时间：2022-12-04 21:30:18
【关键词】机电控制，系统，设计
中图分类号： TU85文献标识码：A 文章编号：
一、前言
机电控制系统设计是指按照一定的设计规划，根据机电控制技术进行设计机电控制系统的过程。目前，随着我国经济和科学技术的发展，机电控制系统的应用也越来越广泛。
二、控制系统的基本概念
“量”控制与“逻辑”控制，一般来说，“控制”的内容可分为两类，即以速度、位移、温度、压力等数量大小为控制对象和以物体的“有”、“无”、“动”、“停”等逻辑状态为控制对象。以数量大小为对象的控制可根据表示数量大小的信号种类分为模拟控制和数字控制。
1.模拟控制
是指将速度、位移、温度或压力等变换成大小与其对应的电压或电流等模拟量进行信号处理的控制。其信号处理方法称为模拟信号处理，采用模拟信号处理的控制称为模拟控制。
2.数字控制
是指把要处理的“量”变成数字量进行信号处理的控制。其信号处理方法称为数字信号处理，采用数字信号处理的控制，称为数字控制。模拟控制精度不高，不适合于复杂的信号处理。数字控制可用于要求高精度和信号运算比较复杂的场合。用计算机作主控制器的系统中，虽然在最后控制位置、力、速度等部分中模拟控制仍然是主流，但在这之前的各种信号处理中，多数用数字控制。以上信号均是连续变化量。以“逻辑状态”为对象的控制称为逻辑控制，通常处理开关的“通”、“断”，灯的“亮”、“灭”，电动机的“运转”、“停止”之类的“1”与“0”二值逻辑信号。逻辑控制又称顺序控制。称为逻辑控制是强调信号处理的方式；称为顺序控制是强调对被控对象的作用。
三、自动控制技术
自动控制技术是通过控制器使被控对象或过程自动按预定的规律运行。因被控对象种类繁多，控制技术的内容非常丰富，有高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。自动控制技术可协调机械、电器各部分来有效完成动作过程，在机电控制系统中起重要作用。
自动控制的理论基础是自动控制原理，它分为经典控制理论和现代控制理论。前者研究对象是单变量的线性时不变系统，它使用的数学工具是拉普拉斯变换，用传递函数方法在频率域进行系统分析。它的控制原理是负反馈闭环系统，以自动调节器作为反馈控制系统的中心环节，所以，经典控制理论也叫自动调节原理。后者是以多变量、非线性、时变系统为研究对象，它运用的数学工具有线性代数、矩阵论和集合论等。
它是用状态空间法在时间域内进行系统分析，用状态方程描述系统过程。根据状态及条件，分析下一步的状态。现代控制理论研究的主要内容是最优控制、随机控制、自适应控制和鲁棒控制等。经典控制理论和现代控制理论，被人们统称为传统控制理论。它们的共性是基于被控对象的精确数学模型，就是控制对象和干扰均应以严格的数学方程和函数表示。控制的任务和目标通常比较直接明确。
而在现实世界中，许多系统，诸如智能机器人系统、计算机集成制造系统、航空航天控制系统等用传统的控制理论却难以解决，从20世纪70年代以后，特别是21世纪以来，智能控制开始兴起，已经形成了一门新兴学科。智能控制系统具有学习功能、自适应功能和自行组织与协调功能。它主要采用的数学工具是符号推理与数值计算的结合以及神经元网络和模糊理论等。智能控制是一门新兴的多个领域交叉学科，它的理论尚未成熟，而实际的需要有力地推动了智能控制理论和技术的迅速发展，具有广阔的发展前景。在机电控制系统中会逐渐发挥其重要作用。
四、机电控制系统的分类
机电控制系统分类的原则性非常强，根据不同的原则可以划分出不同的机电控制系统。下面我们将主要从输出量、控制信号的变量形式、系统输入信号三个方面进行分类。
1.输出量
机电控制系统根据输出量的反馈可以分为开环式和闭环式两种。开环式机电控制系统是利用电机的转角和脉冲的连续保证精准度，所以精度比较低；闭环式机电控制系统相对于开环式而言，构造更为复杂，精度也较高。对于系统的控制被外界造成的误差而言，闭环式机电控制系统具有修正能力，而开环式机电控制系统却不具备。
2.控制信号的变量形式
机电控制系统按照控制信号变量形式的不同可以分成模拟式和数字式两种机电控制系统。模拟式机电控制系统构造简单，实时性能好，但不能实现较复杂的控制监督工作；数字式机电控制系统的精度也比较高，而且其相对于模拟式的机电控制系统而言灵活性更强，监督系统异常状态的处理功能也更强。
3.系统输入信号
机电控制系统根据系统输入信号的变化规律可以分为自动调节系统、随动系统和程序控制系统三种。自动调节系统即为定值控制系统，它主要控制系统内的基本任务；随动控制系统主要特点就是可以精确地复现系统的输入信号；程序控制系统主要是在有两个或两个以上同时执行任务的系统机构工作时，它可以执行指挥每一个环节的控制信号，从而使其依次有序的工作。
五、机电系统的设计流程
机电系统设计应根据机电控制系统设计规律，运用现代设计的方法构造产品结构、赋予产品性能并进行产品设计。为了提高设计的质量，必须有一个科学的设计规划。
1.任务的确定
在进行系统设计之前，必须对控制对象的工作过程进行深人调查、分析，熟悉其工艺过程，了解系统是否有特殊要求，确定系统所要完成的任务。
2.选择系统的主机机型。
在控制任务确定后，应对系统所需要的硬件做出初步的估计和选择，这是计算机控制系统设计的一个特点，主机是整个控制系统的核心，它的选择将对整个系统产生决定性的影响。在具体选择系统的主机机型时，可以选择工业PC、PLC、智能仪表等设备，设计者只需根据控制任务选择相应的硬件配置，再配以软件设计，即可完成控制任务的设计。
3.确定控制算法。
工业生产过程中计算机控制系统控制效果的优劣主要是由算法决定。算法建立在控制对象的数学模型上，即描述各控制量与各输出量之间的数学关系，因此，应建立系统的数学模型，并确定系统的控制算法。控制算法直接影响控制系统的调节，是决定整个系统性能指标的关键。由于控制系统种类繁多，控制算法也各不相同，每个控制系统都有一个特定的控制规律，并且有相应的控制算法。
4.系统总体方案设计。
在选定主机机型和确定测控任务及确定控制算法后，就可以确定系统总体方案。
5.软件设计。
软件设计的主要任务是进行应用程序设计。采用的语言有汇编语言，针对的是某一单片微处理器或微控制器的c语言及VC、VB等高级语言。在进行应用程序的设计时，应采用模块化结构，注重可维护性及可移植性。另外还要合理选择数据库的结构。
6.应用程序的设计。
六、传感器、变送器和执行器的选取
传感器可以将非电物理量，如温度、压力、流量、位移、液位、气体成分等被测参数变成电信号，如电压、电流或电阻信号，再通过变送器变成可以远传的统一标准信号，然后送往AI模板进行数据采集。
执行器是过程控制系统中不可缺少的组成部分，它的作用是接收计算机发出的控制信号，并把它转换成机械动作，对生产过程实施控制。执行器可以分为气动、电动、液压3种类型。
七、结语
随着各种技术的发展以及深入，机电控制系统不仅具有程序化、高智能化、信息化等特点，而且体积小、操作维护方便、保护齐全、性能比较可靠，因此，机电控制系统的应用也越来越广泛。所以，在机电控制系统的设计中，我们要严格按照设计流程进行设计。
参考文献
[1]王清平 机电控制系统的设计[J] 煤炭技术 2011(07)
[2]刘丹 自动控制系统在市政排水系统中的应用[J] 科技资讯 2011(12)
关键词：机电控制系统；机电一体化；产品设计
现代生产力的进步越来越快，技术水平越来越高，产值数量也日益增大，使现在的机电控制系统的用途越来越广泛，已经成为现代科技水平发展的一个标志性技术。
一、机电控制系统的涵义
在现有的科学技术里，所谓机电控制系统是指在无人控制的情况之下，利用自动控制设备，让生产设备或者机器按照预先编辑好的程序进行动作，还可以利用通讯设备组成一个完整的工作系统，实现特定的任务要求。其中机电控制系统里最主要的组成是控制方面。而从技术层面看，机电控制系统是单片机技术、电力电子技术、电机拖动技术、通信与信息技术等技术的结合体，而且这些技术并非是孤立的，而是这些技术互相结合、互相利用的综合性技术，并将这些技术整合而成，包括自动控制技术、传感器技术、通信与信息技术、伺服变频技术。机电控制系统的发展其实是依靠微机系统的飞速发展，以及相应的软件开发技术配套使用而慢慢发展的。现在这方面的技术已经在航空航天、生产实践的各个方面得到了非常广泛的应用。
机电控制系统的发展趋向于无线远程异地控制，可以使系统操作人员利用以太网络或者其他通信网络连接控制系统，实现本地上位机的计算处理去控制异地的智能机电控制系统。在已经实现的无线远程监控系统中，其中的一种系统是需要操作技术人员不断进行监控运行，且如果系统发生情况，则需要人员及时处置以恢复系统的稳定运行，这样的系统我们称为保持型远程控制。还有一种系统是不需要技术人员实时进行监控操作的，只需要等到该系统运行完成以后，通过网络向技术人员通告，这样的系统我们称为完成型控制系统。如果系统在进行的过程中，技术人员与系统可以实时进行通讯，则技术人员可以监控操作，也可以让系统自动运行，这样的系统我们称为人机交互型控制系统。
二、自动控制系统
自动控制系统的定义是操作控制器，让被控对象能够按照预先设定的程序任务操作执行。自动控制系统的分类中按照被控参数可以分成这几类：位移控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正控制等。自动控制系统具有很强的实用性能，它的工作主要是通过自身系统中的各个机械电子等部件的协调工作实现预先设定的程序任务，这是自动控制技术的主要内容。
自动控制系统分为经典控制理论和现代控制理论两类，其中经典控制理论讲的是在分析控制系统中利用拉普拉斯变换来建立自动控制系统在复数域中的数学模型，然后进行系统的动态和静态分析，一般来说，主要分析系统的稳定性、快速性和准确性三大性能，而且一般这样的系统都是负反馈闭循环系统，采用比例、积分、微分等算法的调节器，所以，这种控制理论我们称为自动调节原理。另一种现代控制理论主要研究的方式和前面所说的控制理论相比较，采用的分析方法是利用数学工具中的线性代数和矩阵，把自动控制系统的整个运行的状态采用状态空间法在时间域内用时域方程进行客观表述，可以利用这些方程和现在正在表现的状态把系统将要出现的下一种状态分析出来。其中分析的主要精髓就是最优控制、随机控制和自适应控制这三类。其实综合来看，以上介绍的这两类控制理论都有一个共同特点，就是对系统进行精确的分析和控制，都必须建立该系统的数学模型，当然数学模型的表述都是时域数学方程或者是复数域数学方程。
三、一体化的设计理念
我国经过这些年的发展，在制造业已经有了蓬勃发展，但是随着改革的深入，中国面临巨大挑战，高耗能高污染的产业逐渐被淘汰，中国的改革要继续就必须经历大的产业结构调整。其中的一些行业，如电子信息产业、数控机床的电气制造等都需要进行机电一体化改造。在这一行业中，日本走在了前面，他们率先提出把机械系统中的动力部分等其他部分与电子控制技术相结合，把机械运动与电子设计完美地融合在一起，并且在不断的发展过程中，不断吸收新的材料、新的技术。而机电一体化目前已成为一个专业、一个学科，要求设计者们对机电产品进行设计规划时，就把产品当做一个完整的自动控制系统进行分析，把机械、电子、自动控制加入进去以后完成的产品就是一个机电一体化的机电控制系统。当然在进行设计的过程中需要对产品进行不断完善和补充修改，最终形成一个能够高效运行并完成任务的系统，同时让该产品具有智能化、模块化网络化、微型化、绿色化和系统人格化等特点，这是机电一体化产品的设计目标。
四、机电一体化产品的设计方法
机电一体化的产品设计在设计过程中需要非常高的准确度，机电控制系统的任务实现必须依靠机械和电子的相互协调才可以实现。所以在设计中这两者就需要紧密联系，当机械装置无法单独实现预定的目标时，就需要融入电子电气控制，让更多的技术加入产品设计开发中，软件硬件相配合。同时设计开发的过程要兼顾该产品的成本、准确度、市场的需求等多个因素。根据以上开发过程，我们总结出机电一体化的控制系统设计一般需要经过两个过程，开发阶段和产品试运行阶段。开发阶段的任务是达到设计目标，而产品试运行阶段的任务是对产品进行修改，让该产品更加适应和满足客户的需求。对机电一体化的产品设计，我们认为可以采取以下几种方法：
1.利用电子控制代替机械结构控制
如果采用单独的机械结构，则采用的控制方式一般是简单的机械控制结构，如果采用机电一体化产品的设计，则可以使用电子电气控制对简单机械控制进行改进，这样可以改变机械运行过程，还可以实现预期目标。首先可以使用可编程控制器件（PLC）或者单片机控制器件，将电子控制与机械控制相结合，其次可以使用变速器件替代机械控制中的接触器等老式控制方式，这种设计理念，不但可以整体提高设计产品的性能，而且可以提高该产品的质量，实现机电一体化的设计理念。
2.让电子控制部分与机械控制部分完美的结合
机电一体化产品的设计过程中，非常重要的一步就是改变原先旧的产品设计理念，打造一种全新的设计思路。而实现产品功能的原理性东西没有动，只是采用一个新的方法创造该产品，也就是让电子控制部分与机械控制部分完美结合，两者成为一个不可分割的有机整体。
【关键词】 IDC机房 配电 系统
由于电力企业的信息化程度不断提高，信息系统中存放的业务也是逐渐增多，而信息系统基本上都是大集中方式建设。作为信息设施集中运转的物理环境，省级电网IDC机房明确规定，在建立以及设计供电系统时，必须确保其可靠性。而正式使用IDC机房中的用户设施后，将不太可能停止运行配电系统的联调，来确定发电机和配电柜以及UPS的联动是否顺利。为了确保出现故障时配电系统可以准确联动，在机房正式运行前，调试配电系统的联动就变得非常关键。
1 配电系统设计
1.1 可靠性设计
1.1.1 外部电源接入
IDC机房供电负荷一般按一类重要负荷设计，由三路不同回路电源输入。分别从两座变压器双路标准市电专线接入，和一路应急发电机专线接入，满足机房设备配电的需求并实现自动切换。在一路主回路出现故障以及检查和维修时，都不会导致供电线路的中断。当两路市电都出现故障时，能够确保转换到电源由发电机提供。
1.1.2 2UPS“N+1”并机
UPS系统设计须能满足将来设备增多UPS扩容的需要。采用两台UPS不间断电源系统并机运行，组成并机双电源回路；在正常状况下，两台UPS承担的负荷容量都是1/2，在一个设施发生故障的状况下，另一个设施可以接管全部工作。当原系统无法实现供电需求的状况下，可基于两台UPS共同运行下，再加入一台UPS。与原有系统一起组建成2+1并机扩容系统。该方式UPS在正常情况下，三台UPS各承担1/3负荷容量，在一台设施发生故障时，另外2台设施可以接管全部的工作。
1.2 总体设计框图
IDC机房按一类负荷供电考虑，设备供电按设备总用电量的20%-30%进行预留。供配电系统划分为两个相对独立的系统，计算机和网络设施配电系统就是第一部分。该部分一般是提供连续的电源给机房内的应急照明和消防系统以及计算机和网络设施，UPS电源负责供电。第二部分为辅助设备配电系统。由市电直接供电。
1.3 设计需注意的问题
（1）配电系统还不能忽视和门禁、应急照明以及消防系统之间的联动。当发生火灾时，防止发生无法打开门禁的状况。也防止发生消防系统误动，减少配电系统负荷。（2）不能忽视机房的扩容问题（实现近三年到五年的发展需求）。（3）机房内通常要安装门禁、摄像机、扬声器等弱电设备，一方面要统一考虑弱电系统的供电，另一方面也要分别考虑弱电系统中的所有子系统。（4）UPS、配电柜、柴油发电机、精密空调之间的弱电信号线应选用屏蔽电磁干扰能力较好的网线，该网线尽量与强电线缆分开走不同桥架。（5）机房内电缆要防止和空调铜管位于一个桥架中，因为空调铜管在遇到故障问题时会形成较大热量，从而使电缆绝缘层损坏，导致断路或短路等。（6）应充分应用机房配电监控系统监测市电输入、UPS输入输出及柴油发电机电压等参数，在故障发生时可以立即发出告警。
2 配电系统联动调试
测试配电系统的步骤主要有3个，分别是基础和功能以及稳定性测试，同时要根据顺序逐个进行。
2.1 联调流程
在调试功能性之前，必须进行下面的单体测试：外部双路市电（箱变）；检查所有设备输入输出电缆；低压成套开关设备；临时电调试低压ATS切换柜；柴油机单机启动运行检测；精密空调单机调试；UPS单机调试；功能性调试流程如图所示，共9个步骤。
2.2 需要注意的问题
（1）在测试带柴油发电机切换以及两路市电接入时，必须人为仿照特定状况下的情形。如市电较短时间内切换（1-2秒间隔内反复切换）情况下ATS是否正常切换，柴油发电机是否正常启停，以测试配电柜、UPS和柴油发电机中各种继电器延时参数设置是否正确。曾发生一起故障，配电柜设置参数为：市电1电源故障确认时间与市电2电源故障确认时间均为5秒钟，市电1电源供电延时时间与市电2供电延时时间也均为5秒钟。由于供电单位做高压试验，将一路高压市电电源瞬时断电，之后在两秒内，市电又重新恢复。两路市电断电后同时有电的情况下会造成两路市电开关同时接收合闸命令，导致两路一起合闸，因为内部电气互锁，导致两路开关无法合闸，UPS负责向设施供电，要是很久都没发现，可能造成机房UPS耗尽后设备掉电等严重事故的发生。事后将市电1电源供电延时时间设定为3秒钟，市电1电源故障确认时间设定为0.5秒钟后测试，市电恢复后能正常合闸。（2）应综合考虑空调和UPS启动顺序，设置各台精密空调在停电后来电的启动延时，设置各台UPS的间隔启动延时，顺序启动。在柴油发电机供电时，不会让柴油机受到设备同时启动的太多影响。
3 结语
上面对设计IDC机房供电系统的方案进行了详细说明，在该设计的基础上，制定了联调配电系统的方案，同时提出了联调中不能忽视的问题。保证不会影响到用户设备供电，有效实现了机房供电可靠性需求。
[关键词]电力机车；网络化；电气控制系统；设计
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0089-02
由于交流传动机车具有等效干扰电流小、功率因素高、电机维护简单、恒功率范围广、启动牵引力大等优势，已经成为我国铁路发展的主要趋势。本文主要从软件设计和硬件设计两个方面探讨电力机车网络化电气控制系统的设计
1 电力机车网络化电气控制系统总体设计方案
以电力机车目前普遍的电气控制系统结构为基础，设计以PROFIBUS为基础的电力机车网络化电气控制系统总体方案，其核心为S7-200和S7-300可编程控制器，以先进专业技术和自动控制理论为知道，被控对象为某列电力机车，手段为上位监控和检测，对电力机车模型的软件系统、硬件系统以及上位监控系统进行科学的设计，从而达到改进和完善控制系统功能的最终目的。以某一列车为模型，每个车厢的核心都是可编程控制器，和其他电气设备相互协作，从而实现每个车厢的单独控制。列车的主站和机头车厢从站选择S7-300（组态模块如图1所示），其他的车厢从站选择S7-200（组态模块如图2所示），主站和从站之间借助于PROFIBUS现场总线实现通讯。机头车厢主要通过变频的方式，来对牵引电机进行减速、加速、停止以及启动等操作。列车车厢选择闭环PID控制来对温度进行适当的调节，通过变频调速方式来进行制冷，此外，该系统还可以对照片、供电、供水等措施进行控制[1]。
2 电力机车网络化电气控制系统硬件设计
电力机车网络化电气控制系统硬件设计主要包括西门子S7-300、变频调速开环控制系统设计、变频调速闭环控制硬件设计、车厢空气调节系统设计等方面
2.1 车厢空气调节系统设计
列车车厢空气调节系统中的空调装置主要包括净化器、加湿器、冷却器、空气加热器等，为了满足节能要求，所以空调系统还需要设置回风口，新设置的回风口可以根据实际需要选择回风送风的方式，通过新风和部分回风的混合，也就是15%的新鲜空气和85%的室内循环空气，对其进行加热和加湿处理措施，送到各个空调车厢。空调系统首先是由压差传感器、风量传感器、湿度传感器以及温度传感器等得到送风、回风以及信封的风机风量、温湿度等参数。然后通过模拟量输入通道，将其送入CPU。CPU要对送来的参数进行计算，然后从输出通道中输出模拟量，对各个执行器进行调节，从而达到洁净空气、恒温恒湿的目的[2]。
2.2 变频调速闭环控制硬件设计
闭环系统形成之后，要传递速度信息，可以通过PLC或者光电编码器来对速度进行测量。速度采集的方法如下：由于S7-300具有高速脉冲采集功能，采集的频率高达60兆赫兹，在固定的时间间隔内，对脉冲差值进行采集，然后进行相应的计算，就可以算出电力机车目前的转速。闭环控制是将电力机车的速度信号传递给PLC ，然后将其和定量进行比较，输入到PID控制系统，从而使调节速度可以满足要求。闭环控制系统的结构图如图3所示。首先，对PLC 进行给定输入，然后通过PLC对变频器进行有效控制，借助于变频器来控制电机，从而达到变频调速的最终目的，此外，这样的操作还可以实现上位机的有效监控，对电力机车的速度进行合理的控制，还可以对交流电机的速度、正反转进行调节。最后向PLC传递电力机车转速的信息，经过比较，将信息传递给变频器，从而实现无静差调速[3]。
2.3 变频调速开环控制系统设计
本次研究主要通过S7-300可编程控制器来对电力机车的变频调速系统进行有效的控制。三相异步电机速度调节是交流传动电力机车变频调速的关键，其中，变频器发挥的作用不容忽视。如果没有反馈信息，可以将直接给定控制信息的控制调速系统称为开环调速系统，在PLC中输入给定的速度，然后经过变频器进行变频之后，控制电力机车的实际运行[4]。
2.4 西门子S7-300
西门子S7-300是面向制造工程的系统解决方案，具有以下优点：系统选择MMC来对程序和数据进行存储，所以无需维护；设计模块比较紧凑；模块化设计；性能好；CPU模块种类比较丰富等。S7-300属于可以扩展的模块系统，所有扩展的模块都可以有不同的组合，不同型号的CPU又有不一样的功能，并且所有的CPU都具备集成的输入点和输出点。但是不是所有的中央处理单元都具备通信接口。标准的S7-300温度范围为0°-60°，环境扩展型的S7-300温度范围为-25°-60°，耐污染特性更好。
3 电力机车网络化电气控制系统软件设计
3.1 车厢电气控制系统软件流程图
首先，要对变频器等系统的控制要求和参数进行适当的修改，然后处理现实数据。其次，借助于模拟量输入模块，对数据进行读取。最后，根据车厢空调系统的实际要求，选择S7-200PID控制模块进行有效控制。流程图如图4所示。
9600kW电力机车网络控制系统根据功能不同分成MC车和M车，通常情况下，由两节MC车构成十二轴9600kW机车；在中间增加一个M车构成十二轴14400kW机车。该系统采用分布式列车电子控制系统DTECS，DTECS是专为轨道车辆的列车控制和通信而设计的一套车载计算机系统，主要完机车及车辆的通信管理、功能控制、故障诊断、信息显示和事件记录等功能，系统包括车载硬件、操作系统、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具。系统设备主要包含ERM、GWM、AXM、DXM、DIM模块和其他设备（TCU、ACU、BCU）上的通讯板以及机车状态显示屏IDU。系统网络结构控制图如图5所示。
3.2 编程软件
编程软件选择STEP7 Micro WIN，在Windows环境下，对PLC 进行监控、调试和编程。在S7-200类型的PLC中，主要包含两种最基本的指令集，其一，IEC1131-3，；其二，SIMATIC。其中，SIMATIC主要包括连续功能图、语句表、梯形图三种指令。系统主要通过闭环控制方式来对电机的速度进行调节，由于PID控制的特殊性，所以实际编写程序时，要将程序分为主程序、中段程序以及子程序三部分。其中，主程序负责控制量的输入、输出以及中段程序的启动；中段程序负责调用PID指令，进行正确的运算，并转换数据类型；子程序负责设置PID的控制参数[5]。
3.3实验调试
PID参数的整定方法主要是通过微分时间、积分时间以及调节器的比例系数来确定，通过这三个方面，可以将这个系统的性能实现进一步的提升。在实际调试过程中，调试方法主要是衰减曲线法和经验法。其中，经验法又称为现场凑试法，调试之前，不需要进行理论计算，需要调试人员根据多年来积累的丰富经验，不断对参数进行修改，使工程的运行曲线可以满足要求[6]。
4 结束语
综上所述，电力机车在我国经济发展中的重要性有利于突出，但是电力机车网络化电气控制系统的设计仍然存在一些问题，已经引起社会各界的普遍关注，因此加强电力机车网络化电气控制系统设计的研究力度具有非常重要的意义，不仅是该领域目前的主要任务，也是未来数十年主要的发展方向。
参考文献
[1] 刘剑锋，黄志武. SS_4改进型电力机车电气控制系统无触点改造[J]. 机车电传动，2005，01：40-42.
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[3] 梁裕国，陈特放，孙宁，黄志武，李书涛，于江水. 8K型电力机车电气控制系统的无触点化改造[J]. 机车电传动，2003，01：54-55.
[4] 郭秀茂，胡桂荣. 我厂铸造车间砂处理自动线电气控制系统设计[J]. 铸造设备研究，1993，02：30-36.
关键词 水电站；监控系统；LCU；组态软件
中图分类号[TM622] 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0120-02
0 引言
小水电作为我国最主要的清洁可再生能源，在电力结构调整和农村能源结构调整中具有重要的地位。我国小型水电厂自动化发展的总目标是，在2010年前，50％的农村水电厂及配套电网达到现代化水平；2015年，农村水电行业全面实现现代化；同时也明确提出要求新建农村水电站都要按“无人值班”（少人值守）进行设计和建设，20世纪90年代以前建设的水电厂，要按总体目标做出更新改造计划[1]。
目前，我国水电站计算机监控系统的发展速度惊人，我国的大中型水电站，普遍地采用了水电站计算机监控系统，具有较高的自动化水平，而小型水电站的自动化水平仍处于比较落后的状态，自动化程度低，工人劳动强度大，生产效率还十分低下；同时，小型水电站因管理、技术支撑、现代通信技术的普及发展，也对“无人值班”（少人值守）提出了需求和可能。因此，需要设计一套控制简便、稳定性好、费用低的控制系统来适应我国农村小水电的发展。本文针对浙江省瑞安市高湖水电站的具体情况，利用计算机和可编程控制器(PLC)技术来实现对小型水电站的监控。
1 电站概况
由于温州赵山渡电厂建成后对飞云江下游河道产生一定影响，应当地政府和群众要求，在赵山渡电厂大坝左岸重力坝位置增建高湖水电站，以便赵山渡电厂蓄水运行后能经常泄放20m3/s左右的流量，满足下游群众的生产、生活和环保要求。
高湖水电站装机为1×2mW轴伸贯流式水轮发电机组。水轮机型号为GD007-WZ-180，发电机型号为SFW-2000-20/2150，主变型号为S9-2500/35。发电机、变压器采用发变组单元接线，电站发电机电压等级为6.3kV，经主变升压到35kV后，通过高压电缆（赵山渡Ⅱ段母线）和联络开关接入相距350m的大坝右岸赵山渡电厂Ⅰ段母线汇流后向电力系统供电。
2 设计原则
通过对国内外典型计算机监控系统的结构分析，依据《水力发电厂计算机监控系统设计规定》（DL/T5065-96）和高湖电站具体要求，我们确立了高湖水电站监控系统的设计原则。
1）监控系统本着“安全、可靠、经济、实用”的原则，实现全厂计算机监视和控制；
2）电站监控系统按无人值班（少人值守）原则设计，采用以计算机监控为主，简易常规控制为辅的监控方式。电站的所有设备由赵山渡水力发电厂中控室的运行值班人员通过操作员工作站的人机接口设备进行监控；
3）故障情况下，即通信通道故障或主控层工作站故障时，LCU可以独立工作，维持机组运行；
4）远动信息由电站计算机监控系统通过赵山渡电厂通讯工作站转发至温州区调。
3 系统设计
3.1 系统结构
高湖水电站监控系统工程立足于采用国内外先进的软、硬件设备，采用组态软件二次开发、系统集成的开发策略。根据调研和充分的研究，借鉴目前计算机监控系统的运行经验，依据高湖水电站的装机规模、运行管理方式，设计高湖水电站监控系统采用全开放分层分布式系统结构[2]，分为电站主控层、电站现地控制层。整个系统由2台主控站工控机、1套发变组LCU单元、1套微机保护测量单元、1套手动备用控制单元以及相应的外设和监控软件构成。其系统结构图如图1所示。
3.1.1 主控层
主控层由2个工作站组成，1号工作站设在高湖水电站中控室内，2号工作站设在赵山渡水力发电厂中控室内。2台工控机作为操作员站兼系统管理工作站，负责管理全电站自动化运行、监控、数据管理，图表、曲线的生成等。2个工作站热备冗余，故障时自动切换。
由于远动信息由电站计算机监控系统通过赵山渡电厂通讯工作站转发，故高湖水电站监控系统不再单独设立通讯工作站。
工作站由工控机构成。其操作系统采用成熟的Microsoft Windows2000 Professional操作系统，数据库服务器采用Microsoft SQL Server7.0中文版软件。应用软件采用GE Fanuc公司的Cimplicity组态软件进行系统设计。
两个工作站及发变组LCU单元之间采用10／100M的工业以太网连接，传输的介质为抗干扰性较好的四芯单模光缆与屏蔽5类双绞线。
3.1.2 发变组LCU单元
由于高湖水电站相当于赵山渡电厂的一台机组，泄洪闸门、开关站、线路控制功能由赵山渡电厂监控系统控制，故高湖水电站计算机监控系统仅设置一个发变组现地控制单元LCU。LCU布置在高湖水电站中控室。
LCU由PLC和微机自动准同期装置等组成。PLC直接完成生产过程的实时数据采集及预处理、机组的顺序控制、状态监视、功率调节以及与上位机通信联络等功能，同时也负责全电站的公用设备、进水口事故闸门的控制与监视，当与主控站的通讯中断后，能安全独立工作。
考虑到检修和运行方便，在中控室的手动备用控制屏上设置少量的、必要的控制开关，如开停机、紧急停机、发电机出口开关手动准同期等。
现地控制单元与智能测量仪表、微机保护、温度巡检仪、调速器、励磁等设备之间采用串行通信，通信协议为开放的标准协议-MODBUS RTU协议。
3.2 系统的主要功能
1）数据采集：主要完成对电站实时数据的采集工作。包括电气量、开关量、非电量以及脉冲量等；
2）数据处理：包括对模拟量、状态量、脉冲量、事件顺序数据处理、主要参数趋势分析处理、事故追忆以及相关量记录处理；
3）运行监视功能：包括状态变化监视、越限检查、过程监视、趋势分析；
4）控制调节功能：包括自动机组开机、停机控制、自动功率调节、同期并网等操作；
5）事件顺序记录功能：完成事件顺序排队、显示、打印及存档记录；
6）运行记录功能：主要对运行日志、月报表进行记录和管理；
7）人机联系：借助于显示器、鼠标、键盘等人机接口设备，运行人员可以调用各种显示画面，查询设备状态，可发出机组开停、负荷增减、断路器分合、辅机启停等命令，设定和修改各项给定值和限值；
8）报警处理：包括语音报警、计算机监视画面报警和音响报警；
9）系统远程维护功能：系统中安装有远程维护软件，通过电话线就能实现异地维护。
3.3系统软件的实现
1）工作站操作系统软件Windows 2000 Professional中文版操作系统提供了一个快速高效的多用户、多任务操作系统环境，是目前使用广泛的工控操作系统；
2）数据库软件。由于Cimplicity组态软件只集成有实时数据库，还需配置历史数据库，用于存放报表信息（日报表、 月报表、年报表、操作票报表、报警、事件）、保护装置中的事件信息、历史趋势数据等信息。历史数据库管理软件选用了SQL Server 7.0中文版软件。
SQL Sevrer.7.0在易用性、可伸缩性和开放性，以及数据仓库等诸多方面有了很大的增强，集成了数据转换服务，这使得SQL Sevrer.7.0水电站计算机监控系统中得到了广泛应用。
Cimplicity组态软件采用ODBC方式访问SQL Server 7.0数据库；
3）Cimplicity组态软件。Cimplicity系统在计算机的内存中驻留并维护了一个实时数据库，系统将各种数据以数据点的形式保存在这个数据库中，实现了对整个系统的电气量、开关量、非电量以及脉冲量的采集和处理，并显示在主工作站的界面上，便于运行人员及时掌握系统的运行情况。
在整个软件的设计中均采用了画面的动态拓扑功能，例如对断路器和隔离开关状态（合、分）的显示，利用Cimplicity组态软件的动画功能使其颜色随着不同的状态而显示出不同的颜色（合闸为红色、分闸为绿色）。按照电力系统对监控系统的要求，不同的电压等级用不同的颜色来区分：6.3kV用蓝色、35kV用黄色。
Cimplicity组态软件具备语音报警和功能，当机组出现故障或事故时，可以第一时间通过声光报警通知运行人员。
在控制方面，主辅设备的图标都可以通过双击进入控制界面，并在弹出的界面上进行控制（例如：分闸、合闸等）。
4结论
本文所设计的监控系统经济实用、自动化程度高，满足了小型水电站计算机监控的需要，减轻了运行人员的劳动强度，增加了整个系统的可靠性和稳定性。本系统现已在浙江省瑞安高湖水电站投入了运行，目前系统运行正常。
参考文献
[1]水利部.农村水电技术现代化指导意见[J].中国水利，2003，6：23-25.
1 电子机械设备主控系统设计要点
主控系统由PLC、人机界面和手动脉冲发生器三个部分构成，其中PLC为总控，人机界面与控制器程序相配合可完成系统使用界面的编写，手动脉冲控制器可在不执行程序时，以手动的方式对负载的位置运动进行控制。
1.1 PLC
PLC是可编程控制器的简称，本次系统设计中选用的PLC型号为DVP-20PMOOM，该PLC是一款运动控制主机，通过它可以实现三轴直线、圆弧间的运动控制。由于该PLC只能进行三轴控制，为进一步提升系统的控制能力，并满足电子机械设备三轴联动的需要，在设计时增加了一个扩展模块，该模块能够扩展出一个输出轴和一个高速计数器。该PLC具有如下运动控制功能：内置高速计数器2组，能够接收200KHz的频率;支持手动脉冲控制器直接输入，无需进行信号转换;最高的差动输出频率为500KHz。基于PLC的主控系统框架结构如图1所示。
在主控系统中，PLC是可循控件，其分别对三个运动轴进行控制，即X轴、Y轴和Z轴，通过相关程序的编写，可对电机轴的转动进行驱动，从而带动丝杠旋转，由此就带动上滑块平移，对三个轴的目标位置进行设定后，便可达到三维空间坐标点，这是比较简单的运行轨迹规划。如果是复杂的运行轨迹规划，则应按照实际情况对运行轨迹进行优化。可以使用G代码进行PLC编程，工作部分及视觉检测部分的编程则可采用C语言，为实现三者之间的融合，需要应用到MODBUS接口，由于本文选用的PLC控制器本身带有MODBUS接口，因此不需要再次安装，只需要给上位PC机安装一个MODBUS接口程序便可实现三者之间的通讯。人机界面与PLC之间的通信也是借助MODBUS接口来实现的，上位PC机可将编写好的人机界面通过该接口进行传输。PLC与X、Y、Z三个运动轴之间的数据通信也可借助MODBUS接口来实现。所有硬件接线完毕，并完成程序编写后，便可将之下载到PLC当中，用户可利用人机界面对相关控制程序进行调用。
1.2 人机交互界面
本次设计中采用的人机交互界面为液晶显示面板，其采用的是当前较为流行的2D绘图加速技术，由此进一步提升了解析度，可对大量的画面元件进行规划。该显示面板不但画质清晰，而且还能实现人机交互界面的快速编辑。该人机界面能够借助直连功能，对PLC程式进行修改。
1.3 手动脉冲控制器
该装置也被称之为手摇轮，它在整个主控系统中具有如下作用：可以在不使用编写的程序对运动进行控制时，以手动的方式对X、Y、Z三个运动轴的移动进行控制。该装置具有如下特点：耐冲击性强，装置外壳是以高强度材料制成，从而使装置具备了极强的抗冲击性;装置采用的是驱动器输出，基本不会受到外界的干扰，由此使得装置具备了较强的抗干扰能力;装置上配有挂钩，使安装变得更加简单和方便。该装置可用于电子机械设备中运动系统的手动控制，其操作面板上有一个倍率旋转按钮，可选择对应运动轴的倍率，旋转手轮时，编码器能够产生出与之相对应的信号，从而实现坐标定位。
2 电子机械设备控制系统的软件设计
本次设计中选用的PLC为多功能可编程控制器，其最为突出的特点是结合了多种功能，如基本指令、运动指令、应用指令等等，由此使得程序的设计变得更加多元化。鉴于该PLC所具有的顺序和定位控制两大功能，在程式的设计中分为三种情况，即一种主程式和两种副程式设计，其中主程式为O100，副程式分别为OX和Pn。下面对程式的架构进行分析。
在PLC中O100是程式的主体，它主要起两个方面的作用，一方面是对程序的运行顺序进行控制，另一方面是对程式的执行进行控制。PLC的O100程式中，基本和应用两种指令仅有一组主程式，能够对100组OX副程式进行控制，并提供I/O节点信号处理及Pn呼叫功能。鉴于此，需要先对O100主程式进行建立，然后在由其设定和启动XO与Pn副程式。在对O100主程式进行设计时，可依据实际需要进行，并在其中直接设定运动指令的相关参数，同时还可对运动程式启动的编号进行设定，从而对100组OX进行启动控制。为了便于用户使用，在O100主程式设计时，增设了一个特殊的暂存器，用户通过它能够自行对手动功能运功模式进行规划。由于PLC中的O100仅有1组，因此不能被其它程序呼叫，但其能够对OX和Pn副程式进行自由呼叫;OX除了能够被O100和Pn呼叫之外，还能对Pn进行呼叫;Pn能够被O100和OX呼叫，同时也能对OX进行呼叫。具体而言，在PLC当中主程式不能被副程式直接呼叫，两者间为单向呼叫的关系，而副程式之间可以进行互相呼叫，两者间为双向联系。主程式与副程式运动特性有所差别，其中O100是循环进行的，而OX和Pn则是预交一次执行一次。与本次设计选用的PLC控制器相对应的软件为PMSoft，该软件具有如下功能特点：变数宣告、编辑功能块、完整监控、电子凸轮等。
3 结论
综上所述，电子机械设备因其本身比较复杂，所以需要通过控制系统对其运行过程进行控制，从而保证设备的运行稳定、可靠。控制系统的设计具体包括两个部分，一部分是主控系统，另一部软件系统。本文针对这两个部分的设计过程，对电子机械设备控制系统的设计进行了论述。该控制系统已在某企业的电子机械设备中进行了应用，自该系统应用之后，电子机械设备的运行稳定性和可靠性较之以往获得了大幅度提升。可见，该控制系统具有一定的推广使用价值。
作者：陆召振 周树艳 陆伟宏 王宁 单位：无锡油泵油嘴研究所
共轨系统通常正常工作电压选择28~30V，即需要满足Ur≧30V。2）最小击穿电压UbUb分为5%和10%两种。对于5%的Ub来说，Ur=0.85Ub；对于10%的Ub来说，Ur=0.81Ub。当电压高于此值后，TVS发生雪崩击穿，此后，TVS两端电压将一直保持在钳位电压Uc。3）最大钳位电压Uc当TVS管承受瞬态高能量冲击击穿后，管子中流过大电流，峰值为IP，端电压由Ur值上升到Uc值就不再上升了，从而实现了保护作用。Uc与Ub之比称为钳位因子，一般在1.2~1.4之间，计算多代入为1.3。其他诸如反向漏电流、结电容等参数也需要考虑电路静态电流以及信号频响等因素进行择优选择。最大允许瞬时功率Pp根据车用电源系统电路抗干扰标准要求须至少大于6000W。防反接保护电路设计防反接保护使用一个普通二极管就可以实现，或者采用其他MOS管防反接电路。普通二极管防反接保护电路优点是电路简单，器件少，但由于受二极管额定功耗的限制，这种防反接不能承受长时间的反接故障。图3为防反接保护二极管在电路中的设计位置，二极管选择时考虑ECU的整体功耗，选择正向导通电流大于正常工作最大电流，同时防反接保护二极管尽量选择低压降快恢复二极管，反向耐压满足电路要求。过电流保护电路ECU电源电路在过载或者负载短路等故障发生时，需要在外部线束中或电源处理电路回路中设计过流保护电路，否则电路将损毁不能正常工作。通常在开关电源设计中采用自恢复熔断丝串联在回路中，或设计电路采样闭环控制电路等。
从以上自恢复熔断丝的原理可以看出，当电路发生过流时，可能存在大量热量的产生，由于ECU通常安装在相对封闭的空间内，热量无法快速消散，因此可能会对ECU其他电路的工作产生影响，再加上自恢复熔断丝存在不好安装及精度不高的问题，因此ECU过流保护电路通常不选用这种方案。图4为一种闭环电流采样控制保护电路，T1用来检测负载电流IL，采样电阻R1产生成比例的电压。电流过载发生时，电容C1充电电压会增加到稳压二极管Z1的导通电压，此时三极管Q1导通，集电极输出信号关闭后续电路的控制级，从而切断电源电路的工作。类似过流保护电路设计时，需要注意变压器的设计选型，由于车用ECU对成本的要求越来越高，此电路设计成本较高，且占用ECU体积大，目前在ECU上采用较少。综上，我们似乎没有非常完美的过流保护电路方案，幸运的是目前世界上一些著名半导体公司都提供带有过流自动保护的电路控制芯片。比如美国国家半导体公司的汽车DC/DC控制芯片，德国英飞凌公司的汽车级LDO电源处理芯片，这些芯片都能提供过流自动保护功能。因此在ECU电源电路设计时，尽量选用类似集成芯片作为电路核心元件，这些芯片通常都经过汽车等级的测试，可以放心采用。共模抑制电路设计ECU电源系统电路通常采用共模扼流圈设计共模抑制电路。共模扼流圈，也叫共模电感（Com-monmodeChoke），是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。
在电源电路设计时，采用共模扼流圈能够有效地消除共模干扰，提高ECU电磁兼容性能。目前一些著名的无源器件生产厂家均提供ECU专用的电源系统电路共模扼流圈，比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU电源线设计，TDK公司提供的这种共模扼流圈通过专用磁芯设计而成的方形闭磁路磁芯，在保持原有特性的同时实现了小型化，便于安装。同时具有高阻抗特性，可发挥优异的共模噪声抑制效果，最大电流可高达8A。滤波电路设计共轨系统ECU电源电路的输入是从汽车蓄电池直接引入的。由于汽车上所有电子设备都共用这一个电源，其他电子设备的干扰可能通过电源耦合到ECU。另外，车用蓄电池的电源高频干扰、汽车电机的启动停止以及负载的突然变化均会将干扰带入ECU。在设计电源处理电路时必须设计滤波电路来滤除这些干扰。通常采用∏形滤波电路设计串联在电源处理回路中，主要对差模干扰起到抑制作用，图6为基本的∏形滤波电路。在实际的∏形滤波电路设计时，需要根据ECU实际使用需求进行电感L及电容C1和C2的参数选择，电容C3根据负载功率的大小调整容值及耐压参数。电源系统设计方案总结共轨系统ECU电源系统电路设计时需要综合以上的各种保护电路的设计，同时选择合适的DC/DC控制芯片。控制芯片的PWM调制频率设置需要综合考虑电源处理的效率和EMC性能。常用的ECU电源系统电路设计方案如图7所示。ECU通过点火钥匙开关处理电路，将汽车蓄电池电源输入，然后通过各种保护电路将稳定的电压输入DC/DC处理电路，最后通过汽车专用低压降线性稳压电源（LDO）处理成多路电源分别给ECU各电路模块供电。
在设计电源系统处理电路时，不仅应考虑基本电压处理电路的精度和效率，还应设计不同的保护电路，应对各种可能出现的干扰和故障情况。保护电路的设计需要考虑整个电源系统电路的工作原理，合理的布局保护电路在整个电源系统电路中的位置；各种保护电路的器件选择则需要综合电路原理、成本、安装及厂家品牌等诸多因素进行合理选择。除了本文提到的几种保护电路设计外，或许还有其他应对整车复杂故障情况的电路选择，这就需要在ECU的实际使用过程中进行不断的积累和研究。
【关键词】B类机房；二类供电；分区分类供电；双路供电；旁路模式
供电系统是网络机房的能源保障，设计建设一个完善的供电系统对机房稳定运行有重要意义。根据国家机房建设规范和我校北区网络机房的实际情况，本文制定了一套设计建设机房供电系统的方法和步骤，按此方法建设的供电系统达到了既满足机房设备对能源要求，又降低费用节省开支的目标。设计建设同类机房供电系统时可以采用此方法。
1.机房供电系统的技术要求
国家标准GB50174–2008《电子信息系统机房设计规范》由国家住房和城乡建设部和质量监督检验疫总局联合，规范对电子信息系统机房进行分级，并对各级机房的机房位置与设备布置、环境要求、建筑与结构、空气调节、电气、电磁屏蔽、机房布线、机房监控与安全防范、给水排水、消防做了详细的规定和要求。根据机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性，规范将电子信息系统机房分为A、B、C三级。
A级机房的电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失，造成公共场所秩序严重混乱。B级机房的电子信息系统运行中断将造成较大的经济损失，造成公共场所秩序混乱。其他的机房都是C级机房。
我校北区网络中心机房安装着校园网核心交换机，防火墙和出口设备多台，同时安装着存储有重要信息和承担核心运算的服务器系统，是校园网运作的基础和中心，一旦停止运行，将对学校工作造成比较大的影响，因此，我校网络中心北区机房应属于B级机房。
网络中心北区机房内的核心设备和服务器对供电质量和时间有极高的要求，其他辅助设备如机柜、机房精密空调、空调前端设备、机房照明、监控设备对供电也有很高的要求。
机房的供电系统要向这些设备提供稳定安全、可靠、连续的电力供应，要能够满足负载对供电质量的要求，可高质量地不停电供电；要适应电网环境，且不污染电网；系统要易配置且可配置项目多；能检测供电系统运行情况并及时通知管理者；对物理环境适应能力强。供电系统还要防止如下故障：
（1）电网预安排停电；
（2）电网故障停电；
（3）自然原因停电；
（4）电源质量故障：
（5）其他故障如电涌、高压尖脉冲、瞬态高压干扰、电压下陷、电线噪声、频率偏移、闪变、电压不平衡、谐波畸变、暂态停电、持续欠电压或过电压、系统接地故障和和泄漏电流形成的安全性故障、谐波电流与零地电压差问题。
规范附录1《各级电子信息系统机房技术要求》中，A、B、C三级机房对电源的不同要求为：A类机房停电后会产生重大损失和社会影响，不应因操作失误、设备故障、外电源中断、维护和检修中断运行，要求建立不停电电源系统。B类机房停电后会产生一定损失和社会影响，要求在冗余能力范围内，不应因设备故障中断运行，要求建立备用电源系统。C类机房停电后不会产生大的损失和社会影响，可按一般用户配置。我校北区网络机房设计供电系统时应按B级机房来考虑，即建立满足需求的冗余UPS供电系统。
2.北区网络中心机房供电系统理论规划
北区网络机房应按规范的要求设计供电系统。机房内设备种类和数量多，但对供电系统的要求并不一样。根据各设备的应用种类可将其分类，按类别供电，可满足应用需求，又降低成本。根据设备对供电的不同要求将设备分为一、二、三类：一类设备供电级别最高；二类设备供电要求其次；三类设备供电不做特殊要求。网络机房内用电设备规划为：
（1）一类供电的区域和设备
a.服务器系统；
b.核心交换机及网络设备；
c.应急照明；
d.监控设备；
e.安防设备。
（2）二类供电的区域和设备
a.精密空调设备；
b.计算机外部设备；
c.其它办公室的照明；
d.机房区及其它办公室的维修电源。其余为三类供电设备。
我校北区机房供电根据分区分类供电的原则，结合机房的布局设计，分成服务器区、网络设备区、监控操作区、辅助设备间、缓冲区五个区域，每个区域分类供电。服务器区、网络设备区、监控操作区是一类供电区域，辅助设备间、缓冲区是二类供电区域，其余设备三类供电。一类设备供电尽量做到不停电供电；二类设备供电要建立具有备电的供电系统，停电后能持续供电一段时间；三类设备供电不做特殊要求。
一类供电区域的设备可采用完全冗余模式，即设备电源和电力输入源都冗余。它采用一类供电，使用两个以上独立的电源供电，采用两条专用干线引进，两路独立电源在末端投入，且保证供电的质量（因市电质量无法保证，目前一路仍接UPS），两路独立电源分别接两个设备电源；二类供电区设备直接UPS输出；其余设备接普通市电。
3.北区网络中心机房供电系统实施
根据以上分析和设计，按如下步骤来实现北区网络机房的供电系统：
（1）向供电部门申报机房供电采用高标准供电，机房主电源为供电部门的高标准供电，供电电源采用380V/220V三相五线制，引入主电源配电柜前重复接地，使用防雷器。
（2）设计普通市电配电柜一套、UPS输出配电柜一套（UPS为双路供电，一路接市电，一路接柴油发电机，通过应急电源柜切换。）。其中普通市电配电柜用于普通市电供电的设备，即三类供电区域。UPS的输出安装电流及电压指示，每路输出安装相应的指示灯。UPS的输出线路由UPS输出配电柜来管理，UPS输出配电柜将UPS的输出送到机房机柜内的负载，分配给一、二类供电设备的电力需求。
（3）UPS选取易事特三进三出触摸屏不间断电源两台并联，型号EA89100，输入380V+-25%，输出380V+-2%，功率100KVA，直流输入360VDC（UPS电池单个是12V，100AH，共60节，分为两组并联。电压360V，100AH）。如此实施可向机房内输入三种电源，一路机房主电源，一路UPS供电，一路普通市电供电。一类区域的设备接机房主电源和UPS供电，二类区域接UPS供电，其余皆为普通市电供电。
4.结束语
这种供电系统的设计以B级机房供电系统要求为基础，一类供电在基础上有所提升，二类供电等于B级供电，三级供电接市电。
对不同要求的设备分类供电，既满足设备要求，又降低用电成本。本次机房供电系统设计步骤为：机房定级-设备分类-不同类别电源实现-电源输入机房对分类设备接入-制定操作规程。按此步骤设计实施的北区网络机房供电系统供电质量高，故障供电持续时间久，即保证了机房类设备的正常供电，又降低了用电电费用，提高了供电系统设备的正常使用寿命，为我校校园网的稳定运行提供了坚实的能源保证。按此步骤设计的供电系统性价比很高，同类机房供电系统设计时都可使用该设计方法。
参考文献
[1]朱利伟.电子信息系统UPS冗余设计与供电可靠性问题[J].电气应用，2009，9.
[2]周锦涛.现代数据中心_IDC机房_的电源系统设计[J].电气应用，2011，10.
【关键词】机械电子;软启动装置;控制系统;设计
1.前言
在全世界的发达国家大概从20世纪70年代便开始进行对软启动装置技术及设备的研究。目前西方国家往往采用基于液体粘性传动原理的离合器使减速器与主驱动电机连接，在这种无任何负载的情况下启动，电机只用很少的时间就能达到额定速率[2]。在此原理上，对整个系统运用液压进行有效控制，将设备离合器中的摩擦片之间的距离缩短，从而使动力得以传达。最近几年，我国对于软启动技术及设备的研究开始慢慢重视，在研究过程中也得到了一定的成果。文章通过对机械电子式软启动控制系统组成及其原理进行阐述分析，找寻到了机械电子式软启动装置控制系统的设计方式。
2.机械电子式软启动控制系统组成介绍
2.1 软启动器的介绍
软启动器是一种新型的设备，主要是用来控制鼠笼型异步电动机，其组成部分包含着：电机软起动、软停车及轻载节能等。软启动器采用的是三对反并联的晶闸管，在三相电源与电机回路上进行串接。软启动器能够放置在晶闸管两侧的接触器能够确保晶闸管的运行只存在与启动以及停车环节，减少了晶闸管的运行时长，能够有效降低晶闸管出现发热情况的概率。与此同时还能对软启动器在设备运行时所产生的谐波，一旦出现故障也可使用旁路接触器进行应急措施。机械电子软启动装置控制系统是为了满足机械设备在载工饱和的状况下，对整个系统实行启动模式，确保系统从头到尾的正常运行。机械电子软启动装置控制系统主要是针对交流电动机和重载机械的启动要求进行不断改良的先进的大功率传动的解决方案。
2.2 机械电子式软启动控制系统的组成
机械电子式软启动控制系统的组成部分是：上位计算机、变频器以及可编程控制器。而为了有效保护工作仪器，一般会在控制柜内安装变频器及可编程控制器等。异步型电动机中减速部位则是软启动控制装置的执行机构，而其对象则是带式的输送机。现在新型的机械电子式软启动控制系统采用的是以晶闸管调压电路为主要电路，而六只晶闸管未调压电路，在电动机的三相供电线路上进行串联。软启动器装置的控制系统一旦接到相关的启动指令，系统便会进行计算，将晶闸管进行触发，经由控制晶闸管的导通角，让启动器按模式进行电压输出，实现对电动机起动过程的有效控制。起动过程一旦完成，启动器便会使旁路接触器吸合，将晶闸管主电路全部断开，使电动机不用通过一些不必要的环节，直接进行电网运行，减少电能的损耗，有效地控制电能。
3.机械电子式软启动装置控制系统的软、硬件设计步骤
3.1 控制系统软件方面的设计方案
能够实现编程的系统控制器是软启动装置的重点，且具有较强的稳定性与安全性，而使用计算机来作为上位机则能够更好地控制系统。因此在设计中对可编程控制器及再运用科学的设计对整个系统进行正确及便捷的控制。系统设计的水平及质量会对机械整体运行造成影响，机械的可靠性与工作效率均会受到程序设计质量的影响。因此，程序设计意义重大。
第一，有关于可编程控制器的程序设计，一般是应用控制及形象两方面的语言。控制方面的语言是偏向整个系统的运作过程，形象方面的语言则是偏向系统中的问题。整个设计
较为简便且形象直观，而其设计往往是依据事先准备好的整体的系统图以及系统中的存在功能两方面来实行的。
第二，由于软件方面技术的日益兴起，人们对于软件的设计往往采用偏可视化的方法进行设计。因此，软启动系统的上的软件应具备较快的响应速度以及高效率的执行这两点。为了实现上位机软件的较快的响应速度以及高效率的执行，在设计时应在界面与接口两部分运用完全不相同的编写语言，以获得最佳成效。
第三，以计算机主要的系统设计在软启动装置设计中是首要部分且非常重要的。在设计时应对针对系统的整个用户界面实行科学合理的设计。软件系统的菜单界面往往是偏形象化且简单明了的。主菜单应有整个系统的菜单栏、工具栏、警示栏及状态栏等多个方便快捷栏。
警示栏的主要功能是当用户实行不正确操作可能引发故障时，能够迅速地发出警示，提醒用户，引起用户的重视，保证系统的运作。以便人们迅速地采取必要的措施。因此在系统设计时应充分重视故障检测环节，确保其信号的有效发出，确保整个系统的安全稳定。
3.2 控制系统硬件方面的设计方案
控制系统硬件方面的设计方案主要是针对整个系统中的电路方面进行设计，最重要的是对主电路进行科学设计。而机械电子式软启动装置中的晶闸管应放置于电源与电动机定子之中，而且导通角应确保电压呈现一个逐步上升的趋势，电机转速也应逐步进行增强，以此更加简便地进行软启动装置的启动。
4.结语
机械电子式软起动装置能够帮助设备进行一个带式输送机的软启动和软停车，且具有较高的可靠稳定性以及高效率，是现今机械设备中一种理想有效的启动系统。对机械软启动装置的组成进行分析研究，能够更好地对机械软启动装置控制系统进行设计，从而达到一个良好的控制效果，使设备良好地运行。
参考文献
【关键词】机械和电气 控制系统 设计
一、 机电系统设计应根据机电控制系统设计规律
运用现代设计的方法构造产品结构、赋予产品性能并进行产品设计。为了提高设计的质量，必须有一个科学的设计规划，通常广泛实施和应用的程序归纳成如图1所示的机电产品设计的典型流程。
二、机械本体设计
机械本体设计包括现有设备的利用与改造部分设计、新设计产品的详细设计方案和工程设计、对象的加工相关设计、作业工具、量具设计、安全装置的设计、特殊附加装置的设计、机器控制对策的设计、现有制造装备的改造及添加部分设计等内容。
三、控制部分设计
（一）任务的确定。在进行系统设计之前，必须对控制对象的工作过程进行深入调查、分析，熟悉其工艺过程，了解系统是否有特殊要求，确定系统所要完成的任务。
（二）选择系统的主机机型。在控制任务确定后，应对系统所需要的硬件做出初步的估计和选择，这是计算机控制系统设计的一个特点，主机是整个控制系统的核心，它的选择将对整个系统产生决定性的影响。在具体选择系统的主机机型时，可以选择工业PC、PLC、智能仪表等设备，设计者只需根据控制任务选择相应的硬件配置，再配以软件设计，即可完成控制任务的设计。
（三）确定控制算法。工业生产过程中计算机控制系统控制效果的优劣主要是由算法决定。算法建立在控制对象的数学模型上，即描述各控制量与各输出量之间的数学关系，因此，应建立系统的数学模型，并确定系统的控制算法。控制算法直接影响控制系统的调节，是决定整个系统性能指标的关键。由于控制系统种类繁多，控制算法也各不相同，每个控制系统都有一个特定的控制规律，并且有相应的控制算法。
（六）软件设计。软件设计的主要任务是进行应用程序设计。采用的语言有汇编语言，针对的是某一单片微处理器或微控制器的C语言及VC、VB等高级语言。在进行应用程序的设计时，应采用模块化结构，注重可维护性及可移植性。另外还要合理选择数据库的结构。
四、系统调试和现场调试
（一）系统调试。在计算机控制系统设计完成后，还要进行系统调试，系统调试包括硬件调试和软件调试。硬件调试应按电路实现的功能分别进行调试；软件调试一般先编写与硬件调试对应的调试程序，并配合硬件调试工作，待硬件调试完成后，再进行软件的总调试。现场调试。机电控制系统在实验室调试好以后，就可以到现场进行安装并进行调试。应注意接地、环境干扰等问题。同时，通过现场调试，选择合理的调节参数，确保系统稳定运行，并达到设计的性能指标。现场调试需要丰富的经验，只有对生产现场进行深入了解，才能不断完善设计方案。
五、结束语
机电控制系统设计是指根据设计规划确定的基本技术方案，从技术上逐层全部展开，直至完成试制产品样机所需全部技术图纸及文件的过程。系统总体设计包括人机对话系统的详细设计、总体布局设计、维护及维修对策的设计、与制造单位的工艺协调、事前准备的未来发展对策设计、产品性能及最终运行条件的设计等。
参考文献：
[1]王田苗，等.机电控制基础理论及应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
关键词：PLC；伺服电机；运动控制；系统设计；自动化 文献标识码：A
中图分类号：TP206 文章编号：1009-2374（2017）06-0006-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.003
基于PCL伺服机运动控制系统设计需要考虑很多专业内容，尤其需要对PLC以及伺服电机的工作原理有一个清晰的认识与了解，在此基础上从整体上进行规划，明确各模块的功能，进行针对性设计，保证设计工作的顺利高效完成。
1 设计所用的装置介绍
为保证基于PLC的伺服电机运动控制系统设计工作的顺利实现，设计中应明确所用装置与性能，本文使用以SGDV-2R8A01A为驱动模块的伺服电机，使用艾默生EC10系列的PLC以及A/D、I/O扩展模块，并使用信捷人机界面。其中伺服电机、驱动以及PLC相关参数如表1所示：
2 电机控制方式的实现
借助PLC技术实现对伺服电机运动的控制，主要从脉冲量、模拟量角度，实现对位置以及对电机速度的控制，其中控制速度需两个成比例的模拟量输出，即利用PLC对D/A模块配置，实现数据的转换与处理，将对应的模拟电压值输出向电机的伺服模块中输入，以匹配速度，要想了解电机的位置信息，可通过分析伺服模块中的脉冲信息获得，即将获得的脉冲信息实现向位置信息的转化即可。不过，此种控制方式虽能够实现，但需要较多数量的I/O模块。与速度控制相比，匹配速度及定位实现相对简单：伺服模块接收到指令脉冲信息后，进行相关的转化，对电压电流的输出情况进行控制，实现对电机的驱动。与此同时，通过伺服驱动模块脉冲频率和数量，便可控制电机速度和旋转量。考虑到PLC具备位置控制指令集，因此不接收位置反馈，也可实现对脉冲数量的计算，即在PLC对电机绕线关系以及频率关系正确处理的基础上，通过脉冲信号的发送，促进双机彼此之间的相互配合，这一过程的实现难度较小，当对完全闭环加以控制时，需要对电机端的脉冲进行计数，如此便能很好地掌握电机端是否很好的完成脉冲指令。另外，因程序处理耽搁一定时间，需采取针对性相关措施。本文运用位置控制方式对伺服电机运动控制系统进行设计。
3 单双电机控制的实现
利用绕线机伺服系统，灵活控制伺服电机运动情况及状态，并关联控制相关参数，为双电机的控制奠定基础。总之，在设计控制模块时，确保对单电机各种功能的控制是整个设计工作的关键。
3.1 单电机的控制
单电机控制的实现依赖于PLC位置控制指令，本文应用的PLC拥有PLSV指令、DRVI指令、DRVA指令，其中PLSV指令为变速运行指令，随着时间的变化指令的速度处在不断变化中，控制实现方式较为灵活，不过不能实现定位。DRVI控制相对位置，对定位操作执行时，一旦速度值变化需将指令关断一周期才能生效。DRVA控制绝对位置，定位期间电机速度不发生变化，当完成定位操作后，电机便停止，并等待下个指令。本系统设计时，主控运行指令使用PLSV，为保证主控运行的顺利进行，DRVI、DRVA主要用于对主控运行的辅助，并在暂停状态下，对电机进行微调和相关的定位操作。
在对控制分工详细了解的基础上，搭建控制程序。一方面，运行的控制实现。即，将程序启动，将启动按钮按下实现对起绕点的定位操作，而后将其暂停；对运行按钮进行再次按下操作，电机便在起绕点至终点之间来回的往返；当暂停按钮被短按时，电机逐渐停止运行；让电机重新运行，需再次将运行按钮按下；当电机处于停止状态时，延长按下暂停按钮的时间，电机复归，重新回到零点。另一方面，调整操作。使用两个点动按钮，便可点动控制处于暂停状态下的电机，促使电机完成反向与正向点动操作。编写PLC梯形图像程序时，对点动速度、运行期间的速度、定位期间的速度、终点脉冲数、起点脉冲数进行事先设定，结合伺服模块中单圈脉冲数、齿数比，并可对电机在不同模式下的转速情况。另外，需要借助寄存器SD80进行换向，在该寄存器脉冲端口作用下，并接受相关指令后，实现对脉冲数的计数计算，而后对比起点和终点的脉冲数量，做出相关的判断。当SD80超过边界时，比较指令便被激发，进行换向操作，取反PLSV脉冲操作数，完成转向（如图1所示换向流程）。
控制单电机时需熟练掌握PLC相关知识，熟练应用各种定位指令。同时，注重概念设计思路的考虑，做好对电机运行流程的深入研究，为双电机控制及调试工作的实现做好铺垫。
3.2 双电机的控制
双电机控制的实现需增加I/O数量，本文使用的PLC主模块拥有的接口数量无法满足相关要求，因此需要使用扩展模块。本文使用旋钮式变阻器，通过点电压的调节实现对电机运行速度的控制。同时主模块无法处理模拟量，需使用A/D转换模块进行转化。如此将变阻器上的电压借助模数实现向数字量的转化，PLC处理数字量进行相关的输出。不过位置控制模式下可对反向的D/A进行转换。
同时控制双电机时的控制复杂性会得以提高，尤其需解决两组电机运行状态与速度的关联性，为实现对速度的匹配，需要设计位置系统。为确保速度匹配功能的顺利实现，应设计其中一个电机为主电机，A/D转化数据直接作用于该主控电机，为保证两组电机运行的同步，需利用PLC对从动电机的运行信息进行监控。在对运行程序进行设计时，需深入分析排线电机和从绕线电机的运行规律，为更好的实现匹配功能奠定基础。不过两电机速度的匹配受线宽影响，绕线电机与排线电机速度的匹配应满足：设定线宽/丝杆节距=排线电机转速/绕线电机转速。对位置系统进行设计时，应以排线电机当作主导，与此同时，利用PLC中设置的程序，对该电机的位置寄存器进行监控，并注重绝对位置系统的设计。另外，需要注意的是，为计算绕线匝数，位于绕线电机上的寄存器可进行数字的累加。
双电机运行系统具备正常运行及转向功能的同时，还能通过操作控制连续、单步，使得绕线机运行灵活度得到明显提高。单步/连续控制的实现：换向操作时安装单步/连续控制开关，开关未启用时系统处在连续不断的运行当中，进行转化操作仍不会对运行造成影响。将开关开启后，并进行换向操作，系y停止运行，按下运行键系统恢复正运行状态。绕线机进行单独运行时，需要对线圈某些区域的加固层进行加强操作时，应制动排线机，将其处于暂停状态，在预定的位置允许其绕线，尤其为实现选择功能时可安装一些开关。当手动对运行方向进行控制时，在某些条件下，需屏蔽预设的边界，尤其当排线电机的绕线作业处在宽幅外时，将不能对其进行自动换向操作，需要依靠手进行向右/向左运行的控制，以对一些绕线动作进行处理。按照上述思路，对双电机运行模块进行控制，具体流程如图2所示：
4 系统的启动与停止
配置EC10系列的PLC时，可对输入点的开机模式进行配置，对输入点的开机模式进行选择，并在X0～X7中确定一个当作启动PLC的开关。进行程序设计时，可将启动开关设置为X7。PLC与电源接通后，不按下X7时，PLC在待机状态下，当按下X7时，PLC对X0进行扫描发现存在OFF向ON的变化时，开始运行PLC程序。
当激活系统中的STOP指令时，PLC程序暂停运行。系统停止运行在程序中有两种表现：绕线流程结束，系统便停止。绕线期间因中断而停止，当然系统紧急停止时应属于后者。为确保后者停止的可靠性，当X7由ON向OFF跳变时程序被触发停止，并进行适当的延时保存数据信息，为下次程序运行做铺垫。另外，设计系统时，X7设计成能够控制支路能流的开关，当X7为OFF时，程序中的指令均不能运行，一定程度上降低了程序运行的故障发生率。为及时发现该系统设计中出现的问题，待各模块设计完成后需进行调试处理，通过对本系统调试结果来看，系统的绕线机性能与理论折算值之间的误差较小，分析原因可能因程序编写过程中一些细节处理得不到位，或受硬件电磁兼容性的影响，需在进行认真分析后进行适当的优化与处理。
5 结语
基于PLC伺服电动机运动控制系统设计应用较多专业知识，需在认真研究设计需求的基础上，加强各设计环节的探讨，为设计工作的顺利开展奠定基础。本文通过研究得出以下结论：（1）本文设计的基于PLC伺服电动机运动控制系统，应用的硬件主要有伺服电机、对应的驱动模块、PLC以及相关的扩展模块等；（2）设计过程中在对所用装置性能充分了解的基础上，明确设计工作的重点，本文尤其对伺服电机的控制方式、单双电机控制以及系统的启动与停止进行重点探讨；（3）在对各模块设计完成的基础上进行调试运行，发现一些小问题需要进一步的研究与优化，总的来看，设计的伺服电机运动控制系统基本满足设计要求，而且可为今后一些设计工作的开展提供参考。
参考文献
[1] 房朝晖，白瑞峰，张帅，张杰.基于三菱PLC的伺服定位随动控制系统设计[J].高校实验室工作研究，2016，（2）.
[2] 张志敏，路敦民，张厚江，贺昌勇.基于LabVIEW及PLC电机运动控制系统的设计[J].测控技术，2016，（1）.
关键词：机电一体化；系统设计；构成；过程；方法；可靠性
机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。
1机电一体化系统的构成与关键技术
1.1机电一体化系统的构成
从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。
从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。
既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。
1.2机电一体化系统的相关关键技术
①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。
2 机电一体化的设计过程
机电一体化的机械动力部分由一般电动机演变为控制电动机，里程碑式地引入了电子和计算机等先进技术，代替人完成机器的检测与控制等工作。在知识经济中体现了制造业高科技化，促进了高科技产业和知识经济的发展。它是一种用于机电产品最优设计的方法学。它包括4个基本学科：电气、机械、计算机科学和信息技术。如图1所示。
摘要：本文结合笔者的多年工作经验，对机电一体化系统的构成及关键技术进行了简要的分析，并就机电一体化系统的几种可靠性设计进行了探讨。
关键词：机电一体化；系统设计；构成；过程；方法；可靠性
机电一体化概念始于70年代，是根据英文Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分而构成的，即Mechatronics。在80年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。机械技术是机电一体化技术的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战与变革。在机电一体化产品中，它不再是完成单一的系统联接，而是在系统结构、重量、体积、刚性与耐用方面对机电一体化系统有着重要影响。目前，随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。
1机电一体化系统的构成与关键技术
1.1机电一体化系统的构成
从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。
从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。
既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。
1.2机电一体化系统的相关关键技术
①机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。②传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。③信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。④自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。⑤伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。⑥系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。
2 机电一体化的设计过程
