《工业互联网预测性维护》高职全套教学课件

伺服电机全套可编辑PPT课件01伺服电机定义03交流伺服02直流伺服040506任务练习全套可编辑PPT课件一伺服电机定义

当电机与主控制回路一起运行形成伺服驱动时，电机也被称为伺服电机。控制回路则通常设计为多回路控制回路（级联控制回路），电机电流、电压、扭矩、转速和/或位置等所有伺服都可以作为控制变量。操纵变量通常是输入功率的一个组成部分。伺服电机通常使用在工业系统中，如机床或机器人，它不仅涉及复杂的动力学，而且还具有高度运动精度的处理过程。

一、伺服电机定义伺服电机外观图示

用于定位驱动的伺服电机具有如下特征：高定位精度大转速范围（0.01-10000转）高速精度即使在低速运行下也会运行相当平稳高扭矩良好的动态响应

一、伺服电机定义

在原则上任何电机的类型都可以作为伺服电机使用，无论是直流、异步或同步电机。在固定的网格上与传统的同步电机相比，伺服驱动可以通过这个极轮偏转角来调节，以提供最大扭矩，从而能够满足动力学的高需求。

伺服电机分直流伺服和交流伺服两种。交流伺服电机比无刷直流伺服电机性能较好，且交流伺服是正弦波控制，转动脉动小，直流伺服是梯形波，但直流伺服比较简单、便宜。

一、伺服电机定义二直流伺服

直流伺服由直流电压控制。传统的直流伺服电动机动实质是容量较小的普通直流电动机，有他励式和永磁式两种，其结构与普通直流电动机的结构基本相同。

二、直流伺服

传统直流伺服电动机的基本工作原理与普通直流电动机完全相同，依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，使伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，则转速越低;电枢电压为零时，电动机停转。由于电枢电压为零时电枢电流也为零，电动机不产生电磁转矩，不会出现“自转”。二、直流伺服

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷直流伺服电机——电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，维护方便(换碳刷)，会产生电磁干扰，对环境有要求，可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机——电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

二、直流伺服三交流伺服

交流伺服为一个两极的异步电机，有一个转子和一个定子，一个主绕组和一个90°位移的辅助绕组。通过这些绕组，定子产生旋转磁场；激励为正弦曲线，辅助绕组的电流滞后或导致主绕组的电流归0，取决于磁场的旋转方向。根据所施加的定子频率和滑差值，该转子异步于遵循该旋转磁场。因此，可以通过频率来控制速度。

交流伺服电机是无刷电机，分为同步和异步电机。三、交流伺服

1.异步伺服

异步交流伺服电动机指的是交流感应电动机。它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式，通常多用鼠笼式三相感应电动机。其结构简单，与同容量的直流电动机相比，质量轻1/2，价格仅为直流电动机的1/3。缺点是不能经济地实现范围很广的平滑调速，必须从电网吸收滞后的励磁电流，导致电网功率因数变坏。

这种鼠笼转子的异步型交流伺服电动机简称为异步型交流伺服电动机，用IM表示。三、交流伺服

2.同步伺服

同步电机的定子有一个用于产生旋转磁场的三相绕组。转子具有励磁绕组，由滑环供给直流电，与定子绕组的极数相同。转子包括永久磁铁，可用于小机器。由机器产生的扭矩取决于负载角（转子角位移），并在两级机器的情况下达到最大角度90度。

在固定的网格上与传统的同步电机相比，伺服驱动可以通过转子角位移来调节从而提供最大扭矩，从而能够满足动力学的高需求。

准确记录转子的实际位置和速度，伺服电机有集成角度传感器，通常设计为解析器或增量编码器，所提供的信号形成高级别控制的基础（实际值）。三、交流伺服

3.同步分解器

在伺服电机内部，角位移传感器或者同步分解器的目的是确定实际转子位置和主控制回路所需的速度值。同步分解器将机械角位置转换为模拟电信号，其可以被进一步传播和处理。解析器包括可旋转的转子和一个固定的定子。转子轴通过轴承与壳体（所谓的带壳体的同步分解器）连接或可以没有直接连接（单独壳体同步分解器），在这种情况下，轴必须设计为空心轴。三、交流伺服

4.增量编码器

大多数传感器提供一个模拟信号来表示测量的变量。增量编码器为数字传感器，提供了0/1脉冲的二进制编码测量信号。

增量编码器可用于记录转子的位置和速率。它由一个均匀穿孔的连接转子的圆盘（扫描网格）和两个带光源和光电池的传感器构成。只要光源和光电池没有光学上的分离，传感器提供恒定电压信号。扫描圆盘所引起的中断导致方波脉冲的持续时间取决于速度。此外，传感器彼此轻微地抵消，所以产生的方波信号是不相同的。这样的布置可以确定旋转方向和速度。当传感器1有上升沿、传感器2输出信号U2，转子逆时针转动。三、交流伺服四任务练习三、任务练习回顾练习增量编码器接线。思考题增量编码器和绝对值编码器的区别？直流伺服和交流伺服电机。伺服电机伺服驱动器01伺服驱动器定义03伺服驱动器控制方式02伺服系统要求040506任务练习一伺服驱动器定义

伺服驱动器（servodrives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。

一、伺服驱动器定义台达伺服驱动器（一）伺服驱动器定义

主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

一、伺服驱动器定义（二）伺服驱动器工作原理二伺服系统要求

1.调速范围宽，rn=nmin/nmax

2.定位精度高

3.有足够的传动刚性和高的速度稳定性

4.快速响应，无超调。为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短伺服系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。二、伺服系统要求（一）伺服系统要求

5.低速大转矩，过载能力强。一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4～6倍而不损坏。

6.可靠性高。要求数控机床的伺服驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。二、伺服系统要求（一）伺服系统要求

1.从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。

2.电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载倍而不损坏。

3.为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。

4.电机应能承受频繁启、制动和反转。二、伺服系统要求（二）对电机的要求三伺服驱动器控制方式

位置控制一般是通过外部输入脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，主要通过运动控制器、控制卡、PLC发送脉冲。位置控制模式应用于精密定位的场合。位置控制模式也是我们使用较多且常见的一种控制模式。

三、伺服驱动器控制方式（一）位置控制

速度控制通过模拟速度的指令或者内部参数对电机速度转向进行高精度控制。速度模式可分模拟量控制、内部四段速、内部八段速、模拟量加内部速度控制。

三、伺服驱动器控制方式（二）速度控制

转矩控制是通过外部模拟量的输入或直接的内部参数赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。转矩模式应用于需要做转矩控制的场合。

三、伺服驱动器控制方式（三）转矩控制

1.如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，用转矩控制。2.如果对位置和速度有一定的精度要求，转矩控制不太方便，用速度或位置控制比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制。三、伺服驱动器控制方式（四）三种控制方式对比3.就伺服驱动器的响应速度来看，转矩控制运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置控制运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。4.对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。如果控制器本身的运算速度很慢（比如中低端PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，只有高端专用控制器才能这么干，不需要使用伺服电机。

三、伺服驱动器控制方式（四）三种控制方式对比1.伺服一般为三个环控制，所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。第1环是最内的PID环就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩控制下驱动器的运算最小，动态响应最快。

三、伺服驱动器控制方式（五）三环控制2.第2环是速度环，通过检测的电机编码器信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环。任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制3.第3环是位置环，它是最外环，可以在驱动器和电机编码器间构建，也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有3个环的运算，此时的系统运算量最大，动态响应速度也最慢。

三、伺服驱动器控制方式（五）三环控制四任务练习三、任务练习回顾练习选择合适的伺服驱动器控制方式。思考题伺服驱动器的三环控制？伺服系统要求。伺服驱动器L6RS-400伺服驱动器01L6RS-400概述03L6RS-400接线02L6RS-400安装040506任务练习一L6RS-400概述

L6系列交流伺服系统是国产新一代全数字交流伺服系统，采用TI公司最新数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列（FPGA）和MITSUBISHI公司智能化功率模块（IPM），集成度高、体积小、保护完善、可靠性好。采用最优PID算法完成PWM控制，性能已达到国外同类产品的水平。一、L6RS-400概述（一）L6系列交流伺服系统1.宽调速比、恒转矩。调速比为1：5000，从低速到高速都具有稳定的转矩特性。2.高速度、高精度。伺服电机最高转速可达6500rpm，支持23位编码器。3.控制简单、灵活。通过修改参数可对伺服系统的工作方式、运行特性做出适当的设置，以适应不同的要求。

一、L6RS-400概述（二）L6系列优点1.额定输出功率400W，额定输出电流3A，最大输出电流13A。2.主回路与控制回路电源，单相220Vac－15%～＋10%。3.控制方式，IGBTSVPWM正弦波控制。4.反馈方式，总线式编码器：RS485协议。5.输入脉冲，0~500kHz，5V差动方式；0-200KHz，24V单端方式。6.电子齿轮比，1～8388608。

一、L6RS-400概述（三）L6-400驱动器主要参数7.输入输出信号，4DI（支持共阴和共阳2种方式）、3DO（2点单端输出，1点双端输出）。8.编码器信号输出，A相、B相、Z相，长线驱动方式输出。9.报警功能，过压、欠压、过流、过载、过热、过速、主电源输入缺相、再生制动状态异常、位置偏差过大、编码器反馈错误、制动率过大、行程超限、EEPROM错误等。10.通讯功能，支持基于Modbus协议的RS232/RS485。11.制动方式，内置制动电阻（也可外接）。一、L6RS-400概述（三）L6-400驱动器主要参数二L6RS-400安装

二、L6RS-400安装（一）储存环境要求项目L6系列驱动器配套伺服电机温度-20~80℃-25~70℃湿度90%RH以下（不结露）80%RH以下（不结露）大气环境室内（无暴晒）无腐蚀性气体、易燃气体、油污或尘埃等。室内（无暴晒）无腐蚀性气体、易燃气体、油污或尘埃等。标高海拔1000m以下海拔2500m以下振动小于0.5G（4.9m/s2）10-60Hz（非连续运行）防护等级IP00（无防护）IP65

二、L6RS-400安装（二）安装环境要求项目L6系列驱动器配套伺服电机温度0~55℃（不结冻）-25~40℃（不结冻）湿度90%RH以下（不结露）90%RH以下（不结露）大气环境室内（无暴晒）无腐蚀性气体、易燃气体、油污或尘埃等。室内（无暴晒）无腐蚀性气体、易燃气体、油污或尘埃等。标高海拔1000m以下海拔2500m以下振动小于0.5G（4.9m/s2）10-60Hz（非连续运行）防护等级IP00（无防护）IP65

二、L6RS-400安装（三）安装方法

用户可采用底板安装方式或面板安装方式安装，安装方向垂直于安装面向上。为保证良好的散热条件，实际安装中应尽最少留出10mm以上的安装间距。

驱动器紧凑安装时，请考虑安装公差，在每两台驱动器之间保留至少1mm的距离。此时请在实际负载率75%以下使用。

三L6RS-400接线

位置控制方式接线见右图。

三、L6RS-400接线（一）位置控制方式接线

1.IO输入

由用户提供电源，DC12～24V，电流≥100mA

三、L6RS-400接线（二）I/O接口原理及功能参数

2.IO输出

（1）外部电源由用户提供，但是必需注意，如果电源的极性接反，会使伺服驱动器损坏。

（2）输出为集电极开路形式，最大电流50mA，外部电源最大电压25V。因此，开关量输出信号的负载必须满足这个限定要求。如果超过限定要求或输出直接与电源连接，会使伺服驱动器损坏。

（3）如果负载是继电器等电感性负载，必须在负载两端反并联续流二极管。如果续流二极管接反，会使伺服驱动器损坏。

三、L6RS-400接线（二）I/O接口原理及功能参数

三、L6RS-400接线（二）I/O接口原理及功能参数脉冲量输入接口的差分驱动方式（3、4、5、6）脉冲量输入接口的单端驱动方式（1、4、2、6）

3.脉冲量输入接口

（1）为了正确地传送脉冲量数据，建议采用5V差分驱动方式。

（2）差分驱动方式下，采用AM26LS31、MC3487或类似的RS422线驱动器。

（3）驱动器支持5V差分驱动方式和24V单端驱动方式，接线引脚不一样。

（4）采用单端驱动方式时，外部电源由用户提供，但必需注意，如果电源极性接反，会使伺服驱动器损坏。

（5）脉冲输入形式详见表3.4，箭头表示计数沿，表3.5是脉冲输入时序及参数。当使用2相输入形式时，其4倍频脉冲频率≤500kH。

三、L6RS-400接线（二）I/O接口原理及功能参数

4.伺服电机编码器输入接口

三、L6RS-400接线（二）I/O接口原理及功能参数四任务练习三、任务练习回顾练习完成L6RS-400接线。思考题L6RS-400和伺服电机的储存和安装要求有何异同？L6RS-400概述。L6RS-400伺服驱动器工业互联网预测性维护调研01认知预测性维护03工业互联网预测性维护作用02工业互联网预测性维护政策和标准040506任务练习工业互联网预测性维护系统功能一认知预测性维护机器设备是工业生产的重要物质技术基础，是构成生产力的重要要素之一。只有保证生产设备的装备水平和使用效率，才能保证工业生产的正常进行。机器是由成千上万的零部件构成的，机器的运转必定会造成零部件的损耗，这些微小的损耗逐步累积形成故障，因此设备检修、保养、维护是非常重要的。设备维护方式经历了三个阶段。从被动的事后维护，到预防性维护，再到预测性维护。一、认知预测性维护事后维护（ReactiveMaintenance）是故障驱动的维护方式。指当故障发生后，由技术人员紧急赶往现场进行维修恢复。这种维护只发生在突然的甚至是灾难性的故障之后。由于实质上没有采取任何提前保养的措施，因此也被称为急修。这类维护方式需要较多的备件或替代设备、较高的人力成本、以及过多的以外停机时间和低设备可用性，所以常常造成更高的维护成本和更低设备利用率。故障的发生非常具有偶然性，而且往往是发生在使用高峰，这类故障易于导致严重后果和不方便进行维修的时间。在一个原本正常运转的系统中，一个部件的突发故障很容易导致系统的其他部分遭到伤害甚至损毁，从而增加了诊断难度和费用成本。故障急修通常要比常规保养更长的时间，需要包括备件的等待时间。急修往往需要经验丰富的高级技术人员到场诊断，诊断时间的长短又很难被预估，从而大大影响技术人员的工作安排。因此，故障保养的费用主要集中在高昂的备件存储费用，维修技术人员的加班费用以及长时间停机等待所带来的生产力的损失费用。所以，尽管这种方式看似对系统和设备进行了最少的干预，但其实故障保养在大多数工业领域中是最为昂贵的保养模式。一、认知预测性维护（一）事后维护(1)预防性维护定义预防性维护（preventivemaintenance），也称为定期维护或计划维护，是指探测、排除或缓解使用中的构筑物、系统或部件降质的活动，以便通过把降质和故障控制再可接受的水平来维持或延长其使用寿命。预防性维护要求在实际问题出现之前仔细规划和安排设备维修，并准确记录过去的检查和维修报告。预防性管理可能是非常复杂的，特别是对于拥有大量设备的公司。一、认知预测性维护（二）预防性维护(2)预防性维护基本原理预防性维护基本原理可以通过浴盆曲线（设备故障率曲线）来说明：预防性维护就是根据技术参数或历史经验，判断拐点P的出现时间，从而对该部件进行提前更换或调整以避免损耗故障期带来的损失。浴盆曲线表明，由于操作前几周的安装问题，新机器很可能出现故障。在这个初始阶段之后，失败的概率在相当长的一段时间内相对较低。在正常的机器寿命期之后，故障概率随着经过的时间急剧增加。在预防性维护管理中，根据平均故障时间统计信息安排机器维修或重建。采用这种方式，保养的工作变得可以提前规划，人员的工作也可以提前安排。一、认知预测性维护（二）预防性维护(3)预防性维护主要工作具体的预防性维护要求，因操作和设备类型的不同而不同。美国国家标准协会（ansi）的推荐标准被用来帮助确定检查和维护的类型，以及需要多久进行一次检查和维护。预防性维护主要工作包括：①针对系统和子系统的常规保养，对于机械部件进行必要的保养维护，比如润滑、清洁、调整和更换。②当发生故障时的紧急修理，与上面提到的故障保养类似。但由于常规保养的存在，故障率将会大大降低。③基于平均使用寿命的经验值，对易损件进行修理或提前更换，从而使系统的可靠性和安全性水平保持在一个相对稳定区间。④保持每一检查和维修的准确记录，以及了解每个部件的使用寿命，以了解更换频率。一、认知预测性维护（二）预防性维护(4)预防性维护好处①设备使用寿命更长；②减少设备故障造成的计划外停机；③减少不必要的维修和检查；④减少日常操作中的错误；⑤提高设备的可靠性减少因设备意外故障而引起的必须迅速修理的昂贵修理减少受伤风险；⑥帮助维修技术人员预测更换零件的适当时间，以及诊断出现的问题。一、认知预测性维护（二）预防性维护(5)预防性维护不足预防性维护可以非常容易地根据周期计算来提前安排修理/更换事宜。但实际执行情况差异很大。预防性维护计划的共同点是计划准则时间，都假设机器将在其特定分类的典型时间范围内出现衰退。并根据典型故障出现的时间制定维护计划。而维护计划的制定是依据平均故障时间，其表示的是同类设备或相近设备平均故障情况。预防性维护通过在固定的时间进行“大修”的方式来更换或修理所有组件，以确保未来一段长时间内设备稳定运行。但是，这往往会造成设备使用残值的消耗，新设备磨合阶段的品质下降。并且，这些维护技术通常依赖于人员的经验，同时，缺乏数据支撑需要反复的机械调试来查找原因，即使是老师傅也会需要一定的时间查找原因，效率较低。相比与事后维护方式，预防性维护会在一定程度上避免故障的发生，但是，定期进行的预防性维护并不会消减故障，并且往往会造成不必要的维护活动。一、认知预测性维护（二）预防性维护预测性维护(predictivemaintenance)，也称为基于状态的维修，是指根据观察到的状况而决定的连续或间断进行的维护，以监测、诊断或预测构筑物、系统或部件的条件指标，这类维护的结果应表明当前或未来的功能能力或计划维护的性质和时间表。与预防性维护必须根据直觉和维护人员的个人经验做出关于维修或重建计划的预防性或运行失败计划的最终决定不同，预测性维护根据每个或每类设备的实际状况和每个过程系统的操作效率的事实数据预测未来将要出现的状况，并根据预测状况安排维护活动或维护计划。早期的预测性维护衍生与设备状态监测,并在过去几年成为了设备关于与维护领域里一个热点研究技术方向，通过对设备的温度、压力、振动等传感器数据进行收集和检测，判断其值的异常变化并及时发出告警。一、认知预测性维护（三）预测性维护（1）事后维护是故障驱动模式，当故障出现时才对设备进行维护，而意外的故障是昂贵的，并且存在潜在的风险。显然，大型企业通常不会采用这种维护策略。不过，如果企业在定期执行传统维护计划时遗漏了某些部件和组件，他们可以临时采取这种做法。被动式维护总是在事后进行。（2）预防性维护是时间驱动模式，基于设备过去的绩效、工程人员和操作人员的知识与经验执行的维护，包括例行维护、定期维护、计划维护或基于时间的维护。通常，预防性维护的确可以预防故障，但遗憾的是，这种维护并不精准，会导致一些不必要却又成本高昂的维护活动，或在维护过程中遗漏一些薄弱点。预防性维护是在预定的时间进行，通常会提前很长时间。（3）预测性维护是数据驱动模式，基于设备历史数据对未来的故障发生时间进行预测，可以有效的将计划外停机转变为计划停机，提高维护效率。能够实时传输和分析数据，意味着企业可以获得实时的资产状况信息，而不是以往的数据，这些信息将成为维护方案的基础。预测性维护是实时执行的，时间和位置都非常精准。一、认知预测性维护（四）三种维护方式的区别二工业互联网预测性维护政策和标准

工业互联网是国家战略，预测性维护被列为工业智能新风向之一，是工业互联网重要应用场景。近年，国家相关主管部门已经出台了多轮工业互联网、预测性维护的国家政策，见下表。从中可以看出，国家正大力推进工业企业上云，以及开展设备预测性维护。二、工业互联网预测性维护政策和标准年份相关政策政策解读2021《工业互联网创新发展提出工业互联网创新发展行动计划(2021-2023）》拓展服务化延伸。支持装备制造企业搭建产品互联网络与服务平台，开展基于数字孪生、人工智能、区块链等技术的产品模型构建与数据分析，打造设备预测性维护、装备能效优化、产品衍生服务等模式。2021教育部关于印发《职业教育专业目录（2021年）》的通知新增职教专科，工业互联网技术专业和工业互联网应用专业；新增职教本科，工业互联网技术专业和工业互联网工程专业2020《工业和信息化部办公厅关于推动工业互联网加快发展的通知》促进企业上云上平台。推动企业加快工业设备联网上云、业务系统云化迁移。2020人社部等三部门联合发布第二批新职业发布了智能制造工程技术人员、工业互联网工程技术人员等16个新职业。2018《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》推动生产制造的全程可视化、质量追溯和预测性维护，实现企业运营管理的智能决策与深度优化。2017《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》在远程服务应用方面，开展面向高价值智能装备的网络化服务，实现产品远程监控、预测性维护、故障诊断等远程服务应用，探索开展国防工业综合保障远程服务。

预测性维护是一个新事物，2022年正式发布第一个国家标准《GB/T40571-2021智能服务预测性维护通用要求》。全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会正在推进国标《智能服务预测性维护预测算法与模型》、《智能服务预测性维护虚拟维修系统技术要求》的编制工作。截止2022年8月，正式发布的预测性维护标准见下表。二、工业互联网预测性维护政策和标准类型标准号标准名称实施日期国家标准GB/T40571-2021智能服务预测性维护通用要求2022-05-01团体标准T/CIE125-2021工业机器人故障诊断与预测性维护第5部分：预测性维护2022-02-01团体标准T/CIE124-2021工业机器人故障诊断与预测性维护第4部分：健康状态评估2022-02-01团体标准T/CIE123-2021工业机器人故障诊断与预测性维护第3部分：故障诊断2022-02-01团体标准T/CIE122-2021工业机器人故障诊断和预测性维护第2部分：在线监测2022-02-01团体标准T/GITIF008-2021面向复杂装备运行维护需求的预测性维护技术规范2021-12-30三工业互联网预测性维护作用

预测性维护的作用主要包括：(1)提高设备可用性；(2)提高产品和流程质量；(3)降低服务规划难度：(4)延长设备寿命；(5)提高运营安全性与持续性；(6)降低成本，包括维修与零部件成本、与服务商协商成本、客户内部服务团队的精简以及其他成本。三、工业互联网预测性维护作用四工业互联网预测性维护系统功能工业互联网预测性维护主要采集设备运行状态数据，上传至本地服务器或云服务器，进行数据存储、分析和预测，并不断修正预测结果，实现设备预测性维护。工业互联网预测性维护系统功能模型见下图所示，仅显示了必要功能，其余功能可根据需要增加。（一）系统功能图三、工业互联网预测性维护系统功能工业互联网预测性维护系统功能图

状态监测主要包括数据采集、数据传输、数据处理和状态识别，实现数据质量和故障/异常判断。

状态监测的数据分为：原始测量数据：设备或过程被测量经传感器信号采集未经处理的数据。中间数据：原始测量数据经计算或处理，去除外部干扰和无效信号的数据。状态表征数据：中间数据经处理后，能表征设备状态特征的数据。设备状态数据：对状态表征数据进行信息聚合、阈值或趋势判断后得到的数据。

开关量无需进行信号调理和特征分析，不存在中间数据和状态表征数据。（二）状态监测三、工业互联网预测性维护系统功能基于数据驱动的方法：通过挖掘过程数据中的内在信息建立数学模型和表达过程状态，根据模型来实施过程的有效监测。该方法基于海量数据，在监测和预警算法上它又可以分为基于信号处理、粗糙集、机器学习、信息融合和多元统计这五大类算法。基于机理模型的方法：需要建立设备机理模型，有利于分析故障原因。一般为简化线性系统，对于非线性、自由度较高以及多变量耦合的复杂系统时，建模成本大，使用效果不理想。基于知识的方法：主要以相关专家和操作人员的启发性经验知识为基础，定性或定量描述过程中各单元之间的连接关系、故障传播模式等，在设备出现异常征兆后通过推理、演绎等方式模拟过程专家在监测上的推理能力，从而自动完成设备故障预警和设备监测。常用的方法主要包括专家系统、故障决策树、有向图、模糊逻辑等。（三）故障诊断的方法三、工业互联网预测性维护系统功能五任务练习五、任务练习回顾练习完成工业互联网预测性维护调研。思考题预测性维护故障诊断的三种方法？设备维护的三种方式。工业互联网技术应用平台认知认知PDM100实训装置01PDM100实训装置组成03任务练习02控制屏040506一PDM100实训装置组成PDM100实训装置主要由实验台架、控制屏、显示器、磁性实训区、主机位等构成。电源输入：AC220V±10%50Hz一、PDM100实训装置组成①显示器②控制屏③传感器对象模块④磁性实训区⑤实验台架⑥主机位主体采用冷轧钢材，台架配有氛围效果灯光、包裹式环抱造型。下方设有键盘抽屉、储物柜体。左侧需配有一体开放式存放空格（可放置主机、压缩机等）﹐配有多范围的散热口，便于散热。装置底部设有4个带有上下可调一体式万向轮，便于移动和固定实训装置。整体结构符合人体工程学，易操作。（一）实验台架一、PDM100实训装置组成为实训实操区域，带有磁性，方便拿取和放置模块，节约模块的安装时间。模块为正六边形结构，能实现相互控制和独立放置功能，实训区设置由正六边形凹槽构成的传感器放置区。（二）磁性实训区一、PDM100实训装置组成传感器对象模块包含转速对象、光电对象、振动对象、湿度对象、温度对象等。各对象内嵌以下工业传感器和电机等，底部采用正六边形结构且带有磁性，方便吸附在实训区。（三）传感器对象模块一、PDM100实训装置组成转速对象光电对象湿度对象转速对象温度对象二控制屏

控制屏包括电源控制区、信号仪表区、扩展端口区。二、控制屏（一）电源控制区

（1）电源开关

电源控制区设有电源总控制开关，控制设备的整个电源，通过启动、停止、急停按钮控制。二、控制屏（一）电源控制区

①电源总空开：控制PDM100实训装置整个电源（包括平台和背部插线板）。

②启动按钮：启动PDM100实训装置。

③停止按钮：停止PDM100实训装置。

④钥匙开关：PDM100实训装置电源控制。

⑤急停按钮：紧急情况下，切断PDM100实训装置电源。

启动顺序：打开电源总空开→旋转钥匙开关到“RUN”→按下启动按钮，实训装置正常工作。

停止顺序：按下停止按钮→旋转钥匙开关到“STOP”→关闭电源总空开，实训装置停止工作。二、控制屏（一）电源控制区

（2）钥匙开关

钥匙开关是一种使用钥匙分断电路的电器，多用于重要的控制电路上。

在工业区域，由于设备运行可能有危险，需要采取预防措施，授权相关人员操作。此外，设备维修时，为防止意外误操作，设备电气回路需要锁定。

因此，多采用钥匙开关使触点开路或闭合，防止无关人员误操作。二、控制屏（一）电源控制区

（3）急停按钮

急停按钮可以称为“紧急停止按钮”，业内简称急停按钮。

急停按钮作用：发生突发情况时，立即停止机器，防止伤害或者损失扩大。

急停按钮开关使用注意事项：在设计一些带有传动部位的机器时必须要加上急停按钮这个功能。而且要设置在人员可方便按下的机器表面，不能有任何遮挡物存在。急停按钮开关，只需直接向下压下，就可以快速的让整台设备立马停止或释放一些传动部位。要想再次启动设备必须释放此按钮，也就是只需顺时针方向旋转大约45°后松开，按下的部分就会弹起。也就是“释放”了。二、控制屏（二）信号仪表区

信号仪表区设有2路PWM脉宽调制直流电机控制单元、直流稳压电源DC5V、温度控制单元、步进电机控制单元、直流稳压电源DC24V、转速显示单元，每一功能模块设置有独立控制开关，打开时开关上指示灯点亮，关闭后熄灭。①、②两路PWM脉宽调制直流电机控制单元；③直流稳压电源DC5V；④温度控制单元；⑤步进电机控制单元；⑥直流稳压电源DC24V；⑦转速显示单元。二、控制屏（二）信号仪表区

①2路PWM脉宽调制直流电机控制单元：提供直流电机控制电压，控制“OB01A转速对象”、“OB02A光电对象”模块电机转速；

②直流稳压电源DC5V：提供湿度对象直流5V电源；

③温度控制单元：提供温度控制PID，控制“OB05A温度对象”；

④步进电机控制单元，控制OB04A振动对象；

⑤直流稳压电源DC24V：提供对象直流24V电源，控制“OB03A湿度对象”；

⑥转速显示单元：提供传感器信号输入和变送输出。二、控制屏（三）扩展端口区

扩展端口区预留2路DI、2路AI信号输入扩展接口。三任务练习五、任务练习回顾练习完成电源开关启动顺序和停止顺序的叙述。思考题急停按钮的作用？PDM100实训装置的组成。工业互联网技术应用平台认知转速对象模块01速度传感器03转速显示单元02转速对象模块040506任务练习一转速传感器速度传感器：能感受速度并转换成可用输出信号的传感器。单位时间内位移的增量就是速度，速度包括线速度和角速度，与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器，统称为速度传感器。线速度：刚体上任一点对定轴作圆周运动时的速度，单位m/s。角速度：连接运动质点和圆心的半径在单位时间内转过的弧度，单位rad/s。一、速度传感器（一）定义从物体运动的形式，分为线速度测量和角速度测量。从运动速度的参考基准，分为绝对速度测量和相对速度测量。从速度的数值特征，分为评价速度测量和瞬时速度测量；从获取物体运动速度的方式，分为直接速度测量和间接速度测量。一、速度传感器（二）速度的测量

1.接触式速度传感器

接触式速度传感器是和运动的物体直接接触的。

（1）测速发电机：在机器人自动化技术中，旋转运动速度测量较多，而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。测速发电机可以将旋转速度转变成电信号，就是一种速度传感器。测速机要求输出电压与转速间保持线性关系，并要求输出电压陡度大，时间及温度稳定性好。测速机一般可分为直流式和交流式两种。直流式测速机的励磁方式可分为他励式和永磁式两种。

（2）编码器：编码器是角位移或直线位移转换成电信号。按照读出方式，编码器可以分为接触式和非接触式。接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来标识代码的状态是“1”还是“0”。非接触式的敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来标识代码的状态是“1”还是“0”。一、速度传感器（三）速度传感器分类

2.非接触式速度传感器

非接触式测量原理很多，有光电式(分为直射式，反射式)、磁电式、电涡流式、电容式、霍尔转数传感器等。

（1）光电式测速传感器：是一种基于光电变换原理的测速传感器，分为透光式测速传感器和反射式测速传感器。它将速度的变化转变成光通量的变化，在通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量变化，即利用光电脉冲变成电脉冲，光电转换元件的工作原理是光电效应。

（2）磁电式速度传感器：由磁铁、线圈和阻尼元件组成。由振动引起的磁铁和线圈的相对运动产生感应电势。线圈在磁场中运动的结构形式称为动圈式，磁铁在线圈中运动的结构形式称为动磁式。由于测量方式的不同，磁电式速度传感器分为相对式和惯性式两种类型。一、速度传感器（三）速度传感器分类

（3）电涡流式转速传感器：是一种非接触式的线性化测量工具，主要作用于大型旋转机械在线状态的监测与故障诊断。电涡流传感器系统由传感器探头壳体、前置器、电缆和接头等部分组成。

（4）霍尔速度传感器：是一种基于霍尔效应的磁电传感器，具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强、结构简单、使用方便等特点。它主要是由特定磁极对数的永久磁铁（一般为4或8对）、霍尔元件、旋转机构及输入/输出插件等组成。一、速度传感器（三）速度传感器分类MX5051霍尔速度传感器

（5）磁电式传感器和霍尔传感器的区别外接插头线数量不一样

霍尔传感器外接插头线有三根，其中两根为电源线，一根为信号线；

磁电式传感器外接插头线有两根都为信号线。传感器类型划分不一样

霍尔传感器为“有源”传感器，需要有电源外部供电；

磁电式传感器为“无源”传感器，无需电源外部供电。工作原理不一样

霍尔传感器是利用霍尔效应原理；

磁电传感器是利用电磁感应原理。

一、速度传感器（三）速度传感器分类

（5）磁电式传感器和霍尔传感器的区别优缺点不一样

霍尔传感器：优点，输出信号电压幅值不受转速的影响；频率响应高，其响应频率可高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；抗电磁波干扰能力强。缺点：互换性差，信号随温度变化，非线性输出，最好进行非线性和温度校正。

磁电式传感器：优点，结构简单成本低。缺点，一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波千扰能力差。

一、速度传感器（三）速度传感器分类二转速对象模块

转速对象由转速传感器和执行机构组成。

1.转速传感器参数：工作电压，10~30VDC；电气设计，PNP常开；开关频率，1~15000H；感应距离，1.7mm土10%；工作距离，1.38mm；环境温度，-32~85℃；外壳防护等级，IP65、IP68、IP69K。2.执行机构：包含电机1个（额定电压24V，转速>1500r/min)。二、转速对象模块（一）转速对象模块组成

(1)将转速传感器线缆的另一头接入控制屏的转速显示单元IN端口；二、转速对象模块（二）转速对象模块接线(2)使用下图所示的连接线将控制屏转速显示单元OUT端口接入专用网关AI电压端口；(3)将转速对象的P_A端口接入控制屏直流PWM调制OUT端口。三转速显示单元三、转速显示单元

转速显示单元设置有IN输入接口、OUT输出接口。

IN输入接口接OB01A转速对象模块安装的转速传感器；

OUT输出接口输出0-10VDC，根据需要接PLC或接网关模块。（一）输入输出接口三、转速显示单元（二）参数设置说明三、转速显示单元（二）参数设置说明短按“SET”键松开，显示如下参数长按“SET”键3S，显示如下参数三、转速显示单元

显示状态下长按SET键3秒，P-COEF参数：

本设备模块采用每转4个脉冲信号，P-COEF=60*10/4=150其中4为编码器的分辨率，乘以10为1位小数位（参数“---.-”）。

计算方法：用4P/R编码器来测量转速（转/分钟），转速精确到一位小数，先设定小数点（参数“---.-”）在第一位（精度为1位小数），再设定倍率值P-COEF=[60*10]/4=150（式中所乘10由小数点位置在第一位而定，4为编码器的分辨率）。

按上参数设置后，如：转速为1500n/min，每秒100个脉冲，显示值为：（CP脉冲数*P-COEF）/10=（100*150）/10=1500。（三）脉冲当前倍率设置三、转速显示单元

显示状态下长按SET键3秒，设置LC-10U参数，本设备设置为09，转速值变送输出。

输出信号给变频器调速用，比如用一个机器的转速来控制另一个电机速度，也就是用转速表输出0到10伏控制变频器和主电机速度基本同步。

OUT2模拟量输出：有3种（01,08,09）输出方式

（1）01输出方式：OUT2设定直接输出电压。

输出电压=OUT2设定值/LC-10U值*10。举例说明:设置参数（LC-10U）(10V输出对应的转速)，假如10V对应设定3000转，OUT2设定值为1000转，输出电压为1000/3000*10=3.33V。

（2）08输出方式：PID调节输出控制电压

通过OUT2设定转速值，PID调节输出电压，控制转速恒定在OUT2的设定转速，使转速不受负载变化。这个主要是恒定转速的功能，和变频器配套使用自动调节速度，假如OUT2设定1000转，这时可以通过调节输出电压使变频器输出稳定在1000转，这种输出转速准确，不受负载大小的影响，可以自动调节恒定转速。

（3）09输出方式：测量转速值变送输出电压

就是根据检测到的转速变换成电压输出，输出电压=测量值/LC-10U值*10

举例说明：设置参数（LC-10U）3000转，这时如果测得的转速是600转，那么输出电压600/3000*10V=2.00V，精确度0.5%（三）OUT2模拟量输出四任务练习四、任务练习回顾练习完成转速对象模块的接线。思考题转速显示单元OUT2模拟量输出的3种方式？转速传感器的分类。转速对象模块光电对象模块01光电开关03光电对象模块02磁性开关040506任务练习一光电开关光电开关是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线（或者对光线有遮挡作用）的物体均可以被检测。一、光电开关（一）定义

按检测方式可分为漫反射式、对射式、镜面反射式、槽式光电开关和光纤式光电开关。

1.漫反射式

漫反射式的发射器和接收器是结合在一起的，当开关发射光束时，目标产生漫反射，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一般到3米。

影响反光的因素：距离、颜色、物体尺寸、表面结构和表面倾斜度。一、光电开关（二）光电开关分类2.对射式

对射式光电开关由发射器和接收器组成，其工作原理是：通过发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间阻断光线时，光电开关就产生开关信号。

它的主要特点是接收器和发射器是分开的，在同一轴线上，接收器和发射器分开可达50米，它的有效距离是最大的，而且不易受干扰，可靠性高，不惧怕灰尘的影响。一、光电开关（二）光电开关分类3.镜面反射式

镜面反射式由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出的光束在对面的反射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。光的通过时间是两倍的信号持续时间，有效作用距离从0.1米至20米。特征：辨别不透明的物体；借助反射镜部件，形成高的有效距离范围；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中。一、光电开关（二）光电开关分类4.槽式光电开关

槽式光电开关是对射式光电开关的一种，又称为U型光电开关，是一款红外线感应光电产品，由红外线发射管和红外线接收管组合而成。槽式光电开关槽宽决定了感应接收型号的强弱与接收信号的距离，以光为媒体，由发光体与受光体间的红外光进行接收与转换，检测物体的位置。槽式光电开关是无接触式的，受检测体的制约少，且检测距离长，可进行长距离的检测（几十米）检测精度高能检测小物体。应用非常的广泛。一、光电开关（二）光电开关分类5.光纤式光电开关

光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。光纤式光电开关分为：对射式、直接反射式、同轴反射式。光纤基本是两种，一种塑料光纤，价位比较低，普通检测使用；另一种玻璃光纤，价位比较高，一些检测精度比较高的场合。一、光电开关（二）光电开关分类二磁性开关

磁性开关又叫磁控开关，是通过磁铁来感应的开关装置。磁性开关由永久磁铁和干簧管两部分组成。常用的磁铁有烧结钕铁硼、橡胶磁和永磁铁氧体。干簧管是一种有触点的无源电子开关元件，外壳通常是一根密封的玻璃管，管中灌有惰性气体，还装有两个铁质的弹性簧片电板。二、磁性开关（一）定义

1、可用于多点控制，节省成本、容易安装。2、接点容量50W/250VACSPST或30W/200VDCSPDT。3、有ABS、GL、CR国际船级认证和Ex防爆认证。4、接线盒规格齐全，有塑料、铝合金、不锈钢防爆型，防护等级IP-65以上。5、有PP、PVDF材质可适用于强酸碱场所；SUS304/316金属材质适用于高温高压桶槽。6、接续法兰有JIS、DIN、ANSI规格；牙口有NPT、PF、BSP等规格。二、磁性开关（二）特点三光电对象模块

光电对象由光电开关、磁性开关和执行机构组成。

1.光电开关参数：工作电压，10~30DC，电气设计，PNP；输出功能，亮通模式；光线种类，红光；检测距离，10~400mm。

2.磁性开关参数：工作电压，10~30DC；电气设计，PNP/NPN可设定；输出功能，常开/常闭可设定；通信接口，IO-Link；感应距离，5mm±10%。

3.执行机构：包含电机1个（额定电压24V)，驱动凸轮往复机构，实现往复检测。三、光电对象模块（一）光电对象模块组成光电开关磁性开关

(1)使用线缆将光电传感器连接至专用网关的DI数字信号端；三、光电对象模块（二）光电对象模块接线(2)将光电对象的P_A端口接入控制屏的直流PWM调制单元输出口。四任务练习四、任务练习回顾练习完成光电对象模块的接线。思考题漫反射式反光的影响因素有哪些？光电开关的分类。光电对象模块湿度对象模块01湿度传感器03任务练习02湿度对象模块040506一湿度传感器1.湿度传感器：是指能将湿度量转换成容易被测量处理电信号的设备或装置。

2.相对湿度：指气体中（通常为空气中）所含水蒸气量（水蒸气压）与其空气相同情况下饱和水蒸气量（饱和水蒸汽压）的百分比日常生活中所指的湿度为相对湿度，用RH%表示。3.绝对湿度：指单位容积的空气里实际所含的水汽量，一般以克为单位。4.饱和湿度：在一定温度下，单位容积，空气中所能容纳的水汽量的最大限度。如果超过这个限度，多余的水蒸气就会凝结，变成水滴，此时的空气湿度变称为饱和湿度。一、湿度传感器（一）定义湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。

1.湿敏电阻：它的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。2.湿敏电容：一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。一、湿度传感器（二）工作原理1.电容式湿度传感器：通过在两个电极之间放置一个薄薄的金属氧化物条来测量相对湿度。金属氧化物的电容量随着大气相对湿度的变化而变化。电容式湿度传感器是线性的，可以测量0%到100%的相对湿度，在大气和过程测量中占主导地位。但电容式湿度传感器的电路复杂，因此需要定期校准。2.电阻式湿度传感器：电阻式湿度传感器利用盐中的离子来测量原子的电阻抗。随着湿度的变化，盐类介质两侧电极的电阻也会发生变化。3.热能湿度传感器：两个热传感器根据周围空气的湿度进行导电。一个传感器装在干燥的氮气中，而另一个则测量环境空气，两者之间产生的差异可测量湿度。4.还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等一、湿度传感器（三）湿度传感器分类二湿度对象模块

湿度对象模块由湿度传感器和执行机构组成。

1.湿度传感器参数：工作电压，12~36VDC；模拟电流输出，4~20mA；相对湿度量程，0~100%RH；准确度，±3%RH。

2.执行机构：包含1个湿度源，封闭式接触罩，配备干燥风吹装置，配备专用底座、氛围灯光、传感器专用支架和网关专用通信线缆。二、湿度对象模块（一）湿度对象模块组成

本任务所选的湿度传感器为一体化温湿度变送器，包含变送盒、探头、连接杆和安装法兰四个部分，采用专业的管道式安装方式。4-20mA信号输出接线图如下：二、湿度对象模块（二）湿度传感器

(1)用连接线将湿度对象的P_A端口接入控制屏直流稳压电源DC24V或直流电机控制单元的可调输出；二、湿度对象模块（三）湿度对象模块接线(2)用连接线将湿度对象的P_B端口接入直流稳压电源DC5V；(3)用信号线将湿度传感器接入专用网关AI电流端口。三任务练习三、任务练习回顾练习完成湿度对象模块的接线。思考题相对湿度和绝对湿度的区别？湿度传感器的分类。湿度对象模块振动对象模块01振动传感器03振动对象模块02步进电机控制单元040506任务练习一振动传感器振动传感器用来检测和监控特定旋转机械系统、机器或设备中随时间推移的振动频率和幅度。振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的功能主要是将机械量接收下来，并转换成为与之成比例的电量。它是一种机电转换成装置，也称为换能器、拾振器等。振动传感器并不是可以直接将原始要测的机械量转变为电量，只是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量，随后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最终由机电变换部分再将变换为电量。一、振动传感器（一）定义按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。1.机械式将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录。常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。2.光学式将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。如读数显微镜和激光测振仪等。3.电测将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。电测法的要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷、及其它电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得最广泛的测量方法。一、振动传感器（二）按测试方法分类一般来说，振动传感器在机械接收原理方面，只有相对式、惯性式两种。但在机电变换方面，由于变换方法和性质不同，其种类繁多，应用范围也极其广泛。1.相对式电动传感器

电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。2.电涡流式传感器电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。一、振动传感器（二）按机电变换分类3.电感式传感器依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。4.电容式传感器电容式传感器一般分为两种类型，可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。5.惯性式电动传感器惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。一、振动传感器（二）按机电变换分类二步进电机控制单元

脉冲发生器可以控制步进电机、伺服电机，电机转速0-4000转／每分钟，脉冲为50%方波，频率250KHz。外接启停、方向可以实现外部控制。具有调速、往返、定时、定长等功能。二、步进电机控制单元（一）脉冲发生器

1.显示说明：在运行状态或停止状态数码管显示当前的转速值，单位转/分。在设置状态显示设置的参数代号或参数值。

2.

参数设置：在停止装态下，长按“停止”键，出现ACC，再按下“停止”键出现ACC的参数值，按“方向”和“脱机”键修改，修改完按“停止”确认，回到ACC状态，按“方向”键出现tAb，再按出现Modo再按出现Model，再按回到ACC参数设置同ACC，按“脱机”键退出参数设置到停止状态。

ACC加速度设置（1-99）1最快，99最快，负载重设置慢点，默认值5。

tAb细分数设置（1-64）此值根据驱动器上设置，应该跟驱动器设置为一致，设置一致时显示的转速为实际速度，默认值10。二、步进电机控制单元（二）操作说明三振动对象模块

振动对象由振动传感器、电机温度传感器和执行机构组成。

1.振动传感器参数：工作电压，9.6~32VDC；电流输出，4~20mA；振动测量范围，0~25mm/s(RMS)；频率范围，10~1000Hz；电机温度传感器测量范围：-40~90℃；输出信号，模拟信号。

2.执行机构：包含电机1个，配备防护罩。三、振动对象模块（一）振动对象模块组成

(1)使用信号线，将温度变送器连接至专用网关的AI电流端口；(2)使用信号线将振动变送器（测试电机振动）接入专用网关的AI电流端口；三、振动对象模块（二）振动对象模块接线

(3)使用连接线，将振动对象的P_A口接入控制屏的直流稳压电源DC24V或者PWM调制的可调输出；(4)使用连接线，将振动对象的P_B口接入步进电机控制单元的OUT端口。三、振动对象模块（二）振动对象模块接线四任务练习四、任务练习回顾练习完成振动对象模块的接线。思考题方波占空比是什么，如何计算？振动传感器的分类。振动对象模块温度对象模块01温度传感器03温度对象模块02温度控制单元040506任务练习一温度传感器1.摄氏温标(℃)：又称百分温标，是目前世界使用比较广泛的一种温标，用符号“C”表示。它把标准大气压下冰的融点定为零度(0℃)；把水的沸点定为一百度(100℃),在0℃到100℃之间划分一百等分。每一等分为一摄氏度。2.华氏温标(℉)：规定标准大气压下冰的融点为32℉，水的沸点为212℉，中间划分180等分。每一等分称为一华氏度。3.凯氏温标(K)：是一种绝对温标,也叫热力学温标。它规定分子运动停止(即没有热存在)时的温度为绝对零度或最低理论温度(0K)。4.华氏温标和摄氏温标之间换算：℃=5/9(℉-32)。5.凯氏温标和摄氏温标之间换算：℃=K—273.15。一、温度传感器（一）温标温度传感器（temperaturetransducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。一、温度传感器（二）定义1.接触式温度传感器：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。2.非接触式温度传感器：主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。一、温度传感器（三）温度传感器分类热电偶温度传感器利用热电效应进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度。一、温度传感器（四）热电偶温度传感器

热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。一、温度传感器（五）热电阻温度传感器测温原理不同：热电偶利用热电效应测温，热电阻测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。特点不同：热电偶测温优点，范围宽，性能稳定；测量精度高，热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响；热响应时间快；丈量范围大，热电偶从-40~+1600℃均可连续测温；性能牢靠，机械强度好。热电阻测温优点，测量精度高，复现性好；有较大的测量范围，尤其是在低温方面；易于使用在自动测量中，也便于远距离测量。热电阻在高温（大于850℃）测量中准确性不好；易于氧化和不耐腐蚀。应用范围不同：热电偶是一种无源传感器，测量时不需外加电源，应用极为广泛。热电阻主要材料是铂和铜。铂热电阻的优点是精度高，稳定性好，测量可靠，多用于-200~850℃的温度范围；铜热电阻具有温度系数大、线性度好、价格低等优点，多用于-50~150℃的温度范围。一、温度传感器（六）热电偶和热电阻温度传感器的区别二温度控制单元

IN输入接口接OB05A温度对象模块的P_B接口（6芯插座）的温度传感探头PT100；

OUT输出接口接OB05A温度对象模块的P_A接口（4芯插座）控制加热。二、温度控制单元（一）输入输出接口

1.仪表的显示面板和功能键二、温度控制单元（二）