一体化机房方案范文

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引言

随着电网主站调控一体化的改造和变电站运行管理水平不断提高和发展，其传统的运行管理模式已逐渐显现出诸多不足：

（1）变电站的智能管理业务系统不断上线，如视频监控系统、

故障录波系统、监控后台等等，呈现出“功能齐全，孤立管理”，缺乏有效的统一集中管理系统；

（2）变电站业务系统设备众多，一旦异常，按照“人工申请，审批响应”的运维模式，运维人员急急忙忙奔赴各站点，故障恢复缓慢；

（3）变电站运维过程无法实时跟踪记录、监控和审计，缺乏监管；变电站环境复杂，存放业务系统设备存在潜在风险；变电站运维管理模式陈旧，无法保障业务系统连续性运行；运维效率、运维监管等都是变电站运维管理亟待解决的问题，在这样的背景环境下建设一套完善的科学标准化运维管理体系已成为必然。

1、系统方案需求

根据调控一体化项目具体情况，主站部分要求提供对调度员工作站实现人机分离和对机房内的所有调度工作中服务器进行集中统一管理。所有操作用户全部位于值班室控制操作不用进机房实现真正的无人值守。对于变电站厂站后台机综自系统，主要内容为：实现部署对变电站自动化远动后机远程集中管控维护，试对12座220kV，110kV变电站远程后台机系统进行维修和升级。保证自动化设备或系统的运行可靠性和运行维护效率，提高自动化系统和数据对电网运行和电网调度的可用性，从而提高电网运行可靠性。

2、方案设计说明

方案概述

考虑到调控一体化项目的主站具体环境：调度员多显卡工作站和单显卡工作站的延长需求，调度员需要一对一延长操作，我们采用了datcent　EM5300系列的多显卡延长器来实现调度员工作站与管理员人机分离管理功能。并且本系统支持远程音频传输，并且结合MIS系统服务器通过datcent1664专用转换器进行切换管理。最终实现调度大厅的工位上只放键盘鼠标显示器，其他服务器都放在机房里。

考虑到调控一体化远程变电站后台机综自管理具体情况：如对12座220KV，110KV变电站远程后台机系统进行远程管理维护，部署情况：主站安装DCLive　IT设施运营综合管理平台和ICS风险控制系统：1套。每个变电站都部署：DSE108＼NPC108各一台，这些每个系统需要配置1个IP网络地址要和12个厂站的网络是联通的，将这些系统通过网线连接到网络运维网络上。之后将登录到DCLIVE　IT设施运营管理平台是对厂站里所有DSE108远程维护模块和NPC108远程电源管理模块通过IP的加载后实现进行统一的认证管理。

充分考虑到以后扩容问题，如果以后还要增加变电站的管理，只需单独购买DSE108，NPC108模块即可，直接就可以纳入DCLIVE　IT　设施运营管理平台管理。

方案实现

主站集中管理

调度大厅内每台调度员多显卡工作站需要一对一延长的调度服务器端都安装一台EM系列的发送端延长器将信号传到调度室，在调度室安装一台EM系列的接收端，将键盘鼠标显示连接到EM延长器的发送端上，最终实现一对一管理监控。达到人机分离的目的。

调度机房的服务器，每台服务器的键盘、鼠标和显卡接口都直接连接一根服务器接口线缆攫取键盘、鼠标和视频信号服务器接口线缆再通过普通五类线连接到模拟矩阵交换机的被控主机端口；模拟矩阵交换机的用户控制端口通过普通五类线连接到　用户控制室的16台用户工作站，提供显示器控制台提供16个管理用户同时操作访问。操作用户采用取得专利的OSCAR图形化管理菜单进行登陆控制，通过鼠标、键盘点击即可进行操作访问，用户登录后，根据各自权限设置的不同只能对其权限访问内的服务器进行操作访问，还可以对声光报警的服务器音频音质及其大小等参数进行调解设定，没有权限的服务器无法显示在其OSCAR图形化管理菜单上，实现最小化访问权限控制。实现从单点技术管理、普通系统管理、区域本地管理过渡到全面集中管理、安全系统管理和远程控制管理。

变电站后台机远程管理

通过在主站调度中心部署DCLive　IT设施运营综合管理平台和ICS-M风险控制系统，在主站调度中心即可实现对12座变电站内后台机、后台机以及电源设备的远程集中管理，提高效率、保障设备安全。

根据设备数量要求在12座变电站内各部署DSE108　设备1台、NPC108CP电源控制设备1台以及在主站调度中心部署1台IT　设施运营管理平台和ICS-M风险控制系统充分考虑到以后扩容问题，如果以后还要增加220KV，110KV变电站的管理，只需单独购买DSE108，NPC108模块即可，直接就可以纳入IT　设施运营管理平台管理。

方案特点

（1）远程集中控制——通过TCP/IP方式实现管理，管理用户可以在任何网络连通的地点，轻松开关、重启和管理控制每个变电站的各类设备；

（2）设备访问控制——通过授权访问审计机制，控制运维人员的访问范围，确保运营过程规范管理，设备维护全程受控；

（3）故障自动恢复——制定自动侦测任务进行主动侦测，如发现设备异常可自动重启解决故障，实现问题故障的快速恢复，提高服务质量，特别适合无人值守变电站，实现真正意义上的无人值守；

（4）能耗优化与设备保护——通过部署基于端口电流检测的NPC等电源控制设备，可对特定设备电量电流进行监控，实现过流报警并自动断电以保护设备，同时还可帮助制定能耗优化策略；

（5）可靠性设计——可靠的故障保持设计，来电后可以自动恢复断电前的供电状态，即使变电站的设备发生故障也不影响当前设备供电方案。

3、结论

按此方案部署的集中控管系统，可保证12座220kV，110kV远程变电站自动化设备或系统的运行可靠性和运行维护效率，提高自动化系统和数据对电网运行和电网调度的可用性，从而提高电网运行可靠性。

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二、设计思路

2.1各专业考虑因素

2.1.1无线

根据当期用户及业务发展需求，测算无线设备配置，考虑多系统、高配置要求完成设备选型，优选分布式、多载波基站设备。由于分布式基站设备体积小、重量轻、设备模块少，安装方式灵活，对于机房面积的需求降低，可采用落地、挂墙、支架、抱杆等多种安装方式；尤其适合与传输、数据等设备共享标准机柜的形式，利于统一管理，同时占地空间大大减少，有效地降低选址难度。另外，由于新型分布式基站对于工作环境要求的降低，可适当降低空调配置等级或减免空调配置。同样也可降低基站对于外电容量的需求、同时减少用电量，降低运营成本。目前，各厂家都推出了高度不超过3U、满配重量不超过12kg的紧凑型BBU，可挂墙安装或利用19”机架安装，甚至堆叠安装，大大节省了安装空间；RRU满配重量不超过25kg，设备容量不超过25升，可灵活采用抱杆、挂墙、落地等安装方式。

2.1.2传输

现网GSM、TD-S及TD-L传输主要承载方式为PTN，WLAN主要承载方式为PON；综合考虑网络安全等多方面要求，网络结构以环状或环带链；设备选型需综合考虑承载需求（端口、带宽等）及现场安装条件。

考虑PTN系统成环需求，PTN设备端口需求为：4×GE+1×FE+9×E1/ 2×10GE+ 2×GE+1×FE+9×E1。现网接入环为GE和10GE环；考虑后期扩容需求及带宽要求，可统一按10GE接入设备考虑。

空间及电源资源较丰富站点，可采用承载能力较强设备，如华为1900/中兴6220；空间及电源资源较紧缺站点，可采用集成度较高设备，如华为960；传输设备可与无线设备共用综合机柜安装；机房空间资源紧张时，传输设备及光缆成端ODB可采用壁挂式方式安装。

2.1.3电源

基站电源设备选型配置时除应满足相关规范要求，还应该积极选用各项节能技术，实现提高基站整体能效水平，降低运营成本。目前，基站电源节能措施实施效果较好的主要有：高效整流模块、铁锂电池和高温铅酸电池等。

1）高效整流模块。高效开关电源整流模块采用了高能效技术、高效拓扑结构、低压降的功率器件以及更低阻抗更低能耗的材料，最佳效率超过了96%，比普通模块提高3%～5%，损耗降低70%左右。高效开关电源整流模块的最高效率点出现在20%～90%负载率区间之内，更适合实际应用情况。

2）铁锂电池。相对于传统铅酸电池，铁锂电池具有循环使用寿命长、耐高温、体积小、重量轻、无污染等优点，对建筑空间、承重等安装条件要求较低。但目前，磷酸铁锂电池原材料的一致性和电池产品的一致性还存在问题，尤其是大容量电池（100Ah及以上大容量电池）。因此现阶段磷酸铁锂电池还无法应用于在大容量基站中，可在如FTTx（小区、商务楼）、室内分布系统、WLAN系统、室外一体化基站等小容量站点进行应用。

3）高温铅酸电池。相对于传统阀控密封蓄电池对温度的敏感性，高温电池采用多项专利技术克服高温条件下引起的蓄电池正极板栅腐蚀、失水干涸、热失控和负极硫酸盐化等难题，在-40℃至+70℃范围内，能够正常使用，且使用寿命与普通电池在常温下相比不发生缩短现象。因此可以提高基站环境温度或在部分地区取消基站空调配置，达到节能减排效果。

三、最小化节能安装设计

在多网共存的前提下，为了提高基站机房的面积及空间的利用效率，降低机房的能耗，促进基站的选址成功率和续约率，需要打破固有思维，进行基站最小化节能设计。设计要同时兼顾考虑节能化、各专业一体化的要求，可按照规范的强弱进行权衡，同时应综合权衡建设可实施性、维护实施性和扩展性。面向多网协同开展一体化配套建设，重点从“最小化”和“节能”两个维度开展方案设计：

无线基站选用分布式、多载波基站设备：减少机房空间占用，降低设备能耗。

集约化设计，实现设备集中管理：分布式近端设备堆叠式安装在标准综合柜内，配置专门的配电单元以及光纤配线架，将外部线缆统一到综合柜内，利于集中管理维护，有效地节省线缆资源。传输设备统一安装于传输综合柜内，预留足够的配线空间，并充分利用综合机柜空余空间安装无线设备。

运用新型节能电源设备：组合开关电源使用高效模块；使用高温铅酸蓄电池提高空调设置温度，降低空调耗电 。

运用新型集成化电源设备：在一体化机柜基站中使用嵌入式电源，在适用场景下使用铁锂电池，节省空间占用，降低对机房承重要求；

灵活考虑柜式及壁挂式空调：减小对机房面积的要求，降低空调耗电 。

空调通风散热设计更有针对性：出风口靠近功耗最大的无线主设备。

采用堆叠式安装设计方式：使用综合设备柜将同类设备集中安装，如无线综合柜、传输综合柜；综合柜配置统一的直流配电单元和ODF配线单元，满足各类设备的统一接入需求；综合柜内部划分不同的设备分区，统一规划，实现分区管理。

节能设计：

1、电源采用组合开关电源，整流模块使用高效整流模块，基站常态运行时，整流模块使用休眠技术，提高整流模块利用效率；

2、无线基站近端设备和远端设备均由机房内电源供电，实现信源和远端设备备电时间一致，降低维护成本和施工难度；

3、从基站节能和深圳地区气候情况考虑，蓄电池组使用高温铅酸蓄电池组，可以将基站空调设置温度由28度提高到35度，减少基站空调耗电量。

空调通风：

计算出基站所需的冷负荷，以此为依据对空调设备进行选型，保障主设备、电源系统等设备的正常运行。本方案采用一主一备配置2台空调，其中1台3P柜式空调，1台2P挂式空调（安装在机房门下方，减少对机房空间的占用），出风口靠近功耗较大的综合设备柜。

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机电一体化技术的迅速发展使得机构在实现原理和组成内容等方面有了突破性的进展，发展成为具有更广泛意义的广义执行机构。广义执行机构是由是驱动元件与执行件(或执行机构)组成的可控执行机构，是机电一体化系统的核心。广义执行机构最主要的特点就是可控性，它的输出运动是由机构参数和输入函数共同决定的，改变控制程序就可使同一机构系统实现不同需要的输出运动或改进机构的运动和动力参数，因此广义执行机构具有传统机构无可比拟的优越性和更大的设计空间。电动机是将电能转化为机械能的装置，可以说是现在世界上使用最普遍的装置，如果没有电机这样的装置，我们甚至无法想象我们这个世界会是什么样子。但原始的电机的功能却是单一的，就是接受电流以后转动，转数是恒定的，然而，人们对生产、生活的速度要求却是多种多样的，由它带动的机械对转数的要求也是多种多样化。

一、总体方案设计思路

1．总体设计要求

盖板能够实现可靠的打开及关闭是实现远程操控系统在各种恶劣环境下可靠地执行勤务和值守任务的保障，也是远程操控系统实现从勤务状态到戒备值守状态快捷、可靠、准确转换的关键。因此，为使此机电一体化执行元件在远程操控的各种工作状况下均能可靠地工作，其总体设计应满足如下要求：(1)应保证盖板在关闭状态下，密封可靠．具有防雨、防潮、防盐雾侵入等功能，并且使关闭后的盖板结构牢同，具有防盗、防撬和防撞击功能。保证此机电一体化执行元件在承受较大的外力撞击后，仍能正常可靠地工作，盖板仍能正常、轻松地开启。(2)盖板的开启和关闭应平稳、可靠、快捷，并可同时实现自动扁闭和应急人工手动启闭。具有机电联动互锁功能，保证自动启闭可靠、准确，手动扁闭轻松、方便，不误动，不锁死。(3)此机电一体化执行元件结构应尽量紧凑、体积小、重量轻，以便于在整个系统中的结构布置。(4)所控制的盖板在开启位置同样应保持锁定状态，并能保证在承受高频、强冲击载荷作用下不致松脱，从而造成误关闭的现象。

根据以上总体设计的要求，初步设想盖板采用骨架式蒙皮结构，为防止盗撬并适应各种恶劣的工作环境，盖板的启闭门轴以及启闭用机电器件在盖板关闭的状态下均应藏在平台本体的内侧。盖板关闭的锁定装置考虑采用具有防盗撬功能，能同时承受纵横向载荷的卡板式机械电子双控互锁式门锁，要求门锁在盖板承受较大的撞击后，仍不失效且能正常开启。另外，卡锁装置应与盖板自动启闭驱动和传动装置实现联动。当采用电子开锁时，应在开锁同时，接通驱动电机和电磁离合器，使盖板自动启闭。而当采用机械开锁时，则应切断驱动电源并使离合器分离。

2．机电一体化执行元件组成和接口

本文所研究的机电一体化执行元件主要分为三个部分：机械部分、电驱动执行部分、信号检测及控制部分，机械部分主要包括盖板、滑轨、减速器、丝杠等构件。电驱动执行部分主要包括驱动电机、电磁离合器以及卡锁电磁铁等构件。信号检测及控制部分主要有单片机、各传感器及数据传输总线组成。机械部分和电驱动执行部分完成整个过程巾的运动和能屠传递，信号检测及控制部分负责监测和接收盖板的状态信号，对数据和信息进行存储、变换等处理，并发送指令给驱动电路，以完成规定动作。

二、各组成部分方案设计

1．机械传动部分设计

本机电一体化执行元件的传动机构主要由电机、减速机构、离合器和丝杠等组成。通过驱动电机，经减速器带动丝杠转动，然后再通过与之配合的螺母把丝杠的旋转运动转变为盖板的平行运动，从而控制盖板的打开与关闭。减速器采用齿轮减速，主要是考虑其体积小，重量轻，传递转矩大，并且启动时转动惯量较小。采用滚珠丝杠主要是考虑其传动比大，轴向推力大，可使盖板肩闭轻松方便，另外，滚珠丝杠为非自锁丝柙，其传动具有可逆性，当位于减速器与滚珠丝杠之间的离合器脱离时，盖板町采用手动启闭，而不会由于传动链逆向自锁而卡死。

2．机电一体化执行元件工作流程分析

此机电一体化执行元件要实现远程控制，通过操作上位机发出指令来控制远程的电机正反转以及停转来控制盖板的打开和关闭。并通过检测装置检测盖板的位置和工作情况，并把盖板的工作状态反馈给上位机。在本机电一体化执行元件中主要是对盖板打开以及闭合的控制、卡销电磁铁和电磁离合器的控制。经过各方面的考虑，其中包括成本的考虑，选择采用位置控制的方式。通过对被控对象位置的检测达到系统控制的目的。盖板开启至工作位置时的锁定可采用常闭式电磁铁控制锁定销的运动来实现。在开启位置卡锁电磁铁断电将盖板锁定。而要将盖板关闭时，电磁铁工作，盖板解锁，即可在动力驱动下关闭。盖板的锁定机构要同时具有手工解锁功能，以备手动启闭盖板之需。

三、信号检测与控制部分方案设计

在盖板平台的控制系统中，单片机控制器通过CAN总线可以从上位机获得控制指令和运动数据，控制器输出的控制信号，经电机驱动器处理后控制直流电动机，从而控制盖板的运动。主控模块作为控制系统的核心部分对此机电一体化执行元件进行统一安排和调度，它通过分析监控平台传送的控制指令、系统状态和全局环境信息，规划盖板运动的轨迹并完成相应的运动控制。控制部分实现的功能：(1)实现盖板的开关动作：在单片机的作用下，控制电机实现盖板的开关动作。(2)实现微机软件控制盖板：利用计算机的软件实现单片机与上位机的通信，完成盖板的开关动作。其中系统的主要部分就是单片机控制外部电机的转动以及单片机和上位计算机的通信。这两个功能正是单片机系统中常用的关键技术，本论文在后面的章节中将会着重介绍这两个方面的功能。此系统具有以下特点：(1)使用方便：体积小，重量轻，不占用太多的空间。(2)操作简单：操作人员通过远程计算机实现盖板的开关动作。(3)程序简单：无论是计算机还是单片机的程序都很简单，不占用太多的程序空间。(4)成本低：使用最为简单的控制方案。本系统对盖板的控制更加智能化，开关过程更加可控化，可以利用一个单片机控制多个盖板的开关动作。甚至可以通过微机和单片机的连接，在用户的可视化窗口上随时控制盖板的开关，从而形成一个较为智能的盖板控制系统。基于单片机的盖板检测与控制系统可以分为：(1)微机及控制软件：提供用户微机程序界面，并将用户对盖板的操控转化为控制指令发送到下位机。(2)单片机控制单元：监测和接收外部状态信号，并发送指令给驱动电路，控制盖板的开关。(3)驱动电路：驱动盖板的电机动作，带动传动机构实现盖板的开关。(4)检测部分：利用传感器检测各器件的状态，并进行反馈。

总之，随着科学技术的飞速发展，特别是机电一体化技术在诸多领域的应用，促使系统的智能化程度越来越高，并日益成为此类执行元件发展的一大趋势。

参考文献：

[1]李慧君，张青，田志斌．机电一体化系统概念设计过程模型的研究．机械设计与研究。2002，11―12

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一、变换功能特征模型

系统的变换功能表达了为满足用户基本需求必须实现的过程对象从输入到输出的变换。物料、信号、能量、时间都可以做为过程对象，具有过程对象的成分、状态、种类及其它广义物理特征是其所具有的主要特征，在一般情况下，我们运用广义物理量来理解它。通过对当前功能表达模型怛7J的分析与研究，最后得出变换功能特征模型。过程对象性态特征和过程对象性态变换特征是变换功能的两大特征。

1．过程对象性态特征

过程对象输出性态特征和过程对象输入性态特征是过程对象性态特征的两大特征。在这个方案设计中，过程对象的输入、输出流是作为已知条件的，而系统则是一未知数，除了考察与外界对象的作用之外，其他的结构则不在考虑范围内。

2．对象性态变换特征

量变特征和质变特征是对象性态变换的特征。正负相关、正相关和负相关属于量变特征；成分、种类及其它方面的转换是属于质变特征。

二、目的功能(效应)特征模型

支持某一变换或技术过程是任何技术系统所要达的目的。而通过系统和操作者间的交互使交换过程对象（数据、能量、原料等）所需的物理效应进行传递。

通过科学效应的显现来表达目的功能所具有的功能。通过把效应作用在原理解的基础上抽象化，以此来分析出变换功能的基本机理。该功能具有两个特征，分别是：

1．效应生成方式特征

效应生成者与过程对象有直接的物理接触的叫做直接生成；效应生成者通过“垂直因果链”的方式向技术系统传递物理效应的叫做外部传入。

2．效应生成者特征

效应的生成方式是多样的，可以通过技术系统和操作者直接生成，也可以通过协同来生成。部件（定性）和原理参数（定量）则是技术系统中创造所需物理效应的主动要素。动态特征和静态特征是部件的输入和输出(能量，物料／信号)性态特征的两个基本类弄。输入量输出量的增大、减小和改变等量变特征是通过动态特征来表达的。输入、输出量本身的特征则是通过静态特征来表达的。输入、输出性态的变换则可以使作用原理解实现相应的功能。比如：输入、输出量本身的静态特征转换是压电元件装置的主要功能，也就是通过压力变换为电压而实现相应的功能；输入、输出量的动态特征则是气泡减阻装置的主要功能，也就是说，摩擦阻力等输出量的量变是通过流体运动粘度系数、流体密度系数和流体成分等输入量的量变来实现的。

三、机电一体化系统方案生成推理策略

机电一体化系统方案生成推理进程分为三个阶段。基于变换功能拓展的技术推理为第一阶段；基于技术的变换功能向目的功能的推理为第二阶段；目的功能向作用原理的推理为第三阶段。

1.基于变换功能拓展的技术推理

“技术”是指在某一功能变换过程中各子过程的类型和执行，以及过程对象和变换所需效应间在时间、空间上的相互作用。作为变换发生的方式，作用原理中的核心知识，技术具有重要的地位。如通过磨削和刀削技术可以使铅笔变得锋利。可以说，变换过程中的任何一个子过程都是通过相应的技术来完成和实现的。因此，变换功能域的方案解也可称为是一个技术结构。由操作者和技术系统构成的人／机系统通过技术面来达到功能变换的目的。比如：在书写时，人们运用铅笔这一技术系统，来实现铅笔书写的技术。也就是说，“技术”是联系变换功能和目的功能的一条纽带。

过程对象（名词）和功能动词（动词）可以和用来表达变换功能。因此，在对表达模型进行变换功能的拓展时我们可以利用这一功能。而基于过程对象的变换功能向技术的推理和基本于能动词的变换功能向技术推理是变换功能向技术推理的两种基本类型。同时，基于功能动词和过程对象的推理则是上述两种基本推理的综合。

2.目的功能向作用原理的推理

定性效应生成者（部件）和效应生成者是技术系统内部的两种效应生成者。因此，效应间的关系分为定量关系和定性关系两类。如果要采用作用原理的定量推理或定性推理，则需要设计要求功能的过程对象性态变换特征（名词）是量变，也就是将作用原理解为原理参数；而通过部件性态的变换来取得相应的功能的则是定性推理，也就是把作用原理解为部件。

3.机电一体化系统方案生成推理进程模型

功构映射观点和域间映射观点是单一功能求解的方案生成推理进程中所存在的两种观点。从功能到结构的推理映射序列是功构映射观点中应加以注意的一点。因为在进行单一功能求解时，只有明确实现所需要功能时所选用的技术，才能根据这一技术分析研究出最佳的作用原理解。也就是按照“功能——技术——作用原理”的步骤逐步推理和找出原理方案解。

方案生成在求解问题中是一个较明显的不良定义。从可操作性方面来看，由于方案生成初期阶段的系统功能信息都不够完整。如果仅仅依靠抽象的功能层分解，想得到完备的功能结构的可能性不大。其实，功能结构的生成和功能求解是互为因果、交替进行的。而在机电一体化系统方案生成进程中，三类映射模式，十二种映射关系是与系统功能求解的三个分过程中相对应的。下面，我们分别来看看：

①分解映射模式，解决变换功能、技术和目的功能的分解问题，也就是先可以通过进行分解映身来降低那些有待求解的比较抽象、复杂而难于直接求解的问题，使后续求解映射问题得到顺利的解答。

②求解映射模式。运用变换功能——技术——目的功能——作用原理的方式逐层或跨层映射来解决功能求解问题，最后使我们获取求变换功能的技术解、目的功能解和作用原理解。

③衍生映射模式，解决分功能解组合不匹配问题。在技术层、目的功能层和作用原理层时，关联分功能解进行组合形成总功能解的时候容易出现接口冲突的情况。在这种情况下，如果在接口冲突处衍生出附加分功能便可消除这种冲突。另外，整体作用原理解也是在生成合理完整的功能结构的过程中派生出来的。

参考文献

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一、微生产线的基本结构设计

自动化生产线最初是在机械制造业中实现的，其中最早出现的是机床自动化生产线。随着工业的不断发展和用户的不同需求，微生产线的发展近几年来也崭露头角。它相对于大型的自动化生产线有着诸多的优点，如体积小、成本较低、生产效率高、易操作、易检修、技术定向等等。笔者以设计一条基于光机电一体化技术的微生产线为主要内容，综合阐述了整个生产线各个独立单元的设计内容和设计方法。这条微生产线系统以工业生产和工程应用为背景，有较高的集成度和开放性，各个单元可拆分独立使用，也可综合整体使用。它可以对工件进行送料检测、加工、搬运、装配及分类存储。系统中应用多种传感器实现对工件材料的检测识别，然后通过模拟打孔装置对工件进行加工，再由搬运单元搬至装配单元，再将装配好的工件搬运至存储单元，最终由机械手对到位的工件完成分类存储。

二、微生产线中基本单元的设计

1.供料单元的设计

它是整个系统的第一个单元，也是整个工作中最基础的模块。供料过程中，供料气缸从料仓中推出工件，推料气缸推出工件。供料单元有三种传感器，可检测区分材质、颜色，供后面单元分类操作。送料检测单元主要完成对工件的检测任务，它的主要组成及用途如下。（1）料仓装置：用于存储要加工的工料。（2）送料气缸：把工料送至颜色检测位置。（3）推料气缸：把检测完毕的工料送至加工转盘。（4）电磁阀及气动元件：用于控制气缸伸缩。（5）光电传感器：用于检测输送台上工件。使用传感器上面的旋钮调节需要的检测距离，检测范围为1～9cm。（6）光纤传感器：一对对射式光纤传感器为料仓传感器，感应料仓中是否有工件。（7）电感式传感：用于检测金属，检测的距离一般是有要求的，设计时规定5mm。

2.加工检测单元的设计

首先由传感器来检测待加工工件是否到达旋转圆盘上。若已经到达，那么旋转圆盘则执行接下来的动作，通过90°的旋转把待加工的工件送到工件要进行加工的正确位置上。钻孔装置对工件进行打孔加工，接下来旋转圆盘再旋转90°进行接下来的动作。这一动作的执行是利用气缸来检测已加工工件的深度，如果气缸已经推到底那么就说明加工工件的孔是符合要求的，不然的话不符合要求。加工检测单元由四工位转盘、模拟钻孔加工装置、深度检测装置、传感器、电磁阀及气动元件、三相380V交流电动机、并励直流电动机、涡轮蜗杆减速机、电磁离合器等组成，主要完成对工件内径的钻孔加工。

3.装配单元的设计

将搬运单元传送来的工件进行装配成形后，搬运到分类存储单元。当放料口有工件，拖料气缸开始执行动作，把钻完孔的工件移动到对应的位置，该位置的顶料气缸就会缩回，这样就实现了装配任务，此时装配完成的工件被拖料气缸推出，已进行下一步的执行动作：搬运单元来搬运。装配单元主要由配件料筒、装配台、抵料气缸、拖料气缸、光纤传感器、电磁阀及气动元件等组成，主要完成将搬运单元传送来的工件进行装配成形。

4.搬运单元的设计

上一单元的合格工件到位，伸缩气缸、提升气缸、旋转气缸相互配合，测工件到位后，由传送机构传送到位。

5.分类存储单元的设计

把不同的工件经过检测，分类放置，可检测材质颜色等。该单元可以按行进行分类存储，也可以按列进行分类存储，用户可以根据生产需要进行设定；从下到上或者从左至右是工件的入库顺序。

三、微生产线的机械设计

1.气缸的选型

在设计过程中，需要根据不同的工作原理及不同的应用范围来选择合适的气缸。系统中使用气缸的机构及相应的气缸选型如下。（1）送料检测单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于将料仓中的待测工件推至检测位置的圆柱形气缸，另一个是用于将检测完毕的工件从检测位置推至加工转盘的圆柱形气缸。（2）加工检测单元共使用了3个单作用类型的气缸：一个是用于固定加工转盘上待加工工件的圆柱形气缸，另一个是用于提升钻孔电动机的圆柱形气缸，再一个是用于检测加工工件深度（检测加工元件是否为合格品）的圆柱形气缸。（3）搬运单元。共使用了三种类型的四个气缸：一是用于机械手升降的单作用圆柱形气缸，一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，一是用于抓夹工件的气手指，一是用于使机械手旋转至抓夹位置的双作用气缸。（4）装配单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于拖动装配台至装配位置的圆柱形气缸，另一个是用于抵住配件料筒中工件的圆柱形气缸。（5）分类存储单元共使用了2个类型的气缸：一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，另一个是用于抓住工件的气动手指。

2.电磁阀的选型

在微生产线的设计中，气动电磁阀是控制气缸的枢纽部件，在进行气动电磁阀的选型时，需要根据选用的气缸的种类进行电磁阀的选择。系统中大部分选用了的单作用气缸（机械臂也为单作用气缸），统一采用型号为4V110-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。它是一个二位五通单电控电磁阀，可以良好的配合该系统使用的气缸的工作。此外，在搬运单元中，用于控制机械手旋转的双作用摆缸，采用型号为4V120-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。

3.机械传动的设计

由于每一种机械传送方式都有各自的特点，需要根据不同的要求选择不同的机械传动方式，在加工转盘的旋转过程中，使用了涡轮蜗杆对旋转位置进行精确定位，在分类存储单元机械手的伸缩、提升使用了滚珠丝杠进行平稳放置工件，搬运单元使用了带传送进行工件的水平传送。

四、PLC控制系统的设计

在微生产线系统中，根据系统中多单元协同工作，要求PLC之间实现网络通讯，多传感器、气动元件动作，要求具有数字量、模拟量扩展功能；能够控制步进、变频、伺服电动机的工作，要求PLC具有较强的运动控制的功能；根据国内的电压等级为220V/380V，要求电源可以在该范围工作；由于系统需要拆装和移动，要求PLC具有较强的抗震能力。参考市售PLC产品的价格，最终选定西门子公司生产的S7-200系列PLC。

五、人机界面的设计

人机界面又叫HMI，是用户对自动化控制系统的一种检测、控制手段。本条微生产线采用了MT4404T系列的触摸屏，进行系统的操作和基本状态的监控。该触摸屏具有方便的接口、简捷的开发系统、良好的用户体验等特性，适合用户的基本需求。