時間：2022-08-23 14:15:19
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關鍵詞：高速攝影；單片機；CPLD；轉(zhuǎn)速測量
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.018
引言
超高速攝影與一般攝影最根本的區(qū)別，在于它能以極快的速度進行拍攝，有很高的時間分辨率，能夠?qū)⒖焖僮兓倪^程記錄下來，可以廣泛應用于高速運動過程研究、瞬態(tài)光譜物理、高能物理、炸藥爆轟參數(shù)測量等領域。
超高速攝影有超高速光電相機、轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影等。轉(zhuǎn)鏡式高速攝影有較高的分辯力，轉(zhuǎn)鏡式高速攝影掃描系統(tǒng)的掃描速度可達0.375km/ s～15km/s，系統(tǒng)分辯力可達80lp/ mm，高速攝影分幅系統(tǒng)的攝影頻率可達104fps～107fps，系統(tǒng)分辨力可達35lp/mm，可滿足速度最高可達幾十千米每秒的高速運動物體的測試需求。
轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影系統(tǒng)是一個涉及光學、機械、電子等技術領域的復雜精密系統(tǒng)，主要由光學系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，這里主要對某項目中用到的轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影系統(tǒng)的電路控制系統(tǒng)設計進行介紹。
超高速攝影電控系統(tǒng)設計
轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影電路控制系統(tǒng)使高速攝影機各部分按程序工作，保證高速攝影機以500萬幀/秒的速度準確可靠地高速拍攝。超高速攝影機電控系統(tǒng)是保證攝影機準確可靠工作、提供分析所需數(shù)據(jù)的指揮機構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)性能的好壞是衡量高速攝影機質(zhì)量的重要標志。
超高速攝影電路控制系統(tǒng)主要由控制箱、電源、計算機等組成。電控系統(tǒng)主要功能為：（1）快門開啟和關閉的控制；（2）調(diào)整和控制轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)速度；（3）轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)速度測量和指示；（4）引發(fā)脈沖光源；（5）安全保護功能，包括電機的過流保護、傳感器斷電保護等。超高速攝影電控系統(tǒng)工作流程示意如圖1所示。
單片機ATMega16L通過RS485通信接受計算機的指令并完成對其它各個分系統(tǒng)的實時控制。電機脈沖信號放大板將轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速測量板的信號放大并送給CPLD邏輯電路XC95288進行測速，并與轉(zhuǎn)鏡速度控制單元的測速值進行比較，用于判斷是否達到設定的速度；脈沖氙燈控制器用于開啟脈沖氙燈和引發(fā)目標信號，機械快門控制單元實現(xiàn)對攝影機的保護，外部觸發(fā)及同步信號單元用來獲取外部的同步信號，并根據(jù)到達拍攝區(qū)域的時間確定零時信號。系統(tǒng)各控制模塊（除電機控制器外）和電源等都裝配在控制機柜中，并通過電纜與對應的快門、電機、氙燈、傳感器和液晶顯示模塊等連接起來。
邏輯電路XC95288的功能設計
XC95288是Xilinx公司的在系統(tǒng)可編程CPLD器件，主要用來完成邏輯控制和轉(zhuǎn)鏡速度測量等功能，其控制的內(nèi)容包括轉(zhuǎn)鏡速度和外部同步信號的讀取、控制機械快門、脈沖氙燈以及觸發(fā)目標，同時也控制MAX485等芯片實現(xiàn)與上位控制計算機的半雙工通信。
XC95288與MAX485的連接電路如圖3所示。
超高速攝影機需要將轉(zhuǎn)鏡加速到預定的拍攝速度，并能夠維持數(shù)秒（維持時間不宜過長，否則將損壞電機），以等待拍攝目標的到來。因此要設定拍攝速度的自動選擇環(huán)節(jié)，當轉(zhuǎn)鏡速度達到預定的轉(zhuǎn)速時，它能自動給出信號以穩(wěn)定電機轉(zhuǎn)速。當攝影頻率為500萬幀/秒=5×106fps時，拍攝320個畫幅對應轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)角度為120°，此時轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速n為：n=（120/360）fω/N=（1/3）×5×106/32 0=5208.33rps=312500.0rpm。
為了測量電機轉(zhuǎn)速是否達到設定的轉(zhuǎn)動速度，這里設計一個速度測量電路，其參數(shù)如下：（a）頻率測量范圍：10Hz～1MHz；（b）測量分辨率：1Hz；（c）測量通道靈敏度：50mVpp；（d）通道輸入阻抗：≥100kΩ。
（1）電機信號整形電路
電機轉(zhuǎn)速輸入的速度頻率信號是方波，并且信號的測量通道靈敏度為50mVpp，為此需要將速度信號放大整形成標準的TTL電平的方波信號，便于XC95288對信號脈沖的計數(shù)，放大電路需要將最小為Vpp=50mV的信號經(jīng)過放大整形后變成Vpp=5V電平，并且前向通道電阻≥100kΩ，則放大電路的電壓放大倍數(shù)為：
第一級射級跟隨器提高了輸入阻抗，使其滿足Ri≥100kΩ的要求，使得信號基本上送入后級，再經(jīng)過兩級的放大使信號放大，最后經(jīng)施密特觸發(fā)器整形成比較好的方波信號，為后面的處理提供信號。
（2）電機速度頻率測量電路
XC95288主要實現(xiàn)對被測信號的脈沖個數(shù)進行處理，并通過串口發(fā)送到PC上進行實時顯示。這里采用有源晶振40MHz進行分頻得到計時標準時鐘，標準時鐘為電機速度頻率測量提供精度相對較高的時基信號，其時間的穩(wěn)定性和精度將會直接影響到測量的準確性。
用XC95288實現(xiàn)電機速度測量的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。
在XC95288內(nèi)部電路中，F(xiàn)0、F1輸入端口分別輸入標準脈沖和待測的速度脈沖信號（經(jīng)過整形放大以后的信號），計數(shù)器0和1分別對標準脈沖F0和待測信號F1進行計數(shù)，鎖存器0和1分別對計數(shù)器0和1的計數(shù)值進行保存，16位的輸入端口NP作為預置閘門時間的設定端口，設其輸入值為NP，則預置閘門時間T0為T0=NP/f0。
在電路剛開始工作時，由清零信號CLR對所有的計數(shù)器、鎖存器和D觸發(fā)器清零。這樣，計數(shù)器0的計數(shù)值NN0的初值為0，故此時NP>NN0，比較器輸出為1，但此時DFF0觸發(fā)器的輸出F2仍保持此初值0，由于F2作用在計數(shù)器0和1的使能端，此時計數(shù)器沒有開始計數(shù)，直到信號F1的上升沿到來后，DFF0觸發(fā)器的輸出F2才翻轉(zhuǎn)為1，允許兩計數(shù)器計數(shù)。隨著計數(shù)值的增加，當NN0>NP時，比較器輸出等于0，不過此時兩個計數(shù)器仍在計數(shù)，直到信號F1的又一上升沿到來后，F(xiàn)2=0，兩個計數(shù)器都停止計數(shù)，利用F2的下降沿（F3的上升沿）將此時的計數(shù)值NN0和NN1分別通過鎖存器0和1鎖存起來。然后利用此時F2=0，經(jīng)D1觸發(fā)器延時到信號F0的上升沿到來后，對計數(shù)器0、1清零。延時清零的原因是為了避免鎖存器鎖存數(shù)據(jù)與計數(shù)器清零同時進行，從而使存儲數(shù)據(jù)出錯。但由于延時清零，使實際門控信號的上升沿比速度信號F0的上升沿滯后，滯后時間為信號F0的一個周期。為使檢測結(jié)果準確，將計數(shù)器0的計數(shù)值加1即可。F2實質(zhì)上就是實際門控信號。
在設計電路時，需要考慮計數(shù)器溢出的情況。例如，在電機轉(zhuǎn)速很慢的情況下，兩個速度脈沖信號上升沿間的時間間隔較長，這使實際閘門時間變得很長，在該段時間內(nèi)，計數(shù)器0可能會出現(xiàn)溢出情況。在該情況下，可用3種方法來解決計數(shù)：一是增加計數(shù)器0的位數(shù)；二是通過增加計數(shù)器來對溢出次數(shù)另行讀數(shù)；三是一旦計數(shù)器溢出，便認為此時電機的轉(zhuǎn)速約等于0。這里采用的方法是：在電機轉(zhuǎn)速很慢的時候延時2秒種后再進行測量，而且計數(shù)器都采用16位寬度。
單片機ATMega16L的功能設計
ATMega16L單片機是ATMEL公司生產(chǎn)的高性能單片機，采用精簡指令集，具有預取指令功能，指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行，處理速度快。在高速攝影電控系統(tǒng)中，ATMega16L單片機負責讀取XC95288的電機測速值，處理控制內(nèi)外信息的輸入輸出接口，并與上位控制計算機通過RS-485接口進行信息交互。
在軟件編程時，利用ATMega16L單片機定時/計數(shù)器與系統(tǒng)時鐘的預定比例分頻器，可以獲得很高分辨率的時間間隔控制精度，例如，單片機系統(tǒng)采用8MHz的晶振工作，采用8分頻，則時間控制的間隔可以達到微秒，完全能夠?qū)崿F(xiàn)超高速攝影中要求的0.1微秒的控制精度。
這里給出一個ATMega16L單片機讀取XC95288的電機測速值的C語言子程序。
結(jié)束語
根據(jù)以上電路設計的轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影機電控系統(tǒng)，已在某系統(tǒng)超高速攝影機中得到應用，系統(tǒng)工作良好。
參考文獻：
【關鍵詞】機電一體化；控制技術；設計；應用方法
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
工業(yè)一直以來都是國民經(jīng)濟的主導產(chǎn)業(yè)，其不僅關系著國家經(jīng)濟的發(fā)展進程，也影響了整個社會科技的發(fā)展水平。新經(jīng)濟體制下，我國工業(yè)科技取得了新的研究成果，改變了過去單一的技術應用方案。機電一體化控制系統(tǒng)是工業(yè)經(jīng)濟中的先進模式，由于多種技術融入而提高技術的實用性，這些都能為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。
一、機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成
從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。
從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲?！皠恿δ堋笔窍蛳到y(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能。“檢測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。
既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設計歸根結(jié)底就是“接口設計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。
二、機電一體化控制系統(tǒng)的設計要點
隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，它的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化、智能化。從企業(yè)角度分析，開辟新工業(yè)生產(chǎn)模式是行業(yè)科技的創(chuàng)新要求，也是實現(xiàn)經(jīng)濟收益最大化的必要條件。筆者認為，機電一體化控制系統(tǒng)設計應注重幾大模塊的控制：
（1）結(jié)構(gòu)模塊。機械本體是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等，這是機電系統(tǒng)控制的主要對象。設計一體化系統(tǒng)要考慮設備本身的結(jié)構(gòu)設置，使機電、機械等設備發(fā)揮出預期的功效，這樣才可以加快控制系統(tǒng)的功能發(fā)揮。
（2）動力模塊。動力驅(qū)動部分依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。無論是哪一種類型的機械設備，都要借助動力系統(tǒng)才能正常地運轉(zhuǎn)，這是機電一體化設計的主要內(nèi)容。動力模塊設計可選用變頻調(diào)節(jié)技術，根據(jù)主電機傳輸能量的大小，由變頻器自動控制電傳動速率，進而對設備動力供應系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，這樣能夠方便機電系統(tǒng)的自動化運轉(zhuǎn)。
（3）感知模塊。測試傳感部分對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息。傳感器是信息傳遞的主要設備，用其作為信號感應與自處理裝置，對機電設備調(diào)度具有指導作用。無線傳感技術的普及應用，能夠幫助控制系統(tǒng)快速地分析數(shù)據(jù)信息，避免其他信號傳遞造成的干擾。
（4）指令模塊?？刂萍靶畔⑻幚聿糠謱碇疁y試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。機電一體化控制系統(tǒng)設計應考慮指令的控制，尤其是自然語言與計算機語言之間的轉(zhuǎn)換，更應該朝著一體化方向轉(zhuǎn)變，這是保證機電信號穩(wěn)定傳輸?shù)闹攸c條件。
三、機電一體化系統(tǒng)的相關關鍵技術
（1）機械技術：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應考慮采用新型復合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。
（2）傳感檢測技術：傳感檢測技術的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。
（3）信息處理技術：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術、專家系統(tǒng)技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術等都屬于計算機信息處理技術的范疇。
（4）自動控制技術：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等。
（5）伺服傳動技術：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。
（6）系統(tǒng)總體技術：機電一體化系統(tǒng)是一個技術綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術將各有關技術協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。
四、機電一體化控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的主要趨勢，也是基于信息科技的自動化控制平臺，用其作為工業(yè)生產(chǎn)控制模塊，有助于加強生產(chǎn)設施的工作性能，帶動了生產(chǎn)效率的全面提升。同時，借助控制及信息處理部分發(fā)出的指令，可快速完成規(guī)定的動作和功能。除此之外，新型機電控制系統(tǒng)應用還表現(xiàn)在其它方面：
（1）人機智能化。從未來科學技術的發(fā)展角度考慮，我國機電一體化控制系統(tǒng)也將朝著智能方向改進，這種智能性特點是在原控制模式上的升級，應用了多功能控制技術作為輔助方案。隨著計算機應用技術的不斷推廣，機電一體化作業(yè)模式的智能系數(shù)更高，大部分人工操作均可通過計算機控制平臺處理，這些改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式的不足。
（2）數(shù)字一體化。數(shù)字一體化是對機電一體化控制的延伸，其選用高科技數(shù)字系統(tǒng)作為支撐，對機電設備動作指令進行合理地調(diào)度，幫助工業(yè)系統(tǒng)解決實際生產(chǎn)中的問題。數(shù)字一體化以微型計算機為控制平臺，這種小型計算機具備了常規(guī)計算機的數(shù)據(jù)處理功能，因其外形輕巧而適合安裝于機電設備。利用數(shù)字傳感器對控制系統(tǒng)實時感應，發(fā)現(xiàn)異常信號后及時調(diào)整指令，加快了數(shù)字系統(tǒng)的自處理效率。
參考文獻
[1]丁子華.新時期多功能通信網(wǎng)絡的設計與應用[J].工業(yè)科技研究.2009，20（12）：19～21
【關鍵詞】地鐵機電設備監(jiān)控系統(tǒng) 設計
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
地鐵車站設備監(jiān)控系統(tǒng)( EMCS) 通過中央級、車站級和就地級三級對車站設備進行監(jiān)控, 通過中央級和車站級進行系統(tǒng)管理。車站設備監(jiān)控系統(tǒng)對全線各個車站的通風空調(diào)系統(tǒng)設備、給排水設備、自動扶梯、電梯、車站公共區(qū)照明、廣告照明、車站事故照明電源、屏蔽門及人防密閉隔斷門等車站設備進行全面、有效的自動化監(jiān)控及管理，確保設備處于高效、節(jié)能、可靠的最佳運行狀態(tài)，并創(chuàng)造一個舒適的地下環(huán)境，此外在火災等災害或阻塞事故狀態(tài)下，能夠更好地協(xié)調(diào)車站設備的運行，充分發(fā)揮各種設備應有的作用來保證乘客的安全和設備的正常運行。
一、系統(tǒng)設置目的
地下鐵路作為現(xiàn)代化城市建設的標志之一，因其具有無污染、低噪音、高速度等優(yōu)點，目前已被越來越多的城市所采用。機電設備監(jiān)控系統(tǒng)( EMCS) 是將計算機及其網(wǎng)絡技術相結(jié)合的機電設備自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制對象主要為地鐵通風空調(diào)設備、給排水設備、正常照明設備及電扶梯等設備。其主要作用為：對地鐵內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量進行監(jiān)視和控制，使其在正常情況下滿足乘客舒適度的要求，并在緊急情況下提供正確可靠的信息來保證乘客等人員安全。其中，由于地鐵工程的通風空調(diào)系統(tǒng)與一般的地上建筑完全不同，其溫濕的變化既有它的周期性，也有受外界干擾的隨機變化無規(guī)律性，因此，通風空調(diào)系統(tǒng)容量大且復雜。在這種情況下，如果沒有計算機控制系統(tǒng)，只靠工作人員人為去控制是根本無法實現(xiàn)的。所以在全線設置EMCS 系統(tǒng)非常重要。設置機電設備監(jiān)控系統(tǒng)是想借一斑而窺全貌，想以此達到反映整個監(jiān)控系統(tǒng)的設計思路，確保以上這些系統(tǒng)的安全可靠運行的目的。特別是在地下車站發(fā)生火災事故的情況下，能夠使有關救災設施按照設計工況及時有效地運行，從而保障人身安全。
二、地鐵監(jiān)控系統(tǒng)的技術特點
1、環(huán)境條件特殊
地鐵建筑所處環(huán)境具有特殊性，由于機車為電力牽引,且地下相對外界隔絕，環(huán)境潮濕。既不同于地面商用建筑物，一般所處環(huán)境較好，電磁干擾較輕，也不同于工廠金屬粉塵等有害物質(zhì)較多，環(huán)境惡劣。
2、功能要求特殊
地下鐵路屬于公共交通行業(yè), 是城市交通的一面窗口，是面向乘客的優(yōu)質(zhì)服務，反映了城市的先進程度。這種服務除了人的因素以外，設備的安全、可靠、高效、節(jié)能所帶來的舒適感、安全性也非常重要。不同于智能樓宇側(cè)重于辦公自動化、通信自動化、長時間工作下環(huán)境智能調(diào)節(jié)的要求,地鐵建筑監(jiān)控系統(tǒng)則更側(cè)重有利于安全行車管理、變化客流下的環(huán)境調(diào)節(jié)、災害情況下的疏散導引、相關設備在各種情況下的有效運行。
三、監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能
1、車站級監(jiān)控系統(tǒng)組成由設置于車站環(huán)控電控室和車站控制室( SCR) 的可編程序控制器( PLC) 采集現(xiàn)場設備的狀態(tài)信號，通過網(wǎng)絡通訊線傳遞到車站級服務器及監(jiān)控工作站，車站監(jiān)控人員再通過工作站下達控制指令，由PLC 傳遞到現(xiàn)場設備完成。
2、中央級監(jiān)控系統(tǒng)由中央級局域網(wǎng)絡構(gòu)成，網(wǎng)絡內(nèi)包括主備監(jiān)控主機、主備服務器、檔案管理計算機、網(wǎng)絡交換機、打印機、打印機服務器、大屏幕顯示系統(tǒng)和UPS 等設備。
3、就地級監(jiān)控設備組成：作為車站級監(jiān)控設備PLC 控制器的組成部分，遠程I/ O 設備直接與現(xiàn)場設備連接，采集從現(xiàn)場傳感器檢測到的各類信號；同時，遠程I/ O 也將上級下達的控制任務，直接傳遞到現(xiàn)場的閥門、開關及電機等執(zhí)行機構(gòu)，從而完成系統(tǒng)的控制指令。對于關鍵性的監(jiān)控場合，使用帶CPU 處理器的遠程I/ O 來實現(xiàn)獨立控制功能。
4、地鐵監(jiān)控系統(tǒng)從全線功能來講，包括了設在全線調(diào)度指揮中心的中央級功能，設在各個車站控制室和環(huán)控電控室的車站級功能，以及設在被控設備附近的就地級功能。
車站級設備監(jiān)控系統(tǒng)負責統(tǒng)一管理本車站的被控設備。接收中央級下達的指令，完成其控制要求，以及實現(xiàn)對車站的環(huán)境監(jiān)控、其他機電設備的監(jiān)控管理和導向設備監(jiān)控。
四、車站級網(wǎng)絡構(gòu)成
1、點對點形式
車站局域網(wǎng)采用1: N 點對點的結(jié)構(gòu)方式，局域網(wǎng)上設置服務器，通過集線器可同時與所有子網(wǎng)控制器進行點對點數(shù)據(jù)交換，通信方式采用輪回仲裁方法，實現(xiàn)點對點的通信方式。該方案屬于集中式通信策略，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡單，易于擴充，但需要的數(shù)據(jù)通路多，而且工作站處容易形成通信故障的瓶頸。
2、環(huán)形以太網(wǎng)形式
局域網(wǎng)通過連接設備將網(wǎng)絡連接成環(huán)型，系統(tǒng)各控制器作為環(huán)網(wǎng)上的節(jié)點互通信息。網(wǎng)絡通信協(xié)議采用TCPPIP 協(xié)議組標準，通信方式為CSMAPCD。由于以太網(wǎng)是一個非常開放的網(wǎng)絡，且通訊能力強大，網(wǎng)絡通訊設備成熟。但其傳輸效率的能力相對薄弱，如果采用高可靠、高品質(zhì)的交換機作為連接設備，利用它的存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，建立邏輯上的多通道，則可以較好地解決這一問題。另外，為了保證系統(tǒng)的控制和信息的響應時間，可選擇通信速率為100Mbps 的高速以太網(wǎng)。
3、工業(yè)總線形式
系統(tǒng)各控制器作為網(wǎng)絡節(jié)點連接在總線網(wǎng)上，利用總線作為節(jié)點的共同信道互通信息。采用廣播或主從等方式通信。這種總線方式，通訊效率高，節(jié)點增加容易。常用在工業(yè)網(wǎng)絡中，通信效率和可靠性依據(jù)大量的工業(yè)實踐有所保證。但不同廠家的總線系統(tǒng)有各自的數(shù)據(jù)通信特點，相應的總線產(chǎn)品有其自己的市場定位，在開放性方面都有所努力，以達到通用性的目的。
五、設備選型分析
車站級局域網(wǎng)的高效運行，往往取決于網(wǎng)絡連接設備和信息傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，而控制器的選擇又直接關系到系統(tǒng)控制性能的高低。在高速以太網(wǎng)尚未普及之前，大多數(shù)以太網(wǎng)10Mbps，沒有交換機的需求。對于百兆以太網(wǎng)，選用高品質(zhì)10P100Mbps 自適應端口的交換機，可以使其連接的每個端口設備擁有足夠的帶寬。其自動偵測交換和全雙工功能，使網(wǎng)絡有著良好的擴充延伸性能。而支持冗余雙環(huán)硬件自動切換的功能，使以太網(wǎng)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)成為可能， 這樣就在網(wǎng)絡故障自愈能力上提高了系統(tǒng)的可靠性。
采用多模光纜作為傳輸介質(zhì)，避免了強電磁感應、高電壓引起的干擾。選用帶有鋼護帶，具有良好抗拉伸和抗側(cè)壓，以及防濕防潮性能的光纜，更有利于在地下的安裝敷設和系統(tǒng)傳輸可靠性的提高。
作為車站級監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件，控制器的處理能力、處理速度、擴展能力、可靠性、易維護性等諸多方面都要有所考慮。而PLC 在這些方面則有很好的性能和實踐。在對實際數(shù)量的IPO 數(shù)據(jù)收發(fā)的同時，有大量的中間處理數(shù)據(jù)，選擇CPU 的處理能力就要遠大于實際的IPO 數(shù)量。對于不同的指令，處理速度有幾倍，甚至幾十倍的差別，選擇基本賦值指令作為參考，具有可比性。為提高可靠性，如一臺PLC 被診斷故障，另一臺必須保證所有下層設備及數(shù)據(jù)通訊不間斷、無擾動的繼續(xù)正常運行，PLC 常需要冗余配置。配置方式有單電源- 雙CPU、雙電源- 單CPU、雙電源- 雙CPU的多種組合, 采用后一種及雙背板結(jié)構(gòu)，更能保證PLC 的完全冗余。采用標準化選件、模塊化結(jié)構(gòu)、可帶電插拔方式等，為運營維修部門的現(xiàn)場設備維護和日后系統(tǒng)的擴展創(chuàng)造了條件。
總結(jié)
地鐵機電設備的自動監(jiān)控是一項十分重要的控制技術，也是一項繁雜的系統(tǒng)工程，涉及許多專業(yè)的設備監(jiān)控及運行要求，有著地鐵行業(yè)的特殊性。這就要以接口協(xié)調(diào)配合為基礎，設備選型為根本，網(wǎng)絡構(gòu)造為條件，以管理措施為保證，以實際運營經(jīng)驗作為優(yōu)化的前提，才能使得地鐵監(jiān)控系統(tǒng)有更好的發(fā)展前景。
參考文獻
關鍵詞：微機電混合陀螺儀工作原理接口電路設計仿真分析
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
大量的實踐研究結(jié)果證實：陀螺能夠在相當長的一段時間范圍內(nèi)保持既定方位的穩(wěn)定性，并能夠針對載體角位移程度以及角速度變化情況予以及時反映?；谶@一特性，陀螺現(xiàn)階段的大量應用于工業(yè)化建設的方方面面當中。同傳統(tǒng)意義上的機電陀螺儀裝置相比，一種基于微電子及集成智能化技術的微機電混合陀螺儀裝置以其所特有的低成本、大批量生產(chǎn)以及尺寸小等諸多優(yōu)勢而備受各方工作人員的特別關注與重視。本文基于對微機電混合陀螺儀裝置工作原理的分析，提出了一種接口電路的設計方式，并仿真驗證其可行性?，F(xiàn)對其做詳細分析與說明。
一、微機電混合陀螺儀裝置基本工作原理分析
在當前技術條件支持下，整個微機電混合陀螺儀裝置的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示（見圖1）。由圖中所示結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)：在整個微機電混合陀螺儀裝置處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下，與之相對應的電機裝置能夠驅(qū)動陀螺儀裝置與平衡環(huán)裝置保持高速且穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)動作，從而產(chǎn)生較為明顯的動量矩。在如圖1右下角位置所示x/y方向出現(xiàn)角速度輸入的情況下，轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸勢必會產(chǎn)生一定程度上的偏轉(zhuǎn)。而相對于整個微機電混合陀螺儀裝置而言，這種偏轉(zhuǎn)將引起信號檢測極板與陀螺轉(zhuǎn)子相對應的電容參數(shù)出現(xiàn)明顯變動。借助于電容信號檢測將這部分電容參數(shù)予以完整提取，即可以獲取在輸入角速度既定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)角大小參數(shù)。更為關鍵的一點在于：為確保陀螺轉(zhuǎn)子在整個微機電混合陀螺儀裝置的運行過程中能夠始終保持為靜態(tài)平衡狀態(tài)，則應當以力矩反饋極板為在載體，將一定數(shù)值的靜電力矩施加在陀螺轉(zhuǎn)子之上。在陀螺轉(zhuǎn)子接受這部分靜電力矩的過程當中所產(chǎn)生的修正效應以及補償效應能夠輔助對輸入角速度的測定作業(yè)。基于以上分析，在剔除二次諧波力矩作用力以及陀螺阻尼力矩作用力相對于微機電混合陀螺儀裝置的運行影響情況下，其運動方程可以作如下表述：[（轉(zhuǎn)子繞x/y軸轉(zhuǎn)動慣量＋平衡環(huán)繞x/y軸轉(zhuǎn)動慣量/2）×（自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標系ox軸正向運動相對于驅(qū)動軸的角加速度）]＋[陀螺儀角動量參數(shù)×自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標系oy軸正向運動相對于驅(qū)動軸的角速度]＋[剩余剛度項×自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標系ox軸正向運動相對于驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角角度]=作用于陀螺轉(zhuǎn)子外置外力矩在坐標系ox軸上的分量參數(shù)－[（轉(zhuǎn)子繞x/y軸轉(zhuǎn)動慣量＋平衡環(huán)繞x/y軸轉(zhuǎn)動慣量/2）×陀螺儀相對于慣性空間角加速度在坐標系ox軸上的分量參數(shù)]－（陀螺儀角動量參數(shù)×陀螺儀相對于慣性空間角速度在坐標系oy軸上的分量參數(shù)）。通過對微機電混合陀螺儀裝置運動方程的分析，可以對其進行簡單定義，即微機電混合陀螺儀裝置是一個能夠同時針對x軸及y軸方向輸入角速度進行測定的二自由度陀螺儀裝置。
圖1：微機電混合陀螺儀裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖
二、微機電混合陀螺儀裝置接口電路設計分析
在整個微機電混合陀螺儀裝置系統(tǒng)設計過程中，機電接口應當重點關注上檢測電極、下檢測電極以及轉(zhuǎn)子、平衡環(huán)間的對應關系。在微機電混合陀螺儀裝置進行信號檢測的過程當中，能夠通過對大小均等、頻率均等高頻載波信號的內(nèi)環(huán)輸入實現(xiàn)檢測目的。在此種載波信號的施加作用之下，上下檢測電極外環(huán)位置還同時受到村子啊平衡力矩作用力的微機電混合陀螺儀裝置反饋電壓當中。這部分施加電壓與所輸入高頻載波信號均負載在同一電極當中，借助于此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)整個機電接口位置直流偏置信號、常值電容信號、反饋電壓信號以及檢測電容信號的均衡性作業(yè)?；谝陨戏治鲂枰J識到一點問題：在針對微機電混合陀螺儀裝置進行系統(tǒng)設計的過程當中，若假定存在寄生電容，則在整個有關接口電路的設計過程當中需要重點關注一點：即在頻率一定的載波信號施加并有效覆蓋于微機電混合陀螺儀裝置外環(huán)電極的狀態(tài)下，中間公共點擊所產(chǎn)生電位數(shù)值與所施加載波信號見的對應關系。此過程當中需要重視放大器反相輸入端虛地數(shù)值的特性，獲取差動電容傳感器在反饋阻抗既定狀態(tài)下的輸出電壓參數(shù)，基于以上分析所確定的微機電混合陀螺儀裝置接口電路設計示意圖基本如下圖所示（見圖2）。從圖中相關結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)：在微機電混合陀螺儀裝置的正常運行狀態(tài)下，通過對電容參數(shù)的實時控制與調(diào)節(jié)能夠很好的提高信號靈敏性。
圖2：微機電混合陀螺儀裝置接口電路設計示意圖
三、微機電混合陀螺儀裝置仿真分析
本文所例舉仿真試驗在微機電混合陀螺儀裝置保持開環(huán)狀態(tài)下運行，其目的在于通過仿真實驗分析并驗證殘余剛度相對于整個微機電混合陀螺儀運行系統(tǒng)的影響程度。具體的仿真方式如下：在保持微機電混合陀螺儀裝置處于開環(huán)作業(yè)狀態(tài)的情況下，假定充分加工后整個結(jié)構(gòu)的殘余剛度保持在0.22468mN·m/rad單位，并且剔除外力矩作用力以及角速度輸入對殘余剛度的影響問題。在此種假定情況作用之下，本文所構(gòu)建的微機電混合陀螺儀裝置運動方程中包括①.陀螺儀相對于慣性空間角速度在坐標系oy軸上的分量參數(shù)；②.陀螺儀相對于慣性空間角加速度在坐標系ox軸上的分量參數(shù)；③.作用于陀螺轉(zhuǎn)子外置外力矩在坐標系ox軸上的分量參數(shù)在內(nèi)的相關指標均表現(xiàn)為零值狀態(tài)。在以上仿真前提下，陀螺轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標系ox軸正向相對于驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角（以下定義為a）以及陀螺轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸繞陀螺儀坐標系oy軸正向相對于驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角（以下定義為b）的運動關系表現(xiàn)為下圖（見圖3）。從圖中不難發(fā)現(xiàn)：在剩余剛度項保持在非零狀態(tài)的情況下，a、b轉(zhuǎn)角作相對調(diào)諧振動，這也就意味著轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸在整個微機電混合陀螺儀裝置中做進動運動。而在a、b轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)出完全調(diào)諧關系的情況下，以上兩轉(zhuǎn)角指標均表現(xiàn)為初值狀態(tài)，也就意味著轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸在整個微機電混合陀螺儀裝置中能夠保持原方位上的穩(wěn)定狀態(tài)。在此基礎之上，借助于Matlab實現(xiàn)對微機電混合陀螺儀運行系統(tǒng)的仿真處理，通過對輸入角速度參數(shù)的控制，所得到的仿真結(jié)果證實：在過渡平衡狀態(tài)下，a、b轉(zhuǎn)角基本表現(xiàn)為零值狀態(tài)，確保了整個微機電混合陀螺儀裝置閉環(huán)控制的有效性，仿真效果顯著。
圖3：微機電混合陀螺儀裝置開環(huán)狀態(tài)下轉(zhuǎn)角運動規(guī)律示意圖
（a）轉(zhuǎn)角a運動規(guī)律示意圖
（b）轉(zhuǎn)角b運動規(guī)律示意圖
參考文獻：
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【關鍵詞】PLC；光機電；一體化；實訓系統(tǒng)；設計
1概述
1.1PLC
PLC全稱為可編程邏輯控制器，它是一款可用于編程的存儲器，它主要是用于完成邏輯運算的執(zhí)行、順序的控制、定時、計數(shù)等用戶的指令，除此之外，它還可以運用數(shù)字化或者模擬式輸出及輸入對機械生產(chǎn)進行控制?？删幊踢壿嬁刂破骶哂性S多特點，首先，可編程邏輯控制器使用起來十分方便，而且編程簡單，其主要采用的是簡單的梯形圖、邏輯圖或者簡單的程序語句來表達，所以對于用戶來說，他們不用掌握十分完備的計算機知識，就可以很好地進行操作。其次，可編程邏輯控制器的功能強大，價格還十分經(jīng)濟，故而其性能價格比是相對較高的。還有一點，就是可編程邏輯控制器的硬件配套往往十分齊全，用戶在使用時很方便，適應能力強，很可靠，在抗干擾方面，其采用大量集中的繼電器，在減少接觸不良方面，可編程邏輯控制器在很大程度上具有優(yōu)勢，從而減少接觸不良帶來的許多故障。關于可編程邏輯控制器的維護和修理方面，其在設計、安裝和調(diào)試上的工作量少，從其維護工作來看，工作量也是相對較少的，而且操作起來方便，故障問題能夠很快地解決。
1.2光機電一體化
光機電一體化又叫做機械電子工程，這是機械工程與自動化領域中的一個研究方向。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學技術不斷取得重大突破，光機電一體化的技術也在迅猛發(fā)展，光機電一體化在許多領域都有了應用。從綜合層面來講，光機電一體化實際上是將許多技術進行有機結(jié)合后的產(chǎn)物，其中就包括機械技術、電子工程技術、信息技術等等，在結(jié)合后將光機電一體化技術應用到實際生產(chǎn)當中去，從而可以使得機械發(fā)展更加智能化和人性化。
2基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設計
2.1組成要素
基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設計，其設計過程中首先需要注意的是光機電一體化系統(tǒng)中的組成要素，主要有五大要素，分別是結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、感知組成要素、運動組成要素和職能組成要素。結(jié)構(gòu)組成要素是整個光機電一體化實訓系統(tǒng)組建的基礎，它為整個系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)的支持，也就是說，只有按照系統(tǒng)的要求，組建好結(jié)構(gòu)組成要素，才能實現(xiàn)系統(tǒng)能量的正常供應和動力系統(tǒng)的運行。動力組成要素在整個系統(tǒng)的建設中起到了提供動力的作用，只有保證了動力的充足，才能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定的工作。而感知組成要素在光機電一體化實訓系統(tǒng)中主要是對系統(tǒng)自身的運行狀態(tài)和工作環(huán)境的一個感知，從各種參數(shù)和狀態(tài)進行收集、分析和處理，并且以可被識別的信號輸出，從而產(chǎn)生相應的調(diào)控信息，使得整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)得以監(jiān)測。在運動組成要素常常與動力組成要素相互搭配起作用，都是為系統(tǒng)運行所需要的動力提供基礎保障。職能組成要素在控制和處理信息部分發(fā)揮著巨大的作用，由于感知組成要素是作用于收集系統(tǒng)運行狀態(tài)和參數(shù)，在收集到大量數(shù)據(jù)之后，就需要對呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行分析、存儲和加工，從而能夠使得整個系統(tǒng)按照獲得的指令進行運作?？偨Y(jié)來講，光機電一體化實訓系統(tǒng)的設計不可忽略這五大組成要素的基本功能和作用。
2.2設計原則
光機電一體化實訓系統(tǒng)在設計的過程中，不僅需要考慮各個組成要素的作用，還需要遵循設計的原則，這些原則主要分為四部分，分別是接口耦合、運動傳遞、信息控制和能量轉(zhuǎn)換四項基本原則。首先是接口耦合原則，也就是說兩個需要進行信息傳遞的接口或者需要進行傳遞的環(huán)節(jié)之間，如果其信息模式不一致就會造成信息無法傳遞的嚴重后果，因此，在這里就需要遵循接口耦合的原則，利用接口耦合使得信息得以傳遞。在信號相對較弱的兩個環(huán)節(jié)之間，也需要通過接口耦合來實現(xiàn)擴大信號的效果，從而能夠匹配，使得信號的變換更加清晰、可靠，而且更加快速、精準。第二項原則，能量轉(zhuǎn)換原則，兩個需要進行傳輸和轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)之間，常常會出現(xiàn)由于信息模式的不同而無法進行直接的信息傳遞，所以在這里不僅需要接口耦合，還需要能量的轉(zhuǎn)換，只有能量進行轉(zhuǎn)換，才能使得執(zhí)行器、驅(qū)動器等不同能量實現(xiàn)最優(yōu)的工作效率。第三，信息控制，在光電一體化實訓系統(tǒng)的設計中，在數(shù)據(jù)的收集、傳輸、存儲、分析等都是進行信息處理的過程，而達到最優(yōu)的信息控制，是提高光電一體化實訓系統(tǒng)運行質(zhì)量和效率最關鍵的一步。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學技術的日益更新，機械智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代科技的標志，所以，在光電一體化實訓系統(tǒng)中，遵循信息控制原則，實際上可以推進整個系統(tǒng)的智能化水平。第四，運動傳遞原則，在光機電一體化系統(tǒng)的各個組成要素之間，運動傳遞能夠?qū)崿F(xiàn)各個要素的信息傳輸和運動控制的目的。
2.3具體設計
光機電一體化實訓系統(tǒng)的設計最關鍵的就是要保證系統(tǒng)設計的完整性，下面就以水池補水系統(tǒng)為例，對基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設計進行分析。首先是動力部分，水池補水系統(tǒng)選擇電力作為動力部分，動力部分的設計需要滿足系統(tǒng)的動力需求，以保證整個系統(tǒng)的動力源泉不會枯竭；就目前來講，常見的動力源有電能、風能、水能、人力、畜力等，而水池補水系統(tǒng)的動力系統(tǒng)選擇電能即可。其次，是水池補水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分，在進行光機電一體化實訓系統(tǒng)設計的時候，需要考慮實現(xiàn)的效果，從而有針對性地選取相適應的結(jié)構(gòu)，在搭配其他部件，最終實現(xiàn)機械自動化控制，這里以水池補水系統(tǒng)作為例子，這里的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是需要動力部分來帶動的，因此，它也是整個系統(tǒng)最后發(fā)揮作用的部分，也可以算是系統(tǒng)的核心；執(zhí)行器部分是控制系統(tǒng)的關鍵部分之一，在實際操作中，常常是需要通過信號路線與PLC連接，從而實現(xiàn)信號的聯(lián)通和傳遞，在該水池補水系統(tǒng)的執(zhí)行器的選擇上，選取電動截止閥和開關共同作為執(zhí)行器的部分，當PLC產(chǎn)生信號并傳輸?shù)綀?zhí)行器部分，執(zhí)行器就可以根據(jù)指令完成其任務；在水池補水系統(tǒng)的計算機部分在很大程度上需要PLC的支持，從而對信息進行收集、加工和存儲操作，計算機部分對于整個水池補水系統(tǒng)來說起到了一個總控的作用，就如同大腦之于身體，顯而易見其重要性；水池補水系統(tǒng)的傳感器部分，需要利用PLC來對系統(tǒng)自身和工作環(huán)境進行數(shù)據(jù)收集，并且將傳感器收集到的信息傳輸給計算機部分，根據(jù)計算機程序的執(zhí)行，最終輸出結(jié)果，實現(xiàn)水池補水系統(tǒng)的隨環(huán)境調(diào)試，從而更好地完成其任務。
3結(jié)語
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學技術的日漸取得重大突破，光機電一體化作為光學和機械電機工程相互綜合的產(chǎn)物，這項技術也在迅猛發(fā)展，并且在許多領域，光機電一體化都有了應用。而為了推進光機電一體化技術的進一步發(fā)展，將PLC技術應用在光機電一體化實訓系統(tǒng)的設計當中，起到了關鍵作用。本文基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設計進行了探討，雖然文章在內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排上還存在不足，但是希望通過文章能夠引起大眾對于PLC和光機電一體化的重視，并且在未來的研究中作出更多的創(chuàng)新。
參考文獻
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【關鍵詞】機電；數(shù)據(jù)機構(gòu)；分層；系統(tǒng)設計
中圖分類號：F407 文獻標識碼： A
一、前言
采用計算機操作可以將機電結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行簡單的導入，這就是機電結(jié)構(gòu)分層系統(tǒng)設計的目的，本文重點對機電結(jié)構(gòu)設計的意義以及形式進行了詳細的分析，目的是提高機電結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量，供相關的設計人員參考。
二、機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層系統(tǒng)設計意義
機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)設計的目的就是將產(chǎn)品技術資料光盤進行電子化轉(zhuǎn)換后，把提取的有用信息放入機電數(shù)據(jù)樣表，然后通過其自動轉(zhuǎn)換成可導入信息管理系統(tǒng)的機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層文件。機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層文件是信息管理系統(tǒng)中重要的輸入數(shù)據(jù)，是編制采購計劃及實現(xiàn)預防性維護的依據(jù)，其制作質(zhì)量是否準確、規(guī)范直接關系到企業(yè)的配件庫存及產(chǎn)品維護的成本。未開發(fā)軟件之前，機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層是通過人工來完成的，費時費力，特別是對于一些結(jié)構(gòu)復雜且配件數(shù)量比較多的機電產(chǎn)品人工分層顯得尤為煩瑣，極易出現(xiàn)漏分及父子關系關聯(lián)的錯誤，這嚴重影響數(shù)據(jù)的正確性，且無法保證時限性。機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層工作的自動化，從根本上解決數(shù)據(jù)分層工作中的大量人力耗費問題，可為企業(yè)信息化管理系統(tǒng)提供了準確、規(guī)范的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分層信息的共享及更新的便捷化，真正達到了配件的計劃與控制。
三、機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)實現(xiàn)的技術
1、采用了數(shù)據(jù)庫技術。機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層的整個過程所使用的數(shù)據(jù)庫管理軟件只是用來存儲提取到的基本數(shù)據(jù)、根據(jù)關聯(lián)處理規(guī)則分層后的數(shù)據(jù)表是EXCEL格式的文件載體，處理結(jié)果依用戶設置自動保存，該軟件使用SQLServer2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，即可滿足用戶將來要求保存一定量數(shù)據(jù)的要求，也能滿足對這些基本數(shù)據(jù)的處理功能。
2、采用了多線程編程技術。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層功能模塊通過采用多線程編程技術，提高應用程序響應度，使處理器效率更高，且占用較少的系統(tǒng)資源。
3、桌面編程技術。當前桌面應用開發(fā)技術還是首推Delphi。Delphi是一個以面向?qū)ο蟪绦蛟O計為中心的應用程序開發(fā)工具，具有基于窗體和面向?qū)ο蟮姆椒?、高速的編譯器及強大而成熟的組件技術等特性，因此該軟件是基于Delphi7.0環(huán)境開發(fā)而成。
四、數(shù)據(jù)的傳輸技術及實現(xiàn)
ADO是Microsoft為數(shù)據(jù)訪問范例OLEDB而設計，是一個便于使用的應用程序接口。ADO通過OLEDB提供訪問和操作數(shù)據(jù)庫服務器端的數(shù)據(jù)，特點是速度快、內(nèi)存支出少和磁盤遺跡小…。ADO在關鍵的應用方案中使用最少的網(wǎng)絡流量，并且在前端和數(shù)據(jù)源之間使用最少的層數(shù)，所有這些為程序運行提供了輕質(zhì)量、高性能的接口。Delphi提供了ADO數(shù)據(jù)庫編程技術，由于ADO內(nèi)置在微軟的操作系統(tǒng)中，因此開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用程序避免了BDE的配置和安裝，減少了的難度。
開發(fā)和一個基于Client/Server方式的應用程序，需要在服務器端安裝后臺數(shù)據(jù)庫軟件，并且建立或?qū)胱蚤_發(fā)程序所需要的數(shù)據(jù)庫、賬號和角色等。有兩種方法可以實現(xiàn)，一種是在程序開發(fā)完成時，備份最終使用的數(shù)據(jù)庫，連的程序一同提交給使用者，在用戶的服務器端安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后，根據(jù)實際情況手工導入所需的數(shù)據(jù)庫。另一種方法是在開發(fā)的程序中編寫代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫安裝和初始化，提交給用戶的只是的程序，用戶在服務器端安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后，在客戶端運行應用程序，完成程序所需數(shù)據(jù)庫的建立和初始化。顯然，后一種方法更加靈活可靠，自動化程度高。本文講述如何在Delphi7.0開發(fā)環(huán)境下使用ADO技術，編程實現(xiàn)SQLServer2000數(shù)據(jù)庫服務器的連接和程序所需數(shù)據(jù)庫的初始化。這是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術最為核心的內(nèi)容。
1、機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層制作系統(tǒng)設計思路
Delphi是一個高效的可視化數(shù)據(jù)庫管理信息系開發(fā)工具。利用Delphi 控制EXCEL數(shù)據(jù)層、格式復雜的報表等與EXCEL 相關的工作，通情況下，對一些不常用到的 操作，只需利其自身函數(shù)強大的處理功能進行操作即可，而對一些經(jīng)常用到且有規(guī)律可循的操作，則可以利用Delphi快速應用程序開發(fā)工具編寫程序控制EXCEL格式的文件，更好地提高工作效率。由于分層系統(tǒng)使用的后臺數(shù)據(jù)庫是SQLServer ，SQLServer而 對源表格式的要求比較高，因此在往系統(tǒng)中導入準備分層的機電數(shù)據(jù)表時，應先將整個表的格式設置為文本格式，并且在制作完成時，進一步核查是否與模板要求相符，將格式不符的進行更正。
2、機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層文件中分層編號的數(shù)字表達形式能夠非常直觀地了解該產(chǎn)品與組件、組件與零部件之間的關聯(lián)關系，產(chǎn)品部分配件關聯(lián)見表1。
分層文件中組件的多少及分層的級數(shù)反映了產(chǎn)品機構(gòu)及裝配的復雜程度。對于屬于價值高、重要、可重復使用、可用于同類其他產(chǎn)品的重要零部件，定為跟蹤件，其分層號與產(chǎn)品前均標識字母Z，同產(chǎn)品一樣作為資產(chǎn)進行全壽命跟蹤管理，其他零部件分層號前標識字母B，這是為下一步關接生成而特殊設定的，每個配件所要求反映的技術參數(shù)列事先根據(jù)系統(tǒng)要求設定。
五、系統(tǒng)界面配置及軟件流程
1、系統(tǒng)界面配置
系統(tǒng)界面配置該軟件界面配置 比較人性化，實現(xiàn)了分層的個性化設置、頁面高清顯示顏色的設置、分層完成后關機設置等。 “系統(tǒng)―設置―初始化數(shù)據(jù)庫”，可以通過此路徑刪除導入的所有機電數(shù)據(jù)表，也可以在此界面進行刪除。每次使用之前，要進行初始化數(shù)據(jù)庫操作。
機電數(shù)據(jù)表有 5形式的模板，分別為無ZO主 組 件―― ―無直屬件和有直屬件，有ZO 組件―― ―無直屬件和有直屬件，對于多臺設備分層情況，像刮板輸送機，轉(zhuǎn)載機和破碎機和液壓支架就屬于多臺設備的情況，根據(jù)軟件要求規(guī)范成一種特殊形式的模板。規(guī)范后的機電數(shù)據(jù)表導入后臺數(shù)據(jù)庫，進行自動分層。整個分層過程清晰明了，對數(shù)據(jù)的每次處，都會顯示到“處理日志”中。分層結(jié)束后，顯示分層完成，并將結(jié)果顯示到頁面中。將系統(tǒng)完成的結(jié)構(gòu)分層文件與人工分層完成的結(jié)構(gòu)分層文件通過VLOOKUP進行核對后，其結(jié)果準確無誤。對于處理同等數(shù)據(jù)量的機電數(shù)據(jù)表，效率由原來的1周，提高到 完成。
2、系統(tǒng)軟件流程
系統(tǒng)軟件的編程是基于下面的流程框圖來編制
的，設備結(jié)構(gòu)分層的實現(xiàn)主要有以下幾個步驟：一是讀取規(guī)范好的 表中的數(shù)據(jù)。將表中 數(shù)據(jù)節(jié)點、一級 主組件數(shù)據(jù)節(jié)點及基礎數(shù)據(jù)父子數(shù)據(jù)表存入數(shù)據(jù)庫臨時表中，以便對數(shù)據(jù)進行更深一步操作 。二是進行兩次判斷，首先判斷 主組件節(jié)點是否為空，如果是顯示分層結(jié)果，如果不是查詢是否有子節(jié)點；再次進行判斷，如果否再讀取主組件節(jié)點，如果是生成父子數(shù)據(jù)，該步是本程序中的一個重點。經(jīng)過不斷循環(huán)，完整實現(xiàn)數(shù)據(jù)橫向及縱向多層分層結(jié)構(gòu)。三是從數(shù)據(jù)庫中讀出數(shù)據(jù)，把分層結(jié)果寫入EXCEL表中。由于程序執(zhí)行是按主組件與子組件的圖號件號來進行關聯(lián)，一旦數(shù)據(jù)表中前后相同組件的圖號件號不一致，該程序?qū)P聯(lián)錯誤，導致錯誤的分層結(jié)果，因此要充分發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，必須在數(shù)據(jù)源頭把關，并正確選擇模板。
設備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層系統(tǒng)自動化制作軟件已應用于多個大型企業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層處理工作，郊果顯著。通過采用該系統(tǒng)，大幅度提高數(shù)據(jù)分層工作的效率和準確率，并用較少的人力物力為企業(yè)提供了及時、準確的數(shù)據(jù)，為企業(yè)適應市場競爭奠定了良好的基礎，國內(nèi)很多大型企業(yè)都引入了企業(yè)信息管理系統(tǒng)，這為系統(tǒng)的推廣帶來廣闊的前景。
六、結(jié)束語
綜上所述，本文重點對機電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分層的系統(tǒng)設計進行了詳細的分析，目的是提高相關企業(yè)的工作效率。更早的實現(xiàn)自動化的操作。
參考文獻：
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【關鍵詞】 計量泵；機電一體化；控制系統(tǒng)
計量泵是一種既具有介質(zhì)輸送又具流量調(diào)整功能的機械設備，很適于作執(zhí)行元件在每種需進行液體介質(zhì)輸送的流程管理系統(tǒng)中運用。但傳統(tǒng)的計量泵調(diào)整流量的精確度，難以滿足現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)工藝流程管理的自動化要求，尤其在對有害液體的計量、在危險條件下的調(diào)整等方面，傳統(tǒng)設備更是愛莫能助。因此，對計量泵實現(xiàn)自動管理，實時監(jiān)測，精確調(diào)整勢在必行。
在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱，其涵蓋“技術”和“產(chǎn)品”兩個方面。
流量控制是計量泵工作的核心內(nèi)容，對流量實現(xiàn)機電一體化的控制能夠促進企業(yè)技術進步、提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，達到對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程進行整體優(yōu)化，增強市場地應變能力和競爭能力，從而獲得更好的經(jīng)濟效益。當前計量泵流量的調(diào)整是經(jīng)過人工對泵體上的手輪進行操作實現(xiàn)的.其調(diào)整流量的精確度難以滿足現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)工藝流程管理的自動化要求.對于這一問題，進行了計量泵機電一體化管理系統(tǒng)的研發(fā)，采用了一種對計量泵用步進電機驅(qū)動，用單片機進行管理，并對其流量進行閉環(huán)管理的辦法。
1.機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：
1.1 機械本體技術。現(xiàn)代機械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。
1.2 傳感技術。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術。
1.3 信息處理技術。為進一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。
1.4 驅(qū)動技術。電機作為驅(qū)動機構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機以及控制專用組件- 傳感器-電機三位一體的伺服驅(qū)動單元。
1.5 接口技術。為了與計算機進行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標準化、規(guī)格化。自吸離心泵接口采用同一標準規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。
1.6 軟件技術。軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
2.計量泵機電一體化控制系統(tǒng)設計
流量控制系統(tǒng)是集機電液為一體的自動控制系統(tǒng)，在工業(yè)領域中非常實用，它的準確控制在工業(yè)中得到了廣泛應用，如加油系統(tǒng)的油量控制、水位的精確控制、化工企業(yè)中的有機物的投料控制，以及稀土萃取過程中的給料控制等。計量泵機電一體化控制系統(tǒng)設計主要包括以下幾方面內(nèi)容：
2.1 控制系統(tǒng)的總體描述。本控制系統(tǒng)是通過向步進電機發(fā)脈沖，以控制步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)。由于計量泵本身的精度是很高的，因此，它的控制也必須滿足一定的精度要求。在本控制系統(tǒng)中，可以人工的輸入所需要的流量值，也可以實現(xiàn)自動控制，也就是通過外部的模擬信號標準—經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，來控制步進電機的脈沖數(shù)。當輸入期望數(shù)據(jù)后，處理器將輸入的數(shù)據(jù)與當前數(shù)據(jù)相比較，得到相應的動作值，計算出相應的脈沖數(shù)，通過正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來達到期望值。在步進起動時，采用加速過程，在即將到達期望值時，采用減速過程，使得步進電機能不失步的穩(wěn)定運行。在軟件設計中，對控制裝置采用了軟件保護措施，如當步進電機處于運動狀態(tài)和輸入值超過系統(tǒng)的最大值時，所輸入的數(shù)據(jù)命令是無效的。
2.2 系統(tǒng)硬件電路的基本組成?？刂葡到y(tǒng)采用作為主控單元，通過與的串口通訊，實現(xiàn)對步進電機的遠程控制?？刂葡到y(tǒng)的硬件電路總體結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)換電路、單片機系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)、操作顯示面板等。
2.3 系統(tǒng)硬件電路的設計原則。在進行硬件的總體方案設計時，所涉及的具體電路可借鑒他人在這方面工作，有些電路還需自己設計。在參考別人的電路時，需對其工作原理有較徹底的分析和理解，了解其適用范圍，確定其移植的可能性和需要修改的地方。為使硬件設計盡可能合理系統(tǒng)的設計，應注意以下幾點：盡可能選擇標準化、模塊化的典型電路，提高設計的成功率和結(jié)構(gòu)的靈巧性。在條件允許的情況下，盡可能選用功能強、集成度高的電路或芯片。注意選擇通用性強、市場貨源充足的元器件，尤其對需要大批量生產(chǎn)的場合，更應注意這方面的問題。在對硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)考慮時，同樣要注意通用性的問題。系統(tǒng)的擴展及各功能模塊的設計，在滿足應用系統(tǒng)功能要求的基礎上，應適當留有余地以備將來修改、擴展之余，設計時盡可能地作些調(diào)研采用最新的技術。在電路設計時，要充分考慮應用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動能力，要注意增加系統(tǒng)的驅(qū)動能力，或減少系統(tǒng)的功耗。在工藝設計時，包括機箱、面板、配線、接插件等，要充分考慮到安裝、調(diào)試、維修的方便。
2.4 控制系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)。軟件程序一般都是由一個主程序，包括若干個功能模塊和多個子程序構(gòu)成，每一程序模塊都能完成某一明確的任務，實現(xiàn)具體的功能。軟件設計的目的，就是為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)的各種功能。在滿足基本功能要求的前提下，采用各種有效方式，使操作靈活、簡便增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提高系統(tǒng)的抗干擾能力。就以上原則思想，本控制系統(tǒng)軟件的總體構(gòu)思如下：當由鍵盤或外部的—的信號輸入單片機時，由其計算出步進電機所要走的步數(shù)，程序轉(zhuǎn)入串行通訊子程序單片機，將電機所要走的步數(shù)傳送給單片機，從而完成數(shù)據(jù)的輸入和對電機控制功能的實現(xiàn)。
本系統(tǒng)將泵流量控制，轉(zhuǎn)換為對步進電機的控制，通過對流量進行一定的運算，可得出相應的步進電機脈沖數(shù)。當流量變化時，步進電機的脈沖數(shù)，為此時步進電機的步距角被細分為度。這種控制方式是相對的控制系統(tǒng)從上一次的基礎上運行，將當前的數(shù)據(jù)與上一次的數(shù)據(jù)相減，經(jīng)過計算轉(zhuǎn)換得出向步進電機所發(fā)的脈沖數(shù)和方向。方向是由所減結(jié)果的“正”、“負”來判斷，結(jié)果為“正”則反轉(zhuǎn)，結(jié)果為“負”則正轉(zhuǎn)。接近開關信號是形軸的零位標志。單片機上電初始化電機正轉(zhuǎn)到達零位時，接近開關發(fā)出信號觸發(fā)的外部中斷，進入外部中斷程序，使電機停轉(zhuǎn)。為增強本控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，在軟件設計時采取了一些措施。系統(tǒng)軟件中設定了許多標志位，例如，有電機是否處于工作狀態(tài)的標志單元、電機正反轉(zhuǎn)的標志單元，以及程序內(nèi)部需要的各種標志單元等。程序運行時，通過對標志位的查詢和修改，從而進行對控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控管理。
總之，機電一體化技術是眾多科學技術發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機械設計方法和設計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機械設備的要求，而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。通過對計量泵的機電一體化實行研制開發(fā)，可改善計量泵的工作環(huán)境，實現(xiàn)自動控制，提高計量泵的工作效率。
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隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，世界各國對機械類專業(yè)的高等教育越來越注重實踐性、應用性及前沿性。德國機電一體化專業(yè)課程體系建設是通過校企合作和工學結(jié)合的形式，以學習者專業(yè)能力、方法應用能力和適應社會能力等綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為本位，以市場需求為目標，以就業(yè)為導向，將學習和工作要素相結(jié)合，并通過分析與綜合，把工作過程的各個部分按一定的順序，導入課程體系中以構(gòu)成一個有機的整體。美國賓夕法尼亞大學機械工程與應用力學系提出“機電一體化”課程改革思路，在學期項目中預定實驗方案，根據(jù)實驗方案決定課程內(nèi)容。南京航空航天大學在機電一體化課程教學改革中，將科研成果引入課程的理論和實驗教學中，自主研發(fā)教學實驗系統(tǒng)平臺，簡化項目研究內(nèi)容，研究一體化的系統(tǒng)教學法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高學生綜合素質(zhì)。國內(nèi)高校關于機電一體化專業(yè)人才的教育改革各有特色，但與國外教學水平相比，仍處于初級階段，還沒有形成系統(tǒng)的改革方案。建立適應機電一體化系統(tǒng)設計課程本身特點的教學模式任重而道遠。
二、機電一體化系統(tǒng)設計教學改革研究
從機電一體化系統(tǒng)設計課程實踐性、綜合性特點出發(fā)，對其進行教學改革，是高校培養(yǎng)應用型機械類人才的關鍵。機電一體化技術課程教學改革主要包括教學內(nèi)容改革、教學方法改革、實驗內(nèi)容改革及考核方式改革四個方面。
1.教學內(nèi)容改革
以系統(tǒng)設計思想為主線，機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊，應該從系統(tǒng)設計方案開始到各元部件選擇到系統(tǒng)最終成形的全過程都要貫徹系統(tǒng)設計的思想。首先是從整體角度及可行性方面對系統(tǒng)進行多種整體方案設計；然后對其機械機構(gòu)、執(zhí)行元件、微機控制系統(tǒng)、檢測傳感裝置等組成部分及相關接口進行細節(jié)設計；最后對系統(tǒng)性價比進行衡量，得出優(yōu)化設計方案。選擇原則是在保證目的功能要求與適當壽命的前提下不斷降低成本。在講授每一部分內(nèi)容時都結(jié)合該案例，并將系統(tǒng)設計方法融于其中，既利于學生對知識的掌握，又能起到舉一反三的作用，便于學生分析和設計其他的機電一體化產(chǎn)品。
2.教學方法改革
充分運用現(xiàn)代化教學手段，不斷提高教學效果，由于機電一體化技術普遍應用于自動化設備（如數(shù)控機床、加工中心、機器人等）和自動化生產(chǎn)線（如柔性制造系統(tǒng)等），而學生基本未見過上述自動化設備和生產(chǎn)線，無法了解自動化設備和生產(chǎn)線是如何利用機電一體化技術進行工作的。另外，機電一體化技術是集控制技術、伺服傳動技術、傳感檢測技術、計算機信息技術等于一體的新興綜合性學科，具有涉及面廣、綜合性強的特點。
3.實驗內(nèi)容改革
在實驗教學環(huán)節(jié)開設的多為演示性、驗證性實驗，學生動手操作調(diào)試的機會少，學習積極性不高。機電一體化教學團隊探索構(gòu)建以學生為主體，以項目驅(qū)動為主線，通過項目任務引導理論教學和理論教學指導項目實踐的互推互動的教學新模式。在剖析某幾個典型機電一體化系統(tǒng)（項目）的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、設計過程中，串聯(lián)講解知識點并在實驗環(huán)節(jié)進行知識點在項目中的具體應用實現(xiàn)，進而將項目實施和理論講授有機融合，使學生所學知識得到利用，也提高學生對本課程的學習興趣，將加強學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和工程意識培養(yǎng)與訓練切實落實到每個教學環(huán)節(jié)中去。
4.考核方式改革
