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二、与实训设备相一致的教材建设
“机电产品电气控制”课程采用自编教材。教材的编写紧密结合实现技能型人才培养目标,从内容选材、教学方法、学习方法、实训配套等方面突出高职教育的特点,突出应用能力培养的特点,摆脱理论分析长而深的模式,增加并充实应用实例的内容,对职业岗位所需知识和能力结构进行恰当的设计安排。在知识的实用性、综合性上多下功夫,理论联系实际,加强操作与实训,把学生应用能力培养融汇于教材之中,并贯穿始终[3]。在内容组织上,以符合教学要求的工作过程为基础,由简单到复杂,由单一到综合,层层递进,将职业岗位所需的理论知识系统的串在一起,教材内容基本涵盖了基本电气控制规律、机床电气控制系统,PLC控制系统的组成。由浅入深,由易到难,每个部分都有实践训练,指导学生能够主动学习、提高效率,动手能力能够得到逐步提高。在教材编排上,打破以往教材先理论后实践的编写模式,以典型工作任务和任务的完整性及为主线,以提高职业能力为线索,理论知识够用为度编排教材内容。教材共有与《课程标准》内容相一致的八个学习项目,根据项目理论知识要求,将项目分解成各个子任务,每个子任务都有自己独立的知识点和训练内容,完成了子任务的学习,也就完成了整个项目的学习,并能使知识融会贯通。编写教材时充分体现“以学生为中心”“教中学,学中做”的职业教育理念,强调以学生直接经验形式掌握融于各项实践行动中的知识和技能,以学生能力培养为本位。
三、教学方法的改革
树立以学生为主体,教师为主导的教学理念。学习不仅是为了获取技术,还需要在获取技术的活动中,培养学生的方法能力、社会能力,使学生不仅要有技术适应能力,更重要的是有能力对社会、经济负责的态度,参与设计和创造未来的技术和劳动世界,因此在教学过程中注重强调教师对学生引导的行为。针对不同的教学实施环节,我们选用了不同的教学模式。1.教、学、做一体化教学模式教、学、做一体化教学模式是一边进行知识讲解和操作示范,一边让学生进行课程同步训练,符合学生认知规律。将知识点溶解到任务的实现中,完成学生对知识的理解和应用,能循序渐进地使学生最大限度地掌握知识。教、学、做三者融合,“教”为指导,“学”为过程,“做”为中心。学生在学了以后立即实施,实施完毕再进行总结,加强了对理论知识的掌握程度,巩固了知识在脑海中的印象。教、学、做一体化教学模式有利于学生利用教学软件、仿真软件等课程资源解决课程疑问,提高学习主动性。2.项目引导,任务驱动化教学模式项目引导,任务驱动化教学模式是在校内维修电工实训室、机床电气实训室及PLC实训室完成。围绕“控制线路的设计、安装、调试和运行维护”这一学习情境,把工作过程分成了8个项目,采取项目引导任务驱动,一步一台阶引导学生自主完成基本电气控制线路、机床电气、PLC综合技能实训领域的学习过程。在完成职业活动的学习过程中,也逐步训练和培养了学生系统的工作方法和严谨的工作作风,培养了学生具有良好的职业道德、团队协作能力与沟通能力和较强的工作责任心。教学过程贯彻“学生主体,教师主导”的原则,从教师指导学习教师引导学习学生自主学习。教师的指导作用逐步减弱,学生的主体作用逐步加强[4]。3.基于网络资源的自主学习这种方法突破了时空的限制,通过网络教学将学习延伸到课堂之外。我们将课程教学课件、实训课件和PLC编程软件与仿真软件挂接到课程网站。很多时候,学生在课堂实践中并不能通过一两次的模仿操作就可以理解操作要领和知识点的,少数学生不能独立及时完成一次完整的操作任务。因此,反复练习是提高理解和掌握技能的重要手段。
四、评价体系的改革
实践考核更注重学生的工作过程、职业素养,而非结果。同时,把学生的平时操行纳入考核的范围,对平时表现突出的优秀学生,给予加分;纪律及学习态度不好的,酌情减分。采取以过程考核为主的多元化考核方式的各部分考核所占的比例如下:职业素质考核方法:沿纵向以项目为单元,逐项考核。即在学生完成每个项目的工作任务和实操训练之后,对学生完成该项目的工作任务过程中的能力给予评价和认定。当本课程全部项目的工作任务和实操训练完成后,将各项目考核成绩累加。横向重点考核学生能力发展的渐进过程,即随着学习内容的扩展,评价学生完成工作任务的质量、合作能力及个人素质等,将纵向和横向的考核成绩按比例综合,即为学生学习本课程的最终成绩。
2过压继电器的整定方式
在过压继电器实施整定操作时,关键的构成部分为单相调压器、倍压整流型电压发生器、测试电压表、单相交流低压电源、电路开关等,可以对不同状态的故障实施保护,比如动态断相、静态断相、欠压、错相、电压不平衡以及过压等内容。在电气设备运行过程中,如果出现断相问题,此时开展的保护措施为动态断相保护;在设备处于非工作状态时,一旦出现断相问题,此时开展保护措施为静态错相保护功能;在线路运行过程中,如果电压一直处于偏高状态,可以实施过压保护;当三相电压出现不平衡问题时,电压不平衡的保护模式会立即启动,有效的改善这一故障;在线路运行过程中,出现错误电源输入的情况下,可以启动错相保护措施;一般在线路运行都提前设有预设电压,如果线路电压处于较低状态,可以开启欠压保护,是一种有效的保护方式。在过压继电器实施整定过程时,首先应该进行初次通电试验,在具体的试验过程中,应该将高速开关断开,在继电保护器的基础上,有针对性的开展整定电路,进而实施降压试验,在试验过程中,对于压升与压降的情形应该给予密切观察,是否有异常情况存在,当压升与压降恢复到正常范围后,可以立即合上告诉开关。当合上高速开关后,接下来对过压继电器进行再次整定。在实施整定过程时,对于电压表的指示情况、过压继电器动作应该实时密切观察,对各种情况给予严格记录,所有操作完成后,再对过压继电器进行调整。在电路运行过程中,对于保护对象,继电保护器可以实时监控和判别,针对具体的异常情况,比如警告信号、动作信号等,选择必要的断路方法,迅速自动切断有异常表现的设备元件,实现故障的有效恢复,起到隔离的作用和保护作用,促进电气设备的安全、稳定运行。
2除渣系统
除渣系统一般由斜链除渣机、水平板链除渣机及渣斗鄂式阀门组成。以上除渣系统控制柜,也应该与水系统配电柜设置设在同一配电间内比较合理,这样便于管理。除渣系统需要采用连锁控制,启动顺序为:斜链除渣机水平板链除渣机。停止相反。渣斗鄂式阀门不参与连锁控制。除渣系统中斜链除渣机、水平板链除渣机设就地控制、集中控制、本控制柜控制以及手动、自动连锁顺序控制。就地控制优先。渣斗鄂式阀门设置在现场,现场就地控制。斜链除渣机、水平板链除渣机采用变频器调速控制,以达到节能效果。由于除渣系统在整个采暖期需要连续运行,根据除渣量需要变频调速,所以就地控制中需要设置调速开关,达到现场控制除渣机运行速度。锅炉系统、输煤系统、除渣系统按要求设置连锁控制,均可根据程序按逆流方向延时启动,程序停车时,顺流方向延时停车。当运行过程中,任一设备故障停车时,按顺流方向设备前的各设备立即停车,该设备之后的设备延时停车。集中控制是指在热源厂设置一个集中控制室,水系统、锅炉系统、除渣系统需要集中控制的所有电机,在集中控制室就可以实行集中连锁控制。集中控制包括电气连锁实现集中控制和采用DCS计算机控制两种。中、小型热源厂一般采用电气连锁实现集中控制;大型及部分中型热源厂一般都采用DCS计算机控制实现集中控制。热源厂当年全部投入运行,就可以采用DCS计算机控制实现集中控制。如果当年不能够全部投入运行,需要分批投入,就需要先采用电气连锁实现集中控制,待全部投入再利用DCS计算机控制实现集中控制。这种分批投入运行的方式会增加投资费用。
3电缆敷设方式
随着热源厂建设规模越来越大,热力系统管道也越来越多、越来越粗,给电缆敷设造成许多困难。水泵间墙上水管道比较多,电缆沿桥架敷设非常容易与水管道撞车,给施工、运行及以后电气维护造成困难,宜采用电缆沿电缆沟敷设;锅炉间管道较少,宜采用电缆沿电缆桥架敷设方式;风机间两侧墙上管道较少,前后墙上管道较多,故风机间宜采用电缆沿电缆沟和电缆桥架相结合的敷设方式;上煤廊和除渣廊,均宜采用电缆沿电缆桥架敷设。建筑为钢结构的热源厂,柱跨度较大,大跨度电缆桥架也不容易固定,宜全部采用电缆沿电缆沟敷设。电缆桥架不宜选用槽式电缆桥架,虽然槽式电缆桥架美观、干净,但散热效果不好,施工安装也不方便。宜选用梯形电缆桥架,散热效果好,也便于施工安装。
现在冰库系统中使用的是机械式传感器来控制内部风机的运行与停止,由于冰库内湿度大,温度比较低,传感器结冰比较严重,就直接导致传感器动作部件锈蚀与损坏,风机不能正常工作。
1.2工作人员在管理中对设备的影响
由于冰库在管理中的特殊性,工作人员需要在冰库管理的过程中频繁出入,这样就加快了传感器机械部件和照明供电开关的磨损,如果不关灯又会造成灯具的损坏,对冰库管理和设备正常运行带来困难。
2改造方案
2.1风机系统改造方案
(1)自动控制:合上电源主开关QS,将转换开关S1、S2打至“自动”工作模式,AC220V主电源通过变压器T转变为AC24V控制电源,当冰库门处于关门状态时,电子感应开关SR受到感应,控制电源通过转换开关S1、电子感应开关闭合触点SR,使延时继电器线圈KT得电,延时闭合触点KT2、KT3延时闭合,给控制箱内的PLC一个风机运行的闭合信号,由PLC来控制主接触器得电动作,使冰库内风机运行;同时,延时断开(常闭)触点KT1延时断开,主接器KM失电,主触点KM失电复位,冰库内照明系统断电,照明熄灭。当管理人员进行冰库时,冰库门被打开,电子感应开关接收不到感应信号,触点SR断开,延时继电器KT失电,延时闭合触点KT2、KT3复位,断开风机运行信号,风机停止运行;同时,延时断开(常闭)触点KT1复位闭合,控制电源通过转换开关S2、延时断开(常闭)触点KT1,使主接触器KM得电,主触点KM闭合,照明系统得电,照明点亮。(2)手动控制:将转换开关S1、S2转至“手动”工作模式,合上电源主开关QS,AC220主电源通过变压器T转变为AC24V控制电源,在“手动”工作模式下,无论冰库门处于关门或开门状态,冰库内风机与照明的工作不受电子感应开关的控制,只能手动通过转换开关S1、S2来控制其运行与停止。
2.2保护功能
(1)在自动工作模式下,通过利用延时继电器KT得电延时动作的工作特性,防止了冰库开关门时造成电子感应开关误动作使得风机和照明频繁得电,有效的提高了设备的工作效率和使用寿命。(2)联锁保护:在自动工作模式下,当延时继电器KT得电时,控制风机工作的延时闭合触点KT2、KT3与串在照明控制回路中的延时断开(常闭)触点KT1形成联锁控制,防止了风机与照明的同时工作,有效的改善了设备的工作环境与使用寿命。
3改造可行性分析
3.1机械限位开关该船目前采用的是,按钮式限位开关是利用机械运动部件碰撞限位开关的推杆来控制其触点动作的开关电器,用来控制机械运动部件的行程和变换运动方向、速度及程序控制。按钮式限位开关主要推杆(1)、反力弹簧(2)、触头(3)或微动开关及外壳等部分组成。借助机械件上的撞块触动操作机构,推动微动开关,使触点闭合或断开。机械限位开关的优点:内部结构简单,价格低廉。机械限位开关的缺点:触点动作时需要通过外界运行部件碰撞来控制,受外界工作环境影响较大,推杆、弹簧及微动开关容易锈蚀磨损。
3.2电子式感应接近开关
功能简介电子式感应接近开关是一种金属感应的线性器件,接通电源后,在开关的咸应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应面时,金属中产生涡流面吸取了振荡器的能量,使振荡器输出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。性能指标表1设备性能指标数据用途与特点电子式感应接近开关不需要直接与物体接触进行动作,无机械动作部件,工作时不受灰尘等非金属因素的影响,并且低功耗、长寿命,可使用在各种恶劣条件下。
2教学方法
教学程序即课堂教学的组织方法,而教学方法即老师在上课过程中,所采取的具体的授课方式。我们改革了传统的教学方法,实施了教师与学生互动的交互性与灵活性的实践的教学方法,目的是突出学生在实践教学中的主体地位,调动其学习积极性,唤起学生对知识、能力的渴望与追求,具体的实施的教学方法如下:(l)理论与实践并轨教学法。即改革过去大班上课为小班上课,现在每个小班的人数为30人左右,把两个大班分成三个小班,把课堂搬进实验室,采用理论与实践并轨的教学法,使学生真正掌握这门课的精髓。通过几年的实践,效果明显。(2)分层递进式教学法。就是使学生由单元到系统,由简单到复杂,由浅入深、循循渐进地进行了实践教学。教师只提出设计要求,启发思路,学生自主设计,独立思考。(3)课外延伸式教学法。如果学生在课内时间没有按要求完成实践内容,必须在课余时间完成,才算整个课内实践内容完成,否则不能验收与签到。(4)巡回指导法。教师巡回指导,发现问题时,针对教学内容,具体问题具体分析,给予适时的启发与指导。(5)竞赛激励式教学法。在各个项目的实施过程当中,利用分组进行对比试验和竞赛,把比赛成绩作为单元考核的一部分,记入最终的学期总评成绩,目的是引导学生主动创新实践,激励学生勤于思考、勇于探索,团结协作。(队总结巩固法。根据各组任务的完成情况,分别归纳总结其注意事项,进一步提高学生对实际问题处理的方法和技巧。(7)层次分组法。教师将学生分组,按知识水平、操作技能将学生分为A、B、C三个层,然后组成2或3人为一组的协作小组,各组中分别包含A、B、C三个层的学生,这样可相互帮助,互相合作,集大家智慧去完成不同层次的任务。(8)层次指导法。即根据具体的项目任务的不同,老师指导学生的方法分为全指导法、半指导法和零指导法。全指导法即布置第一个项目任务的时候,即在任务的驱动下,由老师来启发、引导学生去完成任务,使学生明确了plc控制系统设计的步骤,学会了设计的过程。在下面的项目任务中,教师采取半指导法,学生尝试着独立来完成项目任务,其充分发挥了学生的主观能动性,使学生主动去触摸知识,探索知识,极大的调动了学习的积极性。在最后的项目研究报告中,采取零指导的方法,即整个项目任务包括项目决策、项目计划、项目的实施以及项目的最终检查等,全由学生通过小组讨论、交流来独立完成,其充分体现了教师为主导、学生为主体的原则,在实施过程中,完全体现了讲”、“做”、“练”一体化中学生的“做”和练的过程。
3教学手段
课程的教学要想获得最佳的教学效果,教学实施过程中还要辅以现代化的教学手段,在良好的教学程序设计下和恰当的教学方法的实施的前提下,再辅以现代化的教学手段来辅助教学,会使教学效果更上一层楼。本课程教学实施过程主要通过以下几个教学手段来实现:(l)多媒体课件的制作。采用信息技术教学手段,制作多媒体教学课件,以Flas的形式进行演示PLC系统的控制过程,图文并茂,提纲掣领,易于理解,有效地调动了学生的研究性和探索性学习的积极性。(2)数字化资源。我们自主开发了现代电气控制技术网络辅助教学平台,该网站包括教学指导、教学资源、课程标准、授课计划、教案、学习资源库、参考文献、授课录像等。可以和老师进行在线的交流与探讨,所有的教学资源可在网上浏览和下载,任何学生在任何时候、任何地方都能借助网络自主学习。(3)虚拟仿真教学。本课程在教学中采用了大量的虚拟仿真技术,利用三菱PLC仿真教学软件,学生可以在机房、宿舍、教室等地方进行三菱PLC指令的学习,加快了学习的进度,提高了学习的效率。(4)一体化实训室。我们把课堂建搬进实训室,利用实训室的多媒体教学设备、计算机网络教学资源和实验实训设备,使学生真正做到边学、边做、边练。(5)技能比赛。通过组织学生科技创新、维修电工大赛、PLC技术大赛、机电产品设计大赛等系列活动,丰富了学生课余生活,培养了学生的专业技能和创新能力。
4考核方案设计
模块化教学区别于传统的填鸭式教学的一个重要的特点就是完全废除传统的笔试考试模式,采取单元式评价与综合评价相结合的过程评价,建立了课程评价体系。《现代电气控制技术》课程以学习情境的工作任务为单元,从以「几个方面进行评价:(l)各个项目的完成情况。占学期总评成绩的25%,每个项目都有自己的评价标准,主要从系统的设计的态度、创新性、设计图纸、技术文件的整理等方面及操作的合理性、安全性、软件设计、安装工艺、调试、解决问题的能力、调试结果等方面进行考核。(2)平时成绩考核。占学期总评成绩的25ty0,通过课后作业、课堂讨论、课堂提问、课堂纪律的遵守情况及实训室规则遵守情况来考核。(3)项目研究报告完成情况考核。占学期总评成绩的20%,主要从书写是否认真、项目报告格式是否正确、是否独立完成、内容是否有错误等方面进行考核。(4)答辩。占学期总评成绩的30%,根据提交上来的研究报告,从回答内容是否准确、流利,有无错漏等方面考核。
很多有经验的编程者实际操作时,程序也不是信手沾来的。PLC虽然很多人按照国际管理已经称为PC了,但是其逻辑分析功能仍然是学习的主导。什么是逻辑?逻辑就是一种不能有错误的逐步推断。以下面两个实例分析程序设计要求和逻辑建立。很简单,程序是一种逻辑,算法。因此,逻辑需要也可以纸面建立,如下工步序号所示。
3程序的分块分段处理
所谓程序的分块、分段编辑和执行处理,就是我们在编辑程序的时候有意将程序分成一块一块的单独编辑后汇总;校验运行程序的时候我们也分段观察不同输入下的输出。S7-200系列PLC主要划分程序的方法是:(1)主子程序:适应比较大段的分块程序;(2)顺控程序:适应条件转换多,但是每块不大的程序设计;(3)跳转、FOR、NEXT等条件指令。本文仅论述顺控程序的一些潜在要求。所谓顺控程序,就是通过SCR和S位控制的块程序的开头,SCRE结尾,SCRT跳出的不宜太长的指令块。但是,S7-200系列PLC在使用时有一些潜在的要求需要使用者注意。(1)程序划块是以S0.0开头的,一旦进入某一块程序时,块外的程序仍在一个扫描周期内循环执行。(2)进入块后,跳出的唯一方式是将所有的S位置零。如果跳到一个并不存在的块内。如S31.7是空块,则除了系统重启没有返回PLC程序的其他方法了。(3)此外S指令顺控程序最需要注意的就是对于输出的控制。置位和复位指令是可以带出块的。而且复位指令的优先级高于普通的线圈输出。那么,在一个块内如果PLC程序使用了复位指令,下一个块内重新使该位上电就不能使用普通的线圈输出指令,而必须是置位指令。
通用化指的就是制定的线路设计方案,可以使生产机械设备加工不同性质对象。所以,在电气控制线路设计过程中,一定要尽可能选择满足设计要求,并且在实践活动中可以普遍运用的线路设计方案,进而符合生产机械设备、工艺等方面的要求,保证电气控制线路设计工作的有序完成。
1.2线路设计控制电路电源可靠性原则
电路电源是电气控制工程中确保机械设备正常运行的基础与前提,一定要予以高度重视。在进行线路设计的时候,一定要对配电方案、接地回路、线路布局等因素进行全面的考虑,确保电路电源负载处在标准范围以内。与此同时,一定要加强控制系统各电路的设置,避免其互相影响,并且,防止出现振蕴、电路过热等问题。除此之外,当线路控制非常简单的时候,可以选择电网电源;当生产机械设备自动化程度比较高的时候,可以选择直流电源。
2强化电气控制线路设计的策略
2.1尽可能减少连接导线
在设计电气控制线路的时候,设计人员一定要充分考虑各元器件的位置设定,尽可能减少配线连接导线。如图1(a)所示线路连接是不合理的,主要原因就是,一般按钮是安装在操作台上的,而接触器是安装在电气柜中的,也就是说,在设计控制线路的时候,需要从电气柜中二次引出连接导线,使其和操作台进行连接,所以,一般而言,均是将启动按钮和停止按钮进行直接相连,这样就可以减少一次引出连接导线。如图1(b)所示线路连接是合理的。
2.2确保连接电器的线圈正确
一般而言,电压线圈是禁止串联使用的,如图2(a)所示线路连接是不正确的,主要原因就是,其阻抗不相同,进而非常容易导致出现两个线圈电压分配不均衡的现象。尽管两个线圈型号一致,外加电压是其额定电压之和,那也线路也不可以进行这样的连接,因为不管是如何连接导线,所有电器动作总是存在着先后之分,而当其中一个接触器动作的时候,其线圈阻抗就会逐渐增加,进而造成该线圈的电压也随之增加,进而出现另一个接触器无法吸合的情况,出现线圈被烧坏的问题。如果是两个电感量相差较大的电器线圈,也是不可以进行并联的。如图2(b)所示的直流电磁铁YA、继电器KA并联,在此连接形式下,接通电源之后,能够进行正常运行,但是切断电源之后,就会因为电磁铁线圈电感量大于继电器线圈电感量,出现继电器电感量释放快的情况,但是电磁铁线圈产生的自感电动势就会致使继电器出现吸合现象,导致继电器出现误动作。如图2(c)所示线路连接是正确的。
2广数精密全电动注塑机的电气控制
2.1工作原理
广数精密全电动注塑机采用的是公司自主研究开发的GSK6000控制系统,该系统集注塑行业先进生产工艺控制方法之大成,实现高效、节能以及环保的三大注塑理念。广数精密全电动注塑机的工作原理是充分利用塑料热塑性,通过伺服电机控制塑料的加热融化及其流入模腔的速度,再经过保压及冷却阶段即可成型为形状各异的塑料制品。在加工产品的时候,首先计量加料,经过加热使原料熔融塑化,然后施加高压注射到合好的模具里面,再经过一段时间的保压和冷却后开模,最后顶出制品即可完成整个产品注塑成型的过程。
2.2伺服单元的特性要求
广数精密全电动注塑机的注射性能在非常大的程度上依赖于伺服控制系统精密、稳定的特性,要求伺服系统具备如下四方面特性。2.2.1精度高。为保证制品可以满足精密注射成型的要求,伺服控制系统必须具备高质量以及高稳定性,务求令射胶等动作具备非常高的精度。所以,不但要求伺服单元在位置控制方面定位精度高,而且要求在速度控制方面提供高精度调速。2.2.2响应快。为使结构复杂的制品注塑成型,常需进行多级注射。要确保执行机构根据预设要求严格切换成形参数,不但要求伺服控制系统定位精度高,同时也要求其具备快速响应的良好特性,能够很快地响应跟踪指令信号。2.2.3调速范围广。无论是注射过程还是锁模过程,执行机构都被要求在比较广的速度范围内运作。例如在驱动模板进行合模的过程中,为保护模具的安全,锁模机构需要从移模阶段的高速度切换到即将闭紧模具时的低速度,由此要求驱动锁模机构运行的伺服单元能够提供一个较广的调速范围,以实现最高转速与最低转速的转换。2.2.4低速转矩大。注塑机低速运转时要求进给伺服系统具备较大的转矩输出。为满足以上特性要求,广数精密全电动注塑机对伺服系统的执行元件———伺服电机也提出了相应的几点要求:(1)要求伺服电机在全部转速范围之内都可以平滑地运转,转矩的波动要小,特别是低速运转的时候仍然要保持平稳的速度且无爬行的现象;(2)要求伺服电机具备相应的过载能力,以满足系统低速以及大转矩两方面的特性要求;(3)要求伺服电机要有较小的转动惯量、较大的堵转转矩、尽量小的机电时间常数以及尽可能小的启动电压,以满足系统快速响应的特性要求;(4)要求伺服电机可以承受得起频繁的启动、制动以及反转。
2.3动作控制
为了获得高质量的注塑产品,广数精密全电动注塑机在注塑的过程中,使用伺服电机来实现对每个运动机构动作的顺序及过程控制,以确保注塑机能够依照工序要求完成制品生产流程。广数精密全电动注塑机的注射装置是实现塑化计量、注射以及保压补缩三项功能的关键部件,其结构设计和控制方式决定着制品的质量,能满足两个基本要求:一是在限定的时间里,提供设定数量、组分以及温度均匀的熔料;二是按照塑料性能以及制品的结构情况,提供适合的注射速度及注射压力,把熔料注入模腔。注塑的所有运动过程都是由广数精密全电动注塑机的六台伺服电机通过动作配合去驱动完成的。图3所示为其主要部件结构图。与注射螺杆同轴并且连接紧密的电机叫做射胶伺服电机,起到通过传功装置实现注射螺杆向前注射运动的作用。跟注射螺杆平行的电机叫做溶胶伺服电机,其作用主要是实现螺杆转动使粒状原料往前传送。用于平移整个射台的电机叫做射台移动伺服电机,由该电机驱动完成射台的往复运动。广数精密全电动注塑机以伺服电机作为驱动装置,其控制系统的硬件框架如图4所示,主要组成有人机界面、运动控制器、逻辑控制器、伺服驱动、温度控制单元以及传感器六大部分。工艺程序控制基于传感器的位置、温度、压力及速度等信息来进行,为达到高精密的注塑工艺建立了多个闭环环节。对于射出螺杆移动速度的控制,是将安装在伺服电机后的编码器信号作为输入的信号,相比于在控制器内设定速度指令来说实现了半闭环控制。对于射出压力的控制,是通过测定螺杆后的压力传感器信息来形成射出压力的全闭环控制。而对于超低速位置的控制,则是以光栅尺去实现闭环的控制。广数精密全电动注塑机动作控制系统的关键在于温度、压力等传感器信号的高速处理。工艺程序控制装置以及伺服电机驱动系统之间采用的是数字接口,两者间只互相传递数字信号,抗干扰能力特别强、因此能够实现高精度、微细量的稳定控制。
2影响电气工程质量的因素
首先,影响电气工程质量的因素有很多。电气工程是一项复杂而且综合的工程项目,涉及了很多知识技术,例如原材料的选购以及比例调配也会对质量产生影响,参与电气工程的工作人员很多,他们的素质和施工技能也会对质量控制产生影响;一项电气工程需要很长的施工时间,工程的周期和进度安排也对质量控制产生影响;此外,施工工艺、工序、设备、施工地区的气候条件也会对质量控制产生影响,这些都充分表明影响质量控制的因素有很多。其次,施工时工程质量一般是不可控的。有很多因素影响工程质量,比如原料、设备、气候、施工周期等,而这些因素是不断变化的,不同原材料质量存在着差别,设备工作状态会发生转变,气候条件也在随时变化,工作人员的工作状态有好有坏等等。但同时,电气工程设计中需要考虑到电气安全距离,像这类直接涉及人员生命安全的施工要素在工作中必须严格把关,不能因其他方面的改变就随意更改。这需要我们随时关注工程建设施工的细节,对一系列重要参数做到严谨。电气工程不同于其他工程,其涵盖了土建、电力、线路走廊等多方面工程要素。电气工程在建成后,还要随着电力调度的要求进行调整,而不是像桥梁、公路等市政工程一样一成不变。因此,影响电气工程质量的因素还包括工程后期的电力输送计划、输电线路走廊的地理条件、电网事故处理等一系列需要在设计阶段就要考虑到的问题,这些问题的处理态度直接决定了电网的安全稳定运行。
3电气工程质量控制需要注意的问题
电气工程在质量控制方面涉及到了很多内容,而影响电气工程质量的因素很多。因此,在电气工程质量控制中要注意要点问题,降低质量控制的误差,提高电气工程的质量。合理协调质量控制和进度控制的关系。在电气工程质量控制中经常会出现质量控制和进度控制的矛盾。如过分重视质量就会减慢施工进度,如过分重视电气工程施工进度就会降低施工质量。因此,电气工程的实际施工中需要协调好两者关系,同时确保施工质量和施工进度。目前我国工程施工中常常容易出现赶工期、保进度等揠苗助长的现象,虽然最终工程也能通过质量验收,但是为后续进度埋下了质量隐患。一般电气工程中常见的变电站、换流站等工程,常常还含有附属接地极工程,接地极工程施工质量的优劣直接决定了当地的地震、水利状态,同时也影响埋地管线如通信、供水、石油等其他行业的安全。对于此类与其他行业互相交叉的工程,保证施工质量在一定程度上要优于施工进度。协调好质量控制和成本控制的关系。在电气工程的质量控制中也要处理好质量控制和成本控制的关系。首先,要控制电气工程的质量,就要检查工程中的每一项,确保每一项合格之后才能获得签证,承包商在获得签证之后才能取得建设方需要支付的款项。然后加强控制电气工程质量,就要提高施工技术,提高建筑材料的质量,这样就会增加成本。因此,在对电气工程进行质量控制时,要和建设方协调好,确保较高的施工技术和建筑材料质量,并确保成本不会过分提高。容量控制与冗余核算是电气工程质量控制时尤其要注意的方面。由于工程内电气设备均有限压限流等技术要求,电气设备有着自身故有的容量限制,在限制被突破后还需要一定的冗余来维持电网稳定。因此,在质量控制中如何有效的协调好基础容量与冗余容量的关系,做到既能保证有足够冗余又能不浪费冗余,合理又合算,是当前电气工程质量控制中亟待解决的问题。工程技术人员在对电气施工图纸进行设计时,首先要考虑其是否适合业务的使用需求,同时还应该确保有关建筑设备能在正常供电、通讯的基础上,与国家目前的设计规范、环保部门所制定的标准等相符。设计图中的各个站房、电系统等,都应作为审查的重要对象。工程技术人员应该协同设计方,共同修订和完善图纸,使其在满足用户所需使用功能的基础上,与当地主管部门及质量标准相适应。设计方对有关电气施工图进行修改和完善后,项目经理还要组织专业协调会审,对有关专业中的错误以及漏洞采取措施,确保施工顺利进行。
当今世界上的汽车发动机工作过程基本上都由四个冲程组成,即进气、压缩、膨胀和排气。利用燃料和空气的混合气在气缸内燃烧产生的高温高压气体的膨胀,发动机借助于曲柄连杆机构通过曲轴对外输出扭矩而作功。发动机按照所用燃料可分成汽油机、柴油机和燃气发动机;按照点火方式可分成点燃式和压燃式;汽油机按照空气和燃油的比例可分成理论当量燃烧和稀薄燃烧;按照汽油喷射地点可分成中央喷射、进气口喷射和缸内喷射。
发动机的各个部分按其功能可分成燃油供应系统、进气排气系统、点火系统、曲柄连杆传动机构、系统、冷却系统和辅助系统如发电机、起动机、空调压缩机和各种泵等。
发动机工况可分成冷起动、起动后、暖机、怠速、部分负荷、全负荷、加速、减速和倒拖滑行等。这些工况主要根据负荷与转速,结合发动机温度(即冷却液温度)来区分。
2)电子控制在发动机中的重要意义
汽车电子控制始于发动机电子控制。电子控制之于1957年引入发动机以及于1967年商品化,其初衷是为了满足越来越严格的排放法规要求,同时提高汽车的动力性、燃油经济性和舒适性。现代汽车和发动机技术离开了电子控制是不可思议的。电子产品的产值在整个汽车中所占的比例随着汽车级别的提升而升高,可达30以上。
3)发动机电子控制的核心问题
汽油机电子控制的核心问题是燃油定量和点火定时。柴油机电子控制的核心问题是燃油定量和喷油定时。
2.汽车和发动机电子控制系统的组成
汽车和发动机电子控制系统跟其它电子控制系统一样,也是由传感器、电子控制单元(ECU)和执行器组成。
1)传感器
(1)目前汽油机电子控制系统常用的传感器有:
l进气岐管绝对压力传感器(提供进气岐管绝对压力信息供计算负荷等)
l燃油压力传感器(提供油轨燃油压力信息)
l燃油箱压力传感器(提供燃油箱压力信息)
l机油压力传感器(提供机油压力信息)
l冷却液温度传感器提供(提供发动机温度信息)
l进气温度传感器(提供进气温度信息供计算空气密度等)
l空调蒸发器温度传感器(提供空调蒸发器温度信息)
l空调冷凝器温度传感器(提供空调冷凝器温度信息)
l空气流量传感器(提供空气流量信息供计算负荷等)
l节气门位置传感器(提供负荷信息、负荷范围信息、加速减速信息)
l油门踏板位置传感器(提供负荷信息、负荷范围信息、加速减速信息等)
l霍尔传感器(提供转速信息、曲轴位置和相位信息)
l感应式转速传感器(提供转速信息和曲轴位置信息)
l燃油箱液面位置传感器(提供燃油箱液面位置信息)
l爆震传感器(提供发动机机体接收到的振动信息)
l排气再循环阀阀杆位移传感器(提供排气再循环阀开度信息)
l氧传感器(提供过量空气系数l是大于1还是小于1的信息)
(2)目前柴油机电子控制系统常用的传感器有:
l增压压力传感器(提供增压压力信息)
l燃油压力传感器(提供共轨燃油压力信息)
l机油压力传感器(提供机油压力信息)
l冷却液温度传感器(提供发动机温度信息)
l燃油温度传感器(提供燃油温度信息)
l进气温度传感器(提供进气温度信息)
l排气温度传感器(提供排气口和排气管的温度信息)
l空调蒸发器温度传感器(提供空调蒸发器温度信息)
l空调冷凝器温度传感器(提供空调冷凝器温度信息)
l空气流量传感器(提供空气流量信息)
l节气门位置传感器(提供节气门位置信息用于排气再循环控制)
l转角传感器(提供分配泵轴转角信息)
l油门踏板位置传感器(提供负荷信息、负荷范围信息、加速减速信息)
l霍尔传感器(提供转速和曲轴相位信息)
l海拔高度传感器(提供海拔高度信息)
l车速传感器(提供车速信息)
l感应式转速传感器(提供转速信息和曲轴位置信息)
l燃油箱液面位置传感器(提供燃油箱液面位置信息)
l排气再循环阀阀杆位移传感器(提供排气再循环阀开度信息)
l氧传感器(提供过量空气系数l的具体数值)
l压差传感器(提供微粒物捕集器的压差信息)
lNOX传感器(提供排气后处理系统的NOX浓度信息)
2)电子控制单元
电子控制单元(ECU)接受传感器提供的各种信息并加以处理,根据处理向执行器发出指令给,对发动机实施控制。电子控制单元由微型计算机和模拟电路组成。随着发动机技术的不断发展,电子控制单元的信息处理量越来越大,现在所用的芯片已经达到32位,晶体管数量可超过700万个,匹配参数可超过6000个,针脚数目可超过150个。
3)执行器
(1)目前汽油机电子控制系统常用的执行器有:
l电动燃油泵
l电磁喷油器
l点火线圈
l各种怠速执行器
l炭罐控制阀
l排气再循环控制阀
l电动节气门(又称电子油门)
l液压回路电磁阀(用于可变气门定时控制等)
l气动回路电磁阀(用于可变进气管长度控制等)
l全可变气门电子控制执行器
l涡轮增压废气放空控制阀
l电动二次空气泵
l三效催化转化器加热执行元件
l冷却风扇
l空调压缩机电磁离合器
l发动机上的其他辅助设备
(2)目前柴油机电子控制系统常用的执行器有:
l电动输油泵
l各种燃油喷射泵
l喷油量执行器(集成于燃油喷射泵内)
l喷油提前角执行器(集成于燃油喷射泵内)
l燃油切断阀(集成于燃油喷射泵内)
l共轨高压泵
l共轨压力控制阀
l各种共轨喷油器
l单元喷嘴系统和单元泵系统的高压燃油电磁阀
l炽热塞
l排气再循环控制阀
l电动节气门(又称电子油门)
l可变气门控制执行器
l可变进气管长度执行器
l涡轮增压废气放空控制阀
l冷却风扇
l空调压缩机电磁离合器
l发动机上的其他辅助设备
一部分柴油机传感器和执行器集成于燃油喷射设备之内,因所用的柴油喷射设备而异。
3.汽油机基本的电子控制项目
1)燃油定量。这是汽油机最重要的电子控制项目。控制对象是进入发动机的空气与燃油的质量比例,由ECU根据发动机的负荷、转速和冷却液温度等参数决定。负荷就是驾车人对发动机的扭矩要求,通过吸入空气量或油门踏板位置传递给ECU。执行器是电动燃油泵和电磁喷油器。燃油定量影响汽车的动力性、燃油经济性、舒适性、排放和零部件的安全。
2)点火定时。点火定时通常用点火发生时活塞在压缩冲程上止点之前多少度曲轴转角,即点火提前角来表征,也要根据发动机的负荷、转速和冷却液温度等工况参数决定。执行器是点火线圈。点火定时同样影响汽车的动力性、燃油经济性、舒适性、排放和零部件的安全。
3)爆震控制。汽油机爆震会损坏发动机,恶化排放和燃油经济性。通过电子控制避免爆震的主要途径是减小点火提前角。所以爆震控制通过点火定时控制实施。但是过小的点火提前角会影响燃油经济性。爆震控制的目的就是使点火提前角保持在恰好不发生爆震的临界点。
4)油箱蒸发排放物控制。油箱蒸发排放物都是碳氢化合物,是有害物质,必须利用活性炭罐加以吸附,并在适当的时候用新鲜空气清洗活性炭罐。清洗气流通过进气管送入气缸燃烧。并不是任何工况下都可以进行清洗,所以要利用炭罐控制阀对清洗气流加以控制。
4.柴油机基本的电子控制项目
柴油机基本的电子控制项目就是燃油定量和喷油定时。这两者都由喷射设备根据转速、负荷和冷却液温度等信息控制。这里,负荷信息由油门踏板传感器提供。如果说汽油机可以采用,也可以不采用油门踏板位置传感器的话,那么柴油机必须采用。
5.扩展的发动机电子控制项目
1)扩展的汽油机电子控制项目
l可变进气管长度电子控制。用于提高发动机动力性。
l可变气门电子控制。用于提高发动机动力性、经济性和舒适性,降低有害物质排放。
l增压压力电子控制。用于提高发动机动力性和经济性,降低有害物质排放。
l排气再循环电子控制。用于降低发动机氮氧化物排放。
l二次空气电子控制。用于满足欧4以上法规对碳氢化合物和一氧化碳排放的要求。
l三效催化转化器燃油加热或电加热电子控制。用于满足欧4以上法规对排放的要求。
l停车-起动运行电子控制。用于提高发动机经济性和满足欧4以上法规对排放的要求。
l气缸封闭和气门封闭电子控制。用于提高发动机经济性,降低有害物质排放。
l喷油压力和喷油定时控制。用于汽油直喷,提高动力性和经济性,降低有害物质排放。
2)扩展的柴油机电子控制项目
l喷油压力电子控制。用于提高发动机动力性和经济性,降低有害物质排放。
l喷油规律电子控制。用于提高发动机动力性和经济性,降低有害物质和噪声排放。
l多次喷油电子控制。用于提高发动机动力性和经济性,降低有害物质和噪声排放。
l可变进气管长度电子控制。用于提高发动机动力性。
l可变气门电子控制。用于提高发动机动力性、经济性和舒适性,降低有害物质排放。
l增压压力电子控制。用于提高发动机动力性和经济性,降低有害物质排放。
l排气再循环电子控制。用于降低发动机氮氧化物排放。
l停车-起动运行电子控制。用于提高发动机经济性和满足欧4以上法规对排放的要求。
l气缸封闭和气门封闭电子控制。用于提高发动机经济性,降低有害物质排放。
l微粒物捕集器再生电子控制。用于降低发动机微粒物排放。
6.展望和结语
1)发动机电子控制系统是一个非常有潜力的市场。随着排放法规的逐步趋严和燃油经济性要求的逐步提高,发动机技术正在飞速发展,新的电子控制技术还在不断涌现。