机电一体化中的电机控制与保护

机电一体化中的电机控制与保护

作者：覃国俊 王振强

来源：《城市建设理论研究》2013年第22期

【摘要】机电一体化通俗上来讲即将电子技术应用于传播控制、信息生成与流通，能源组织等，从构成上来说即是将电子技术和机械相融合，让二者的优势共同促进共同发展，变成统一体.本文介绍了机电一体化的发展状况，分析了机电一体化应用中电机控制与保护存在的问题以及控制措施。

【关键词】机电 一体化 电机控制 保护

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号： 一、前言

所谓的机电一体化指的是引进电子技术，将其应用于机构的主功能、动力功能、控制功能和信息处理功能上，从而使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。 随着科学技术的不断发展，机电一体化已经成为一门自成体系的新型学科。机电一体化的主要特点是从系统化的角度出发，为实现多功能、高质量、高可靠性、低能耗等目标，将群体技术：机械技术、微电子技术、计算机技术、电力电子技术等进行合理配置与布局，并根据系统功能与优化组织目标加以操作，从而达到理想目标。机电一体化作为一种新型的综合技术，并不是新技术之间的简单拼凑与组合，而是涵盖了技术和产品两方面，这也是与其机械电气化之间的根本区别。机电一体化广泛应用了微电机装置，赋予了现代机械设备自动检测、自动调节与控制等，这有效地促进了生产效率的提高。 二、机电一体化系统的组成

机电一体化控制教学系统采用Siemens公司的Profibus—DP现场总线控制系统，选用Siemens的S7—300作主站,S7—200和变频器作为下位机，配备了STEP7编程软件以及用组态王开发了监控软件④⑤。由下位机控制各站的执行元件，由上位机通过Profibus，DP总线对下位机和各执行元件进行连接和控制，系统组成如图1所示。控制系统中包括9个从站点分别是：备料单元、下料单元、加盖单元、穿销单元、模拟单元、检测单元、液压单元、分检单元、仓储单元。连续生产线示意图如图2所示。站点1、2、3、4主要完成顺序逻辑控制对工件进行上料、下料、加盖、穿销，模拟工件的各个制作单元。站点5对工件进行模拟喷漆、加热、散热并实现温度调节，站点6对工件进行综合检测(正品或废品、金属销或靼料销)，站点7利用液压控制实现工件的盖章和传送,站点8利用气动机械手实现正品和废品的分检．站点9通过光电编码的检测和步进电机的控制实现金属销和塑料销的入库。每个站点都独立地完成一套动作，彼此又有一定的关联．从而模拟了工件从生产到检测、仓储的系统流程。

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三、机电一体化应用中电机控制与保护存在的问题

在我国机电一体化技术发展中，由于技术等因素致使机电控制与保护方面存在很多问题，而且这些问题尚未得到解决。存在的主要问题如下： 1、电机控制保护装置的使用难以达到需求

在现阶段，所使用的电机控制保护装置还不够发达，尚未达到机电一体化应用中的电机控制与保护的需求。因为所使用的电机控制保护装置多是凭借电热原理和电磁原理，利用热继电器的过载保护功能和熔断器的短路保护而进行的，由于这种零部件本身的不足，导致机电控制与保护还存在缺陷，因此，在机电产品的设计过程中，要将设计、控制与保护融为一体、综合考虑，使电机控制与保护装置实现多样化和全面化。 2、井下机电设备的应用存在的问题

在井下机电设备的应用中对电机的控制与保护还存在着很多弱点，如鼠笼式异步电机属于电机控制与保护中最薄弱的环节，此环节应用不当所引起的电机运行故障很多，约占整个电机设备故障的一半以上。因此，有关人员必须要将井下的电机设备的电机控制与保护重视起来，要研发性能更为可靠的电机控制保护装置。 四、 机电一体化应用中电机控制与保护的措施

在机电一体化应用中，电机设备的执行机构主要由两部分组成，分别是：执行驱动部和控制部分。其中执行驱动部是由位置传感器、三相伺服电机等组成；控制部分是由单片机、IPM 逆变器、输入通道、PWM 发生器等组成。 1、对电流电压的准确检测

在对机电一体化中电机控制与保护装置的应用中，对于电流、电压的检测也是不可忽视的，因为对二者的正确检测有益于电机力矩、断相保护、逆变模块等故障的诊断。但是使用一般的电流、电压互感器是很难达到此要求的，为了快速诊断故障排除问题，要采用霍尔型电流互感器和IPM 输出电压采用分压电路的方式对IPM 输出三相电流和电压进行检测，从而达到电机控制与保护的要求。 2、对阀门与速度的控制

在电机控制保护装置的实际应用中，对阀门和速度的控制是不可缺少的。在我国主要采用的是双环控制方案，其中内环是速度环，外环是位置环。速度环的目的是为实现对于电机实际转速的调节与控制而进行的一系列操作，这个目的是通过使用速度调节器，将PWM 波发生器的载波频率进行调节而达到的。外环的作用是向内环提供相应的速度设定值，这一过程是根据外环的当前位置速度设定，并使用速度给定发生器来实现的。在机电控制保护装置的阀门与速

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度控制中，由于大流量阀门执行机构在运行中存在匀速、加速或减速等阶段，而且实际位置与给定位置存在不确定性，从而导致阀门与速度控制存在困难，这就需要在对其调节中，要根据阀门与给定阀门的比较，对速度进行调节。 五、 机电一体化发展趋势

数字化。微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。智能化。即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。模块化。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。网络化。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 结论

机电一体化进程下电机的控制与保护日益引起各界需运用电机数控的人士注意，宏观我国的机电一体化电机的控制与保护，我们不难发现这是一个机遇与挑战并存项目。我国的机电一体化发展很快，几乎可以说在国际上也是领先水平，然而也存在着很多的问题和弊端，笔者也给与了相关的分析与预测，希望日随着在一体化进程的不断优化与加快，机电一体化的发展会有一个良好的势头，机电一体化的控制与保护会更加完善。 【参考文献】

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