时间：2023-06-02 09:02:25
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关键词：继电保护 发展一体化 人工智能化
1 继电保护发展现状
建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约l0年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。到9O年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面某电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用。
2继电保护的未来发展
2．1计算机化
随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。某电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU 结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。
某电力自动化研究院一开始就研制了l6化CPU为基础的微机线路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统。某大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。某大学一开始即研制以l6位多CPU为基础的微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置，目前已与某电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型汁算机。采用32位微机芯片并非只着眼干精度，因为精度受A／D转换器分辨率的限制，趟过1 6位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口.CPU的寄存器、数据总线、地址总线足32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在CPU内。
电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。现在，同微机保护装大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。某大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这种装置的优点有：(1)具有486PC机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。(3)采用sTD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。
2．2 网络化
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。
对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。
对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成使母线整个被切除的恶性事故，这对于象某电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。
由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。
2．3保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护，控制、测量、数据通信一体化。
目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OTA)和光电压互感器(OTV)已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用0TA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA 和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。
2．4智能化
近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。
【关键词】机电一体化；综合采煤设备；现状；应用情况；相关技术
引言
从80年代开始，西方发达国家就已经研究和推广了机电一体化在综合采煤设备中的使用，这些国家以微电子技术为前提，以计算机先进技术为核心，大量运用自动化技术推动机电一体化技术在综合采煤机械设备中的广泛应用，大力发展了本国的煤炭工业。此外，这些发达国家在设备运行方面，设备的全自动化监控水平也在逐渐完善。但是就我国目前形势来看，我国煤炭企业机电一体化技术和西方发达国家还存在一定的差距。因此，加大对综合采煤机械设备机电一体化的研究力度有着重要的意义。本文针对我国现阶段机电一体化在综合采煤设备中的应用情况进行研究分析，探讨改进综合采煤机械设备的相关技术，为我国煤炭企业加大机电一体化技术在综合采煤设备中的应用提供参考资料。
一、我国综合采煤设备机电一体化的现状
我国煤炭行业有一定程度的发展，尤其是近几年煤炭的产量出现了大幅度的提高。随着科技的飞速发展，国家综合采煤设备的技术水平也得到了提升，国产采煤设备比重逐年呈高速上涨趋势。为了进一步满足煤矿行业的高效高产要求，综合采煤设备应用计算机技术与微电子技术能够整体提升采煤设备的技术水平、工作效率与易维护性能。
虽然我国综合采煤设备机电一体化技术有了一定程度的发展，但是和国际先进煤炭企业还存在较大的差距。我国国家科研院和厂商合作研制出了交流型电牵引综合采煤机，但是其中的电气关键技术还是从国外引进过来的。此外，重型工作面刮板的运输设备等还处于研究状态，微机控制软启动系统并不具有综合采煤设备工况的故障检测功能。总之，我国综合采煤设备机电一体化还处于起步极端[1]。
二、机电一体化技术在综合采煤设备中的应用情况
为进一步提高煤矿生产的工作效率和安全性，我国一些煤矿企业不断对综合采煤设备的进行技术的改进。采煤机采用电力电子技术和微电子技术从液压牵引转变为直流型电牵引，提高了牵引的速度，也克服了液压部件难以避免的技术缺点。随着科学技术的进一步发展，交流变频型电牵引系统逐渐取代直流型电牵引系统，使得采煤机采煤速度得到了大大的提升，采煤机的可靠性和工作效率也得到了提升。此外，随着微电子技术和信息科技的发展和应用，采煤机的监控系统得到了改善，提高了综合采煤设备的自动化技术水平。使得综合采煤设备具备了：自动管理、监控工况、诊断故障、采集和整理数据、人机对话、故障报警等功能。
机电一体化技术在综合采煤设备中也得到了广泛的应用，提高了设备的性能和功效。机电一体化技术在综合采煤设备中的应用体现在：增强了一些自动化操作的功能与自动化调节的功能，使得采煤设备的可靠性能得到提高。利用自动化诊断和停电措施等先进技术后，改善了综合采煤设备的操作性能，具备了不同程度的自动化监控功能、自适应能力和智能化等；使得设备结构更加简单化。因为交流型机电利用的是微机控制，使其具备了直流电机的调速功能，还具备了结构简单、可靠性高、机械光量小、工作效率高等特征。生产综合采煤设备方式朝着柔性化和自动化的方向发展和改进。电子技术的大量应用，使得综合采煤设备的检测盒控制水平得到了提升，提高了自动化的程度、诊断设备故障的能力和监控检测水平[2]。
三、综合采煤设备的改进和相关技术的探讨
（一）综合采煤设备的改进
综合采煤设备具备重型化、强功能化、大功率化、高性能化等特征。而高效高产的综合采煤设备技术将会朝着大功率采煤机、交流型电牵引、智能化监控检测、强功能化和软启动的运输机、高操作阻力和电液控制的液压支架等方面改进[3]。
（二）相关技术的探讨
（1）检测传感器
对检测传感器的研究包括电流电压、功率测定、电机温度、油液压力、油液温度、液位高度、牵引速度、电液阀等主要方面，但是还是存在着不同程度的问题。企业需要加大对核心部件的研制力度，例如：采煤机机身的倾角、摆臂角、牵引速度、牵引力、移动方向、煤矿和岩石的分离等。此外，煤矿企业需要进一步提高设备传感器的结构性能、测量的精度与测量可靠性。
（2）监控装置
在研究检测传感器的同时，企业也要加大对综合采煤设备的控制性能和维护能力的研究力度、检测各种工况参数的不同，在通过微电子计算机处理和运算后，需要按照预设动作值进行相应的维护动作。此外，当机组出现故障时，结合井下工作的实际情况，依靠光和声发出警示信号，显示故障的具体部位和故障的性质，对于这些过程的完成需要利用微机控制。
利用微机软件系统具备运算简便、灵活性强等特征，且对综合采煤设备实行智能化和自动化功率管理。企业需要进一步研究对采煤机摆臂的自动化调高控制技术。
（3）监控工况与故障诊断
采用计算机技术和微电子技术诊断采煤设备是否存在故障，保障采煤设备能够进行自动化诊断和自适应。对监控工况与故障诊断的研究主要包括：综合采煤设备的故障诊断装置、采煤机的综合工况监控装置、采煤机故障诊断系统、刮板运输设备的故障诊断等内容[4]。
四、结语
随着科技的进步和机电一体化技术的发展，以微电子技术、计算机技术、电力电子技术为核心，并具备多种传感设备的监控检测与故障诊断设备成了先进综合采煤设备的特征。企业要加大机电一体化技术在综合采煤中的应用力度。
参考文献：
[1]刘丹阳，李齐森，孙振华. 刍议机电一体化技术在综合采煤设备中的应用 [J].天津商学院学报，2011，10（03）：121-145.
[2]王云霞，赵永良.试论机电一体化技术在综合采煤设备中的应用 [J].黑龙江科技信息，2010，22（09）：112-130.
（新疆焦煤（集团）有限公司设备工程部新疆乌鲁木齐830025）
摘要本文从机电一体化技术在综合采煤设备中的现状出发，简要探讨了机电一体化对于采煤的重要性，并分析采煤设备机电一体化在煤矿中的应用和发展，以期能为所需者提供借鉴。
关键词 综合采煤设备 机电一体化 应用
随着我国经济的不断发展，对能源的需求越来越旺盛，由此也带动了采煤设备技术的快速发展。同时，机电一体化技术在综合采煤设备中有了更为广泛的运用，其在煤矿生产中的地位也越来越高。采煤设备作为一种较为专用的机械，其所使用的环境较为恶劣，产品自动化技术要求较高。研究、运用综合采煤设备机电一体化技术，让采煤机电产品具有机械与电子技术相结合的整体优势，进而更好地提升煤矿生产安全和生产的效益。
一、机电一体化技术发展现状
机电一体技术及相应的产品是从上世纪的70 年代末开始在煤矿生产中有了应用，80 年代之后，发达国家对于采煤设备的研制、开发有了长足进步，设备更加的趋向于自动化和大型化，其可靠性和使用寿命都有了更好的提升，体现出机电一体化技术未来的发展趋势。我国在全国“十二五”期间要实现大型煤矿采掘机械化程度达到95％以上，中型煤矿达到80％以上，小型煤矿机械化、半机械化程度也达到40％。
但是，相比较国外的先进设备，我国对于采煤设备的机电一体化技术还处在较为初级的阶段。对于近年来的综采设备机电一体化除了引进，也进行着国产化的尝试。通过科研院所制造的交流电牵引采煤机，其中电气关键部分变频器由国外引进，部分电控设备采用引进技术。电液控制的液压支架国内均处于试验阶段。重型工作面刮板运输机微机控制的软启动系统也处于研制和试验中，不具备综采设备工况监测和故障诊断系统。
二、机电一体化技术对煤矿生产的重要性
综合煤矿机电一体化技术，可以让电子技术、机械以及液压控制技术等进行有机地结合，从而很好的提升煤矿机械的各种性能。目前，以微机或微处理器为核心的电子(微电脑)控制装置(系统)在煤矿机械中的应用已很普及，电子控制技术已深入到煤矿机械的许多领域，如提采煤机的变频控制系统和提升机PLC系统操作，煤矿机械的在线状态监控与故障自诊、故障报警等。
煤矿机械的性能随着科学技术的不断发展也有着更高的要求，电子(微机)控制装置在煤矿机械上的应用将更加广泛，结构将更加复杂、维护也将更加专业化。采煤设备机电一体化不但涉及煤矿生产安全，而且对煤矿影响巨大。随着我国进口及国产煤矿机械数量的逐年增加，应用和管理好这些价格昂贵的煤矿机械，使其发挥出最大的经济效益和社会效益，将成为煤矿机电部门的重要使命。
三、机电一体化技术的应用
1.提高员工使用机电一体化的水平。随着采煤设备机电一体化的不断发展，电子(微电脑)控制系统在煤矿机械中所占的比重越来越大，其功能将会越来越强，应用范围也将越来越广，但其复杂程度也相应提高。在煤矿生产中，采煤设备的自动化程度，不但影响着生产安全，也影响到供电、排水、通风、提升等设备的安全。煤矿机械电气与电子控制系统部分质量的好坏与性能的优劣又直接影响到机械的动力性、经济性、可靠性从而影响施工质量、生产效率及使用寿命等。为了合理有效利用好这些设备，使其发挥出较好的效益，必须对使用与维修维护这些设备的煤矿工作人员进行相关的培训，提高他们的管理、使用和维护水平。
2.提高采煤设备的自动化或半自动化程度。煤矿机械实现自动化或半自动化控制，可以减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，并减少因操作者的经验不足对作业精度的影响。如冀中能源黄沙矿2009 年投入使用的一整套薄煤综采设备由我国北京天地玛坷电液控制系统有限公司与德国MARCO 公司合作生产的PM31 型液压支架电液控制系统，就是微电脑控制，只要在支架操作控制器上输入程序，支架使会自动连续动作也可实现远程控制和工作面无人操作。
3.节能降耗，提高生产效率。在煤矿生产中使用机电一体化采煤设备，随着自动化程度的提高，降低了人工使用数量，提高了采煤产量，从而为煤矿生产企业节能降耗，提高了生产效率。如井下使用的胶带输送机、通风机、提升机等，使用变频起动、PLC 控制系统，节电量就为30％左右，同时生产效率也大大提高。
4.在线监控、自动报警及故障自诊。煤矿生产中使用机电一体化采煤设备，实现了对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控，出现故障能动报警并准确地指出故障的部位从而改善操作员的工作条件，提高机器的工作效率，简化设备维护检查工作，降低使用维修费用，缩短停机维修时间，延长设备的使用寿命。如采煤机上变频器就采用PLC 控制，可实现多种在线监控和故障自诊，还有煤矿用各种电器设备也越来越智能化。
5.其他应用。对于不少在国外生产的采煤机、输送机、综掘机等都使用了电子(微电脑)控制的自动变速器，其可以很好的依照外负荷的变化情况自动改变传动系的传动比，进而能更好地改变功率，其充分地利用了电动机功率，更好地提高了能耗经济性，同时还简化了操作，让劳动强度得到降低，提高了设备的安全性能，提高作业人员操作的安全性。目前，我国在综合机械化采煤机上采用电子(微电脑)控制，可实现无人操作，使机械能在危险地带或人无法接近的地点进行作业，也配备了无线遥控装置，可远程遥控也可微电脑编程控制。
四、结束语
机电一体化在煤矿采煤设备中越来越重要，煤矿企业应提高相关员工的使用维护和应用水平，加强采煤设备管理，结合煤矿生产情况，对设备进行相关的研究和改良，提升机电一体化采煤设备的各种功能，从而实现煤矿安全生产，提高煤矿综合效益。
参考文献
一、机电一体化的产生与应用
我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用。取得了一定成果，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。
二、机电一体化的发展现状
机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
关键词：机电一体化 机械制造 应用现状发展趋势
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
二、机械制造技术的发展
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体。机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
三、机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：
(1).20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。
由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
(2).20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。
(3).20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。 转贴于 中国论文下载中心
四、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
1.智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。
2.模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情
3.网络化
网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
4.微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。
5.环保化
【关键词】机电一体化 应用 发展趋势
一、机电一体化的产生与应用
20世纪60年代以来，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能，刺激了机械产品与电子技术的结合。计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。20世纪80年代末期，各国均开始对机电一体化技术给以很大的关注。20世纪90年代后期，机电一体化技术向智能化方向迈进。目前，机电一体化已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。
二、机电一体化的发展现状
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，在这一时期，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。但当时电子技术的发展尚未达到一定水平，C械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪70年代～80年代为第二阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中展露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，更为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用也做了大量的工作，虽然取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
三、机电一体化的发展趋势
（一）智能化趋势。智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、计算机科学、模糊数学、生理学和混沌动力学等新思想，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力。
（二）模块化趋势。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。不过这样可利用标准单元迅速开发出新产品，也可以扩大生产规模，制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。
（三）人性化。机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受。
（四）网络化趋势。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产等领域都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，因此机电一体化产品朝着网络化方向发展是为大势所趋。
（五）微型化趋势。微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微型化产品泛指几何尺寸不超过1cm的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，具有不可比拟的优势。
（六）绿色化趋势。科技的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的问题。绿色产品概念在这种情况下应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求。
（七）带源化。是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
四、典型机电一体化产品的发展
目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320万台），但数控机床只占约5%且大多数是普通数控（发达国家数控机床占10%）。近些年来数控机床为适应加工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。
（1）高速化。由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移动速度由过去的10～20m/min提高到120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可达15G；
（2）高精度化。数控机床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0005mm左右；纳米级机床达到0.005～0.01um；最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已问世。
（3）复合加工，新结构机床大量出现，如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各种新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等。
结束语：综上所述， 经过20多年的发展，机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一，并影响到几乎全部的工业行业。我国从80年代初对机电一体化技术和产品开始予以重视，先后在国家科技攻关计划、863高科技计划和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以研究，并取得了一系列重大科技成果。1990年，国家将用电子技术改造传统产业列为“八五”及本世纪后十年发展全民经济的重要战略技术措施，机电一体化技术的推广应用已取得相当进展。
参考文献：
[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004.
关键词：机电一体化 机械系统 设计
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0029-01
机电一体化机械系统是利用计算机来完成机械设计和研究的过程。是对传统机电工业的改革和创新，拥有很大的发展前景。因为机械系统是一个系统，是由各个机电部件组成，所以每一个部分都要做到精细，互相协调配合而达到系统的高效科学。
1 机电一体化机械系统的相关概念
机电一体化系统是由多个信息处理系统共同协调配合所组成的，所以对信息的处理和反应非常之快，因为系统存在多个分支。机电一体化的机械系统与传统的机械系统相比有很大差别，传统的机械系统没有计算机的控制部分，而机电一体化机械系统就是以计算机为中心枢纽，组织机械进行生产开发和运转。现代的机电一体化系统就是利用仿生技术、微电子技术实现系统的智能化和快速应变能力，是现代高科技手段在机械制造行业的推广和应用，具有非常大的市场价值。
2 机电一体化机械系统的设计原则
2.1 高精度
机电一体化产品最重要的特点以及设计的基本原则就是高精度。只有机电产品的精度符合设计要求，才能把自身的优势更好的应用在生产中。如果机电一体化的机械系统不够精确，会造成机电产品不合格的情况发生。机电一体化产品的零部件尺寸是否达到标准尺寸是判断机电一体化产品精度是否合格的重要评判标准。
2.2 智能化
机电产品的智能化又称快速反应性是机电一体化机械系统的主要特征，它可以自由的应对突发状况并减少反应时间，哪怕是临时修改设计内容，因为机电一体化的机械系统的各个部分是独立工作的，所以不会因为一个子系统发生故障而导致整个系统无法运行。从系统接收信息指令的那一刻开始，智能化系统就以非常快的速度向机械的各个部分传达并工作。
2.3 稳定性好
机械系统的稳定性可以有效增加其使用寿命和效率，稳定性好的产品性能参数就高，稳定性差的产品性能参数就低，所以保证稳定性非常重要。因为一个机械系统的子系统非常之多，所以要保证系统的稳定性，就要降低机械振动的频率和摩擦系数，再三确认零部件的尺寸选择，整体上向着小型化和轻量化的方向发展。
3 机电一体化机械系统的设计步骤
3.1 动力元件的设计
动力元件传统机械系统的重要组成成分，机电一体化的机械系统动力元件是由计算机信息网络协调与控制的，为各种机械传导部位提供动力和支持。动力元件主要包括发电机等可以提供动力的机电设备，随着科技的发展，机电一体化机械系统的动力元件将更加智能化和自动化，不需要浪费人力资源。
3.2 传动元件的设计
传动元件在机电一体化机械系统中起着传导的作用，它将计算机的命令信号翻译成机器可以读懂的语言，指导其进一步工作。传动元件包括两个方面：传动机和转矩与转速的变换器。传动机的精度较高，体积小、重量轻、噪音低，还可以满足机械系统的伺服性能，是稳定性非常好的传动元件。
3.3 机械系统的性能分析
机械系统的性能分析是动态特征与静态特征的总和，通过建立数学模型、数学表达式来真实反映机械系统的性能。设计系统各个部件运动参数、关系和结构，确定零件的精确度、材料和结构。选择其他部件、原件，配置系统阻尼等等都隶属于机械系统的性能。这些机械系统的性能决定着机械产品的功能质量参数，机械性能好的产品使用寿命长，产品质量好，灵敏度高、机械的耐磨损状况良好，可长期使用。
4 机电一体化机械系统的改进措施
4.1 改良设计思想
要积极改良机电一体化的设计思想，随着时代的进步而不断进步，努力学习国外先进的机械生产技术，在实现“机械化”和“电子化”的有机结合之后，进一步实现自动化，减少人力资源的浪费，实现经济效益的最大化。设计方案主要是由全部设计人员进行策划和实施的，所以设计人员的才能和设计理念会很大程度上影响机电一体化的设计和应用。
4.2 加大经费投入
真正实现经济效益的最大化，最基本要做的就是加大经费投入，不论是科研经费还是后期的维修经费都要持续不断的供给。可能从表面上来看，实现机电一体化的过程需要庞大的资金和各种各样先进的技术，但是一旦实现了机电一体化机械系统，所节省的人力，创造的财富都是无法衡量的。
5 结语
无论是现在还是将来，机械自动化都将成为行业发展的大趋势，机械的智能化将会成为行业的最终选择，本研究分析了机电一体化机械系统的基本含义、设计和应用的基本原则、系统设计的基本步骤等基础的设计和应用，并且提出了加大经费投入和改良设计思想等措施来提高机电一体化机械系统的设计和应用，希望可以为机械行业的发展建言献策，为祖国的未来添砖加瓦。
参考文献
关键词：电动机阀门 继电器保护 机电一体化技术总结
1 机电一体化技术发展历程及其趋向
机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。
1.1 机电一体化技术发展历程
1.数控机床的问世，写下了"机电一体化"历史的第一页；
2.微电子技术为"机电一体化''带来勃勃生气；
3.可编程序控制器、"电力电子"等的发展为"机电一体化"提供了坚强基础；
4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使"机电一体化"跃上新台阶.
1.2 机电一体化发展趋向
1 数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
2智能化
即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。
3 模块化
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。
2、机电一体化技术的主要应用领域
2.1数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。 开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。
能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
2.2计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
3 机电一体化中继电器保护的现状与发展
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。
建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术[1]，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
机电一体化的发展历程见证了人类走向了高科技的时代，机电一体化化的发展趋势见证了人类对于高智能化的向往。
4 结语
机电一体化不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。在走向高智能化的时代步伐下，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。
参考文献：
[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004；
[2]李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社，2003；
[3]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社，2004；
[4]王中杰，余章雄，柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化，2006；
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