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1、物流自动化系统,作者 ：何衍 张烨,责任编辑：黄兆宁 出版日期：2010年8月 IDPN: 308-2010-69 课件章数：6,第三章 物流自动化系统相关电气控制技术,运动控制电机、传动、传感器 1、最基本、最简单的控制形式：开关式的控制。 2、对速度、力矩的控制。 3、精确控制电机旋转的角度位置。,运动控制的发展趋势：,1、高频化。低频的半控器件一一晶闸管在中小功率范围将被高频的全控器件：大功率晶体管或IGBT所代替，这样既可以提高系统性能，又可以改善电网的功率因数。 2、交流化。由于交流电机本身的优势，交流调速取代直流调速已成为一种不可逆转的趋势。 3、网络化。微处理器的发展，使数字控制
2、器简单而又灵活，同时为联网提供了可能。随着系统规模的扩大和系统复杂性的提高，单机的控制系统越来越少，取而代之的是大规模的多机协同工作的高度自动化的复杂系统。 4、借助于数字和网络技术，智能控制已经深入到运动控制系统的各个方面，如模糊控制、神经网络控制、解耦控制等。运动控制系统正在由简单的单机控制系统走向多机多种控制过程协调的系统集成阶段。,第三章 电气控制技术,逻辑控制PLC、单片机、嵌入式系统 1、最初使用手动开关控制。 2、后来出现了自动控制器件，如继电器、接触器等。 3、简单开关控制不能满足许多机电系统的复杂控制功能要求，需要把简单开关控制电路按照一定的方式或次序组合起来，以实现某控制作
3、用的方式，称为逻辑控制。,第三章 电气控制技术,逻辑控制PLC、单片机、嵌入式系统 1、以时间为控制条件的时间顺序逻辑控制； 2、行程为控制条件的行程顺序逻辑控制。,第三章 电气控制技术,物流自动化系统中的电气控制技术： 电机驱动技术 传感器技术 PLC及单片机控制技术 嵌入式技术 光机电系统接口技术,第三章 电气控制技术,电动机,直流电动机,直流电动机,直流电动机的特点,1、调速范围广，易于平滑调速。 2、启动、制动和过载转矩大。 3、控制技术简单成熟，可靠性较高。 直流电动机多用于对转速要求稳定，调速范围要求较宽的场合。直流电动机的缺点要是换向问题。它限制了直流电动机的极限容量，又增加了维
4、护的工作量。 由于利用了可控硅整流电源，使直流电动的应用增加了一个有利因素。目前使用直流电动机的场合比较多。,直流电动机的机械特性,直流电动机的调速,直流电动机的调速,直流电动机的调速,直流电动机的励磁方式,直流电动机的启动要求,1、有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。 2、在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。 3、要求启动平滑，即要求启动时平滑加速，以减小对生产机械的冲击。 4、启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 5、启动过程中的功率损耗越小越好。,直流电动机的启动,主要问题：限制过大的启动电流。 方法： 1、降压启动。 2、在电枢电路串接外加电阻启动。,直流电动机
5、的启动,直流电动机的制动,1、能耗制动。 2、回馈制动。 3、反接制动。,交流电动机的特点,1、结构简单、容易制造、价格低廉。 2、运行可靠、坚固耐用。 3、运行效率高、具有适用的工作特性。 4、缺点是功率因素低。,交流电动机的绕组,交流电,旋转磁场,交流电动机的特点,同步电动机,交流电动机的启动要求,1、有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。 2、在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。 3、要求启动平滑，即要求启动时平滑加速，以减小对生产机械的冲击。 4、启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 5、启动过程中的功率损耗越小越好。,交流电动机的启动方法,1、直接启动（全压启动
6、）。只有在电机功率小于变压器容量20%30%是允许直接启动。 2、定子串电阻或电抗器降压启动。 3、Y型型降压启动。 4、延边型降压启动。 5、绕线式异步电动机转子串电阻启动。,交流电动机的启动方法,交流电动机的启动方法,交流电机的调速,交流流电动机的制动,1、能耗制动。 2、定子两相反接的 反接制动。 3、能量回馈制动。,伺服电动机,伺服电动机又叫执行电动机，或叫控制电动机。在自动控制系统中，伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把信号（控制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和交流之分
7、。,伺服电动机,伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大； 2、当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点； 3、运行范围较宽； 4、无自转现象。,伺服电动机的一种：步进电机,直线电机,第三章 电气控制技术,传感器,物流自动化系统中使用的传感器,物流自动化系统中使用的传感器和工业传感器的区别 （1）工业传感器的检测内容。 热工量：温度、热量、比热容、热流、热分布、压力、压强、压差、真空度、流量、流速、物位、液位、液面等。 机械量：直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应力、应变、力矩、振动、噪声、质量。 几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、平
8、行度、同轴度、粗糙度、硬度、材料缺陷等。 物体的性质和成分：化学成分、浓度、黏度、湿度、密度、酸碱度、浊度、透明度、颜色。 状态量：运作状态（运行、停止等）、设备的异常状态、超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等。 电工量：电压、电流、功率、电阻、阻抗、频率、脉宽、相位、波形、频谱、磁场强度、电场强度、磁性能等。,物流自动化系统中使用的传感器,物流自动化系统中使用的传感器和工业传感器的区别 （1）在物流运作中，需要检测的主要内容有所不同，除了在某些特殊产品的储运过程中需要监测温度、成分等物理量，以保证运输物体的安全外，主要检测物料的数量、位置、状态这三项主要内容。 虽然物流领域内的检测内容
9、不多，但这并不意味着物流运作不需要复杂的检测技术，因为工业检测往往比较单一，测量时只测量一个或几个参数即可，而物流领域的检测往往需要综合考虑不同的因素，特别是在检测物料状态时，甚至需要将多因素的检测结果进行智能分析，才能得出正确的结果。,物流自动化系统中使用的传感器,物流自动化系统中使用的传感器和工业传感器的区别 （2）检测精度要求不同，工业检测的难度主要在于对于检测的精度要求高，而物流检测往往不需要很高的检测精度。比如，金属加工时，需要对物料的位置进行精确地定位，其精度要求可能高达微米级，而物流运作中对物料位置的判断远不需要那么精确，只要能够判别物料所在的工位或区域，即可满足管理和调度的要求
10、。,物流自动化系统中使用的传感器,物流自动化系统中使用的传感器和工业传感器的区别 （3）检测环境条件不同，工业检测的检测设备往往安装在室内的固定位置，在使用前进行了精确的安装和调试，使用时一般不会四处移动，环境条件相对比较固定。而对于物流系统来说，由于整个运作的动态性比较强，检测设备往往不能固定在一个特定的位置，需要根据实际的运作进行不断地移动或重新部署。而且物流检测设备根据机场、码头、车站和仓库的具体情况，可能需要露天工作，工作环境相对比较恶劣。,物流自动化系统中使用的传感器,物流自动化系统中使用的传感器和工业传感器的区别 （4）物流检测需要更强的综合性。工业测量检测的项目比较单一，即使需要
11、测量多项参数，往往也是将这些数据平行记录下来。而物流系统中的检测技术较多用于复杂对象，复杂过程的影响性能质量方面的综合性参数，很难用单一的传感设备来获取，需要复杂传感设备的整合和集成。,物流自动化系统中使用的传感器,物流自动化系统中使用的传感器和工业传感器的区别 （5）物流检测的动态性更强。工业检测的检测设备、检测参数和操作过程一般是比较固定的，而物流系统由于运作的动态性更强，经常需要根据运作的情况进行实时、动态的调整。,物流自动化系统中使用的传感器,物流自动化系统中使用的传感器和工业传感器的区别 （6）物流检测需要更多的软技术。现代的工业测量的先进性主要体现在采用新型、高性能、高精度的传感器
12、。而物流系统中的检测过程更多地利用软技术，即通过传感器输出的信号进行处理得到特征量，通过建立传感器的输出与待测量之间的模型，通过专家知识、数据库、规则等进行推理，根据被测量的信息获取待测量。,工业传感器检测和物流传感器检测的差异：,几种可应用在物流领域的传感器新技术,（1）传感器和检测设备的创新。传感器技术的创新不仅体现在新材料、新效应和新工业的应用，还包括大规模集成电路和射频技术等先进技术的使用。大规模集成电路可以将多个敏感元件集成在一个芯片上，实现参数的自动补偿或多参数的同时测量。而采用射频、无线通讯、超声波等新技术，则出现了一批如射频识别、GPS、超声波定位等革命性的技术应用，这些新技术
13、很多都可以用于检测和监控。 （2）现代信息处理技术。应用现代信号处理方法对传感器输出的信号进行处理和变换，获取信号的某些特征值，并通过这些特征值与待测参数的关系来的到待测参数的信息。常见的前沿信号处理方法主要包括幅域分析方法、频域分析方法、时域分析方法等。,几种可应用在物流领域的传感器新技术,（3）软测量技术。软测量技术是一种以计算机软件为核心的一种软、硬件结合的测量技术，这种技术利用较易测量的辅助变量，依据这些辅助变量与难以直接测量的待测变量之间的数学关系，通过特定的数学模型计算出测量结果的测量方法。 （4）数据融合技术。基于多传感器数据融合技术的检测系统是由若干个传感器和具有数据综合和决策
14、功能计算机系统组成，以完成综合状态参数的测量。多传感器融合就像人的大脑综合处理信息一样，充分利用多传感器资源，把多传感器在空间或时间上的冗余或互补信息依据某种准则进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述。多传感器数据融合技术具有很多优点，如可以增加检测的可信度，降低不确定性，改善信噪比，增加测量空间和时间的覆盖度等。 （5）基于专家系统的检测技术。专家系统是集成某些特殊领域的知识模型，能够通过推理进行决策和分析。专家系统主要用于对检测数据的分析。,气敏和湿敏传感器,气敏和湿敏传感器主要用来检测特定环境下某些气体的含量或空气的湿度，一般往往应用在物流仓储和运输过程中。比如，烟草储运的过程中，对
15、仓库的干燥通风具有较高的要求，一般需要通过一套具备了湿敏传感器自动化系统来控制仓库的湿度。湿敏传感器即时检测空气当中的湿度，当湿度高于特定的标准时，即启动空气干燥装置来去除空气中的水分，以防止烟草制品霉变。又比如，可以在仓库里安装烟雾气体传感器，一旦检测到超量的烟气，即启动消防装置。某些用于检测特定气体的气敏传感器还可以用来检测某些气体或液体是否泄漏。,离子烟雾传感器,离子烟雾传感器,离子烟雾传感器是应用放射性同位素组成的火灾报警专用传感器，对空气中因起火产生的烟雾粉尘具有很高的敏感性。 离子烟雾传感器由两个电离室组成，外电离室与外界相通，内电离室是密封的。在普通情况下，内外电离室的空气成份基
16、本相同，不会产生内外电离室的电压差。当空气中因火灾而产生的烟雾粉尘进入外电离室时，内外电离室的电压失去平衡，引起输出电信号的变化。,气敏式电阻传感器,气敏式电阻传感器,气敏式电阻传感器是用于检测气体的浓度和成分的传感器，它能将某种气体的浓度和成分装换成相应的电阻值变化的传感器。他可以用于对特定气体进行监测、报警，以保证某些特定物资储运过程的安全正常进行。 气敏电阻传感器的核心部分是气敏电阻，它是一种对气体特别敏感的半导体元件，主要成份一般是某些金属的氧化物，比如氧化锰、二氧化锡等。当气敏电阻接触到一些可燃气体的烟雾时，其表面的电荷会发生变化，导致输出信号随之改变。气敏电阻传感器主要用于检测和防范特定物资的火灾。,湿敏电阻式传感器,湿敏电阻式传感器,湿敏电阻式传感器主要用于测量环境中相对湿度变化的传感器。它的检测原理主要是利用水分子的偶极矩大，易于吸附于固体表面并渗入固体内部的特性。当水分子渗透入湿敏电阻时，电阻的导电特性发生变化产生电信号，再经过放
