们只示教运动过程中的关键点，根据轨迹特征算出示教点间必须到达的中间位置，通过插补进行控制。,4工业机器人技术运动控制,机器人的位置控制什么是半闭环系统 半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器
10、中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。,4工业机器人技术运动控制,机器人的位置控制什么是插补 对于机器人的轨迹确定，研究了空间直线、平面圆弧、空间圆弧等三种基本规则曲线的插补算法。由已知点可以算出轨迹上的中间点，此算法在理论上可使所有插补点均落在所要求的曲线上，算法精简且无累积误差。,4工业机器人技术力的控制,装配、抛光、打毛刺等工作，需要对末端执行器（工具）不但要施加运动命令，而且还要保持一定的接触力，这是力控制情况。机器人的运动是由一个个关节运动完成的，显然，在任意时刻，只能命令某关节做运动控制或力控制，不可能让它同时实现力
11、和运动控制。,4工业机器人技术机械手,工业生产中的应用：机械手可用于直线、平面、立体的工件搬运移载；检测定位；自动装配；自动涂胶等。,4工业机器人技术实例,适用于包装领域的机器人主要功能是机械视觉，完成成品检测，产品质量检测以及自动化生产的各个环节。 食品饮料安全生产 医药生产 物流分拣系统,4工业机器人技术,小结：工业机器人不同于一般自动机，工业机器人具有“生产柔性”。而大批量生产自动线中应用的自动机是专用的，它的工作程序固定不变，可自动、高效、精确地重复作业内容。除非改变硬件，否则它的作业内容是不可改变的。而工业机器人的作业对象和作业内容的改变，可以通过改变其控制装置的控制程序（软件）而不
12、用改变硬件来实现。,5工业通信技术,工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键。工业通信以现场总线和开放网络技术为信息传送纽带，采用公开的规范的协议，将多个分散的具有数字通信能力的设备构成一个有机的整体，从而实现企业从现场设备到控制管理系统信息集成与信息传递。,二与自动化想关联的行业领域,先进制造工业通用技术现代管理,1先进制造工业,先进加工工艺锻压成形技术模具技术铸造技术焊接连接技术普通机加工特种加工,2通用技术,液压传动技术以液体（主要是矿物油）为工作介质，通过液压泵/马达、液压阀、液压缸、液压辅件等各种元件和现代控制检测手段，实现能量转换、传递和控制的技术，在大惯量、要求响应快、自动化控制程度高的冶金、矿山、石化、电力、船舶、军工、机床、建筑、起重、运输等工业领域的重要主机设备中被广泛地应用。,3现代管理,供应链管理与物流技术物流涉及的学科知识包括管理学、计算机信息技术、机械技术、自动化技术、自动识别技术等多学科的综合性领域。现代物流技术呈现智能化，信息化。,
