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關鍵詞:蛋雞;飼養管理;冬季
冬季溫度過低時,雞的體溫散失加快,飼料消耗增加,致使產蛋量減少,雞體消瘦,容易感染疾病,所以冬季必須做好雞的飼養管理工作。
一、防寒保暖
蛋雞的生長發育最適溫度為16~18℃,16~24℃時,蛋雞產蛋率較高。當雞舍溫度低于5℃時,產蛋率下降,低于0℃時產蛋量顯著減少,低于-10℃時停產,同時還會增加飼料的消耗量,所以適宜的雞舍溫度是提高母雞冬天產蛋率的關鍵。因此,入冬前應堵塞迎風口面的窗戶,裝好玻璃或塑料薄膜;隨時檢查四壁及屋頂,在修補除換氣孔窗以外的所有孔洞及裂縫的同時,適當提高飼養密度或加厚墊料,采用這種方法可使雞舍溫度提高5℃以上。墊料要干燥,經常翻動,與雞糞混合,促進微生物活動,使其發酵,達到厚墊草的目的。另外,堅持每天聽天氣預報,防止寒流的突然襲擊。
二、補充光照
光照能促進性腺的分泌,從而促進產蛋,蛋雞每天需16h的光照,但是冬季晝短夜長,自然光照短于12h,不能滿足蛋雞對光照的需要,因此,需人工補光。一般1m2雞舍地面有2.7~3.0W白熾燈光源就能保證光照強度,燈離地1.8~2.0m,燈與燈之間3m左右,燈與燈之間的距離要相等,一般適宜的光照強度為5~10Lx,舍內各處光照均勻,保持燈泡清潔,否則影響光照強度。另外,凌晨是一天當中氣溫最低的時候,此時的低溫對處于睡眠狀態的雞所造成的冷刺激最嚴重,因此早晨4時開燈喂料,使雞在溫度低的時候開始采食和運動,增加機體產熱量,以提高其抵御寒冷的能力,緩解冷刺激所造成的不良影響。一般情況下,晚上8時即可關燈。補充光照時間一旦確定,就要準時開、關燈,持之以恒,切不可時斷時續,忽早忽晚。
三、通風換氣
養雞場多采用高密度飼養,冬季許多養殖戶為了給雞舍保溫,都將雞舍門窗緊閉,有的養雞戶甚至整個冬天也不打開1次,致使雞舍內有害氣體氨、硫化氫、二氧化碳增多。氨和硫化氫濃度過高時,會刺激呼吸道黏膜,誘發雞的慢性呼吸道疾病,導致產蛋量下降,進而降低經濟效益。因此,要定期進行通風換氣,以排出舍內的有害氣體,保持空氣清新,一般可利用中午比較暖和時打開門窗進行換氣,并注意不要讓冷空氣直接吹向雞體,更要防止賊風。另外,為有效清除或降低舍內氨氣等有害氣體濃度,可撒過磷酸鈣,每周0.05kg/m2或30mL/m3,進行過氧乙酸噴霧,每周1次。舍內的糞便、污物要每天清掃,也可降低氨和硫化氫濃度。
四、控制雞舍濕度
舍內的相對濕度以50%~70%為宜,最高不得超過75%。要經常檢修飲水系統,避免水管、飲水器或水槽漏水淋濕雞體、飼料,造成舍內濕度和雞體散熱加大。要保證排水暢通,及時排除舍內污水。
五、注意飲水
蛋雞的飲水量與氣溫高低有直接關系,水溫過低會明顯降低雞的耗水量。這是因為雞飲低溫水后會增加體熱的損失,加重冷應激,同時對消化道黏膜造成不良的刺激,甚至引起痙攣,而影響消化和吸收。因此冬季飲溫水為好,最好飲大蒜水,能健胃,促進食欲,助消化,而且能提高雞的抗病能力,對雞瘟、雞白痢等都有預防作用。水量偏少也會影響產蛋量。一般來說,喂干料時雞的飲水量約為采食量的2倍,若連續36h不給飲水,母雞產蛋量下降直至停產,因而要保證產蛋雞的飲水。
六、改善營養水平
冬季氣溫低,體熱容易散失,需要更多的營養維持正常體溫,產蛋也需要大量營養物質,為保持高產穩產,必須改善營養以滿足雞體抵抗寒冷和產蛋的需要。首先,增加日糧的能量水平,提高玉米、稻谷等能量飼料的比例,亦可添加適量油脂,適當減少麩皮、米糠等粗纖維飼料,并依產蛋情況適當增加日糧。其次,增加維生素和礦物質,全面滿足蛋雞對蛋白質、礦物質、維生素等的需要,可提高蛋雞產蛋量。另外,每隔幾天喂點碎辣椒,以刺激食欲,增加雞的抗寒力,同時夜間補喂1次粒料。:
七、疾病防疫
冬季常見的呼吸系統疾病有傳染性喉氣管炎、傳染性支氣管炎、傳染性鼻炎和慢性呼吸道病等。對于這些疾病,除了做好日常的飼養管理工作外,還要按當地的疫病流行情況制定科學的免疫程序,并按程序有條不紊的免疫,使產蛋雞獲得較強的抵抗力,以防止疾病在雞群內擴散,從而在產蛋相對較少的冬季獲得較好的經濟效益。
八、減少應激
各種應激反應都會造成雞產蛋量下降或停產。因此,要保持雞舍內外及周圍環境安靜,禁止高聲播放音響、鳴笛等,以防雞受驚嚇而影響產蛋。飼養人員要穿著固定的工作服,嚴禁穿著紅色衣服進入雞舍,工作時動作要輕緩,嚴禁外界人員和車輛進入雞舍。要堵塞雞舍及雞場內外的鼠洞,定期在雞舍及雞場內外投放鼠藥以消滅老鼠;要防止犬、貓、鼠等進入雞舍驚嚇雞群。如有應激因素存在時,可在飼料中添加多種維生素,對由于應激反應造成的產蛋量下降具有良好的防治作用。
參考文獻
[1]付健康,王玉紅,崔春生,等.談談冬季的飼養管理[J].河南畜牧獸醫,2007,28(2):40.
[2]張桂新,張明江.產蛋雞冬季的飼養管理技術要點[J].吉林畜牧獸醫,2006(3):36-37.
首先是程序單元。這個單元是機械自動化系統運行過程中最為重要的一個單元,系統當中應該執行的任務和執行任務過程中所采用的方式都是程序單元需要解決的問題。其次是作用單元。這一單元是整個自動化技控制系統中完成前期任務的重要組成部分,主要是在系統運行的過程中,為系統增加其保持正常運行過程中需要的能量,還要做好機械生產過程中的定位工作。再次是傳感單元。這一單元是系統運行過程當中最為基礎性的一個單元,主要是對系統在工作中的運行狀態和運行指標進行監控和檢測,保證系統處在正常的運行狀態當中。第四就是制定單元。這一單元是整個系統當中最為重要的一個單元,它能夠對傳感單元傳輸過來的信息進行詳細的分析和比較,這樣就可以根據實際的情況對相關的數據信息進行處理,并發出動作信號。最后一個就是控制單元。這個單元是系統中起到保障性作用的單元,在各個單元的制定和動作調節以及維護方面,控制單元有著十分關鍵的作用。
2機械自動化技術在機械制造中的應用分析
2.1集成化應用分析
對于機械制造領域來說,其中所涉及到的集成化實際上主要是在技術功能、技術經營上所進行的集成。而也正是由于信息技術的作用影響,才能夠使得計算機集成化技術轉化成為對于機械制造的整體性優化。企業本身在實際進行經營管理的過程中,所涉及到的相關動態集成措施,能夠讓制造企業本身的動態集成為一個整體,通過這方面的措施才使得自動化技術保持自身的應用合理性,進而讓企業信息管理系統、計算機輔助設計技術、數控加工技術等被應用到制造系統中。就現階段來說,將CAD/CAM作為主要核心的CIMS工程應用措施,實際上已經在整個制造行業中進行了覆蓋,其生產形式必然會成為未來的發展趨勢。
2.2柔性化應用分析
柔性化最顯著的特點在于其能夠根據外界因素作用力的差異表現出與之相對應的適應能力。換句話說,在柔性化應用過程中,生產出的產品能夠較好地適應市場的更改特性。現代機械制造行業必須針對終端用戶的各類需求及時精確地做出反應,進而對機械制造產品類型和結構屬性做出相應調整。從這一角度上來說,柔性化應用可以很好地解決該問題,其在確保必要生產柔性的基礎上,對人機交互界面進行了合理優化,并在構建產品制造信息系統的基礎上將計算機管理的工作效益發揮到最大。在當前技術條件的支持下,敏捷制造已成為柔性化應用的必然選擇與發展趨勢,其最顯著的應用優勢體現在以下幾個方面:a.提高產品生產質量和生產效率。b.確保產品交貨期,滿足客戶需求。c.強化信息系統運行全過程的可靠性。
2.3自動化的加工系統
機械是由不同的零部件組合而成,而成品是將零部件按照一定的順序和技術要求進行組裝而成的。自動化的加工系統能夠有效地完成生產過程中的重復勞動,能夠大大降低工人的重復勞動,節省體力,保證充足的人力資源。
2.4智能化應用分析
智能化機械制造技術,主要是將自動化技術、人工智能技術、機械制造技術、系統工程管理技術等多項不同的技術進行了良好的結合。而通過和專家系統所進行的結合,智能機械實際上完全能夠依據機械制造體系中所呈現出的環境不同變化。機械智能化體系中所存在的一個主要特性,便是其所呈現出的極為特殊的人機工作界面,在實際執行制造工作的過程中,可以利用交互界面來進行人機溝通。智能化技術的應用,其中所存在的關鍵,就在于使用智能技術來對于相關專家所呈現出的智力活動加以模擬,如此一來,便能夠使得自動化機械按照專家化的模式來進行運轉。同時,還由于智能技術的應用,使得運行的系統能夠依據自身當前所呈現出的情況來執行實時性的檢測工作,盡可能的保證運行得以優化。
3結束語
關鍵詞:伺服驅動技術,直線電機,可編程計算機控制器,運動控制
一、引言
信息時代的高新技術流向傳統產業,引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業,在這場新技術革命沖擊下,產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變,微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合,促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。
隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展,各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注,它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。
在機電一體化技術迅速發展的同時,運動控制技術作為其關鍵組成部分,也得到前所未有的大發展,國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術(FullClosedACServo)、直線電機驅動技術(LinearMotorDriving)、可編程序計算機控制器(ProgrammableComputerController,PCC)和運動控制卡(MotionControllingBoard)等幾項具有代表性的新技術。
二、全閉環交流伺服驅動技術
在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中,交流伺服系統的應用越來越廣泛,其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流,而且調試、使用十分簡單,因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器(DigitalSignalProcessor,DSP),可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣,在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統,并充分發揮DSP的高速運算能力,自動完成整個伺服系統的增益調節,甚至可以跟蹤負載變化,實時調節系統增益;有的驅動器還具有快速傅立葉變換(FFT)的功能,測算出設備的機械共振點,并通過陷波濾波方式消除機械共振。
一般情況下,這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式,即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環,也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度,應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件(如:光柵尺、光電編碼器等),即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是:伺服系統只接受速度指令,完成速度環的控制,位置環的控制由上位控制器來完成(大多數全閉環的機床數控系統就是這樣)。這樣大大增加了上位控制器的難度,也限制了伺服系統的推廣。目前,國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統,使得高精度自動化設備的實現更為容易。
該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷,伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等),作為位置環,而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙(如齒輪間隙、絲杠間隙等),補償機械傳動件的制造誤差(如絲杠螺距誤差等),實現真正的全閉環位置控制功能,獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成,無需增加上位控制器的負擔,因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中,開始采用這種伺服系統。
三、直線電機驅動技術
直線電機在機床進給伺服系統中的應用,近幾年來已在世界機床行業得到重視,并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。
在機床進給系統中,采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械傳動環節,把機床進給傳動鏈的長度縮短為零,因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式,帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。
1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件(如絲杠等),使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高,反應異常靈敏快捷。
2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差,減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制,即可大大提高機床的定位精度。
3.動剛度高由于"直接驅動",避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象,同時也提高了其傳動剛度。
4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車(時速可達500Km/h),所以用在機床進給驅動中,要滿足其超高速切削的最大進個速度(要求達60~100M/min或更高)當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性,使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速,高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度,一般可達2~10g(g=9.8m/s2),而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1~0.5g。
5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機,就可以無限延長其行程長度。
6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦,且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌(無機械接觸),其運動時噪音將大大降低。
7.效率高由于無中間傳動環節,消除了機械摩擦時的能量損耗,傳動效率大大提高。
直線傳動電機的發展也越來越快,在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品,其中美國科爾摩根公司(Kollmorgen)的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統,它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動;德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。
四、可編程計算機控制器技術
自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器(ProgrammingLogical Controller,PLC)問世以來,PLC控制技術已走過了30年的發展歷程,尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展,它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器(PCC)就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。
與傳統的PLC相比較,PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小,這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題,它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺,這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關,而是由操作系統的循環周期決定。由此,它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來,滿足了實時控制的要求。當然,這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下,按照用戶的實際要求,任意修改。
基于這樣的操作系統,PCC的應用程序由多任務模塊構成,給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求,如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等,分別編制出控制程序模塊(任務),這些模塊既獨立運行,數據間又保持一定的相互關聯,這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后,可一同下載至PCC的CPU中,在多任務操作系統的調度管理下并行運行,共同實現項目的控制要求。
PCC在工業控制中強大的功能優勢,體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS(分布式工業控制系統)技術互相融合的發展潮流,雖然這還是一項較為年輕的技術,但在其越來越多的應用領域中,它正日益顯示出不可低估的發展潛力。
五、運動控制卡
運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制單元。它的出現主要是因為:(1)為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求;(2)在各種工業設備(如包裝機械、印刷機械等)、國防裝備(如跟蹤定位系統等)、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中,急需一個運動控制模塊的硬件平臺;(3)PC機在各種工業現場的廣泛應用,也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心,大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地,運動控制卡與PC機構成主從式控制結構:PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作(例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等);控制卡完成運動控制的所有細節(包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等)。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。
這種運動控制模式在國外自動化設備的控制系統中比較流行,運動控制卡也形成了一個獨立的專門行業,具有代表性的產品有美國的PMAC、PARKER等運動控制卡。在國內相應的產品也已出現,如成都步進機電有限公司的DMC300系列卡已成功地應用于數控打孔機、汽車部件性能試驗臺等多種自動化設備上。
關鍵詞:機械制造數控技術
引言
在機械制造業中,數控加工技術已經越來越受到重視。隨著計算機技術為主流的現代科技技術發展和市場產品競爭的加劇,傳統的機械制造技術很難滿足現代產品多樣化的發展和日新月異的換代速度。面對多品種小批量生產比重的加大,產品交貨質量和成本要求的提高,要求現代的制造技術具有很高的柔性。如何能增強機械制造業對外界因素的適應能力以及產品適應市場的變化能力,就需要我們能利用現代數控技術的靈活性,最大限度的應用于機械制造行業。將機械設備的功能、效率、可靠性和產品質量提高到一個新的水平,從而滿足現代市場的競爭需求。
一、技術特點
數控技術是用數字信息對機械加工和運動過程進行控制的技術。它是集傳統的機械制造技術、計算機技術、傳感檢測技術、網絡通信技術、光機電技術于一體的現代制造業基礎技術,具有高精度、高效率、柔性自動化等特點。
目前是采用計算機控制,預先編程然后利用控制程序實現對設備的控制功能。由于計算機軟件的輔助功能替代了早期使用純硬件電路組成的數控裝置,使得輸入數據的存儲、處理、判斷、運算等功能均由現場可編輯的軟件來完成,這樣極大的增強了機械制造的靈活性,提高設備的工作效率。
二、機械制造中數控技術的應用
2.1工業生產工業機器人和傳統的數控系統一樣是由控制單元、驅動單元和執行機構組成的。主要運用機器設備的生產線上,或者運用于復雜惡劣的勞動環境下下,完成人類難以完成的工作,很大程度上改善了勞動條件,保證了生產質量和人身安全。
在實際操作中,控制單元是由計算機系統組成,指揮機器人按照寫入內核的程序向驅動單元發出指令,完成預想的操作,同時同步檢測執行動作,一旦出現錯誤或發生故障,由傳感系統和檢測系統反饋到控制單元,發出報警信號和相應的保護動作。而執行機構是由伺服系統和機械構件組成。有動力部分向執行機構提供動力,使執行機構在驅動元件的作用下完成規定操作。
2.2煤礦機械現代采煤機開發速度快、品種多,都是小批量的生產,各種機殼的毛坯制造越來越多地采用焊件,傳統機械加工難以實現單件的下料問題,而使用數控氣割,代替了過去流行的仿型法,使用龍骨板程序對采煤機葉片、滾筒等下料,從而優化套料的選用方案。使其發揮了切割速度快、質量可靠的優勢,一些零件的焊接坡口可直接割出,這樣大大提高了生產效率。同時,數控氣割機裝有自動可調的切縫補償裝置。它允許對構件的實際輪廓進行程序控制,好比數控機床上對銑刀的半徑補償一樣。這樣可以通過調節切縫的補償值來精確的控制毛坯件的加工余量。
2.3汽車工業汽車工業近20年來發展尤為迅猛,在快速發展的過程中,汽車零部件的加工技術也在快速發展,數控技術的出現,更加快了復雜零部件快速制造的實現過程。
將高速加工中心和其它高速數控機床組成的高速柔性生產線集“高柔性”與“高效率”于一體,既可滿足產品不斷更新換代的要求,做到一次投資,長期受益,又有接近于組合機床剛性自動線的生產效率,從而打破汽車生產中有關“經濟規模”的傳統觀念,實現了多品種、中小批量的高效生產。數控加工技術中的快速成形制造技術在復雜的零部件加工制造中可以很輕易方便的實現,不僅如此,數控技術中的虛擬制造技術、柔性制造技術、集成制造技術等等,在汽車制造工業中都得到了廣泛深入的應用。21世紀的汽車加工制造業已經離不開數控加工技術的應用了。
2.4機床設備機械設備是機械制造中的重中之重,面對現代機械制造業的需求,具備了控制能力的機床設備是現代機電一體化產品的重要組成部分。計算機數控技術為機械制造業提供了良好的機床控制能力,即把計算機控制裝置運用到機床上,也就是用數控技術對機床的加工實施控制,這樣的機床就是數控機床。它是以代碼實現機床控制的機電一體化產品,它把刀具和工件之間的相對位置、主軸變速、刀具的選擇、冷卻泵的起停等各種操作和順序動作數字碼記錄在控制介質上,從而發出控制指令來控制機床的伺服系統或其他執行元件,使機床自動加工出所需零件。
三、數控技術的發展
從第一臺數控機床開發成功到現在已有50多年的歷史,由傳統的封閉式數控系統發展到現今的開放式PC數控系統。傳統的計算機數控系統,由于采用封閉的體系結構,它的通用性、軟件移植性、功能擴展和維修都比較困難;開放式體系結構的計算機數控系統的發展,使傳統的計算機數控系統的市場正在受到挑戰。開放式計算機數控系統,采用軟件模塊化的體系結構,顯示了優良的性能,能適應各種計算機的軟件平臺,具有統一風格的用戶交互環境,操作、維護、更新換代和軟件開發都比較方便,具有較高的性能價格比,已成為數控系統發展的方向。
四、結束語
機械制造技術不僅是衡量一個國家科技發展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經濟發展的關鍵時期,制造技術是我們的薄弱環節。PC機進入數控領域,極大的促進了數控技術的發展,也為我國在數控生產領域趕超發達國家提供了機遇。跟上發展先進數控制造技術的世界潮流,將其放在戰略優先地位,并以足夠的力度予以實施,盡快縮小與發達國家的差距,在激烈的市場競爭中立于不敗之地。同時,數控加工技術的發展孕育產生大量的數控專業技術人才,進而推動我國現代機械制造業進一步走向繁榮。
參考文獻:
馬巖.中國木材工業數控化的普及[J].木材工業.2006(02).
陳光明.基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J].制造業自動化.2005(09).
關鍵詞:伺服驅動技術,直線電機,可編程計算機控制器,運動控制
1引言
信息時代的高新技術流向傳統產業,引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業,在這場新技術革命沖擊下,產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變,微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合,促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。
隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展,各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注,它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。
在機電一體化技術迅速發展的同時,運動控制技術作為其關鍵組成部分,也得到前所未有的大發展,國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術(FullClosedACServo)、直線電機驅動技術(LinearMotorDriving)、可編程序計算機控制器(ProgrammableComputerController,PCC)和運動控制卡(MotionControllingBoard)等幾項具有代表性的新技術。
2全閉環交流伺服驅動技術
在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中,交流伺服系統的應用越來越廣泛,其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流,而且調試、使用十分簡單,因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器(DigitalSignalProcessor,DSP),可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣,在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統,并充分發揮DSP的高速運算能力,自動完成整個伺服系統的增益調節,甚至可以跟蹤負載變化,實時調節系統增益;有的驅動器還具有快速傅立葉變換(FFT)的功能,測算出設備的機械共振點,并通過陷波濾波方式消除機械共振。
一般情況下,這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式,即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環,也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度,應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件(如:光柵尺、光電編碼器等),即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是:伺服系統只接受速度指令,完成速度環的控制,位置環的控制由上位控制器來完成(大多數全閉環的機床數控系統就是這樣)。這樣大大增加了上位控制器的難度,也限制了伺服系統的推廣。目前,國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統,使得高精度自動化設備的實現更為容易。其控制原理如圖1所示。
該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷,伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等),作為位置環,而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙(如齒輪間隙、絲杠間隙等),補償機械傳動件的制造誤差(如絲杠螺距誤差等),實現真正的全閉環位置控制功能,獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成,無需增加上位控制器的負擔,因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中,開始采用這種伺服系統。
3直線電機驅動技術
直線電機在機床進給伺服系統中的應用,近幾年來已在世界機床行業得到重視,并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。
在機床進給系統中,采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械傳動環節,把機床進給傳動鏈的長度縮短為零,因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式,帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。
1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件(如絲杠等),使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高,反應異常靈敏快捷。
2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差,減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制,即可大大提高機床的定位精度。
3.動剛度高由于"直接驅動",避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象,同時也提高了其傳動剛度。
4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車(時速可達500Km/h),所以用在機床進給驅動中,要滿足其超高速切削的最大進個速度(要求達60~100M/min或更高)當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性,使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速,高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度,一般可達2~10g(g=9.8m/s2),而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1~0.5g。5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機,就可以無限延長其行程長度。
6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦,且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌(無機械接觸),其運動時噪音將大大降低。
7.效率高由于無中間傳動環節,消除了機械摩擦時的能量損耗,傳動效率大大提高。
直線傳動電機的發展也越來越快,在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品,其中美國科爾摩根公司(Kollmorgen)的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統,它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動;德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。
4可編程計算機控制器技術
自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器(ProgrammingLogicalController,PLC)問世以來,PLC控制技術已走過了30年的發展歷程,尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展,它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器(PCC)就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。
與傳統的PLC相比較,PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小,這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題,它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺,這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關,而是由操作系統的循環周期決定。由此,它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來,滿足了實時控制的要求。當然,這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下,按照用戶的實際要求,任意修改。
基于這樣的操作系統,PCC的應用程序由多任務模塊構成,給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求,如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等,分別編制出控制程序模塊(任務),這些模塊既獨立運行,數據間又保持一定的相互關聯,這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后,可一同下載至PCC的CPU中,在多任務操作系統的調度管理下并行運行,共同實現項目的控制要求。
PCC在工業控制中強大的功能優勢,體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS(分布式工業控制系統)技術互相融合的發展潮流,雖然這還是一項較為年輕的技術,但在其越來越多的應用領域中,它正日益顯示出不可低估的發展潛力。
5運動控制卡
運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制單元。它的出現主要是因為:(1)為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求;(2)在各種工業設備(如包裝機械、印刷機械等)、國防裝備(如跟蹤定位系統等)、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中,急需一個運動控制模塊的硬件平臺;(3)PC機在各種工業現場的廣泛應用,也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心,大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地,運動控制卡與PC機構成主從式控制結構:PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作(例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等);控制卡完成運動控制的所有細節(包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等)。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。
這種運動控制模式在國外自動化設備的控制系統中比較流行,運動控制卡也形成了一個獨立的專門行業,具有代表性的產品有美國的PMAC、PARKER等運動控制卡。在國內相應的產品也已出現,如成都步進機電有限公司的DMC300系列卡已成功地應用于數控打孔機、汽車部件性能試驗臺等多種自動化設備上。