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【關(guān)鍵詞】L型前裝機;轉(zhuǎn)向系統(tǒng);閉環(huán)控制系統(tǒng)
0 引言
自20世紀90年代以來,采礦設(shè)備的發(fā)展日新月異,世界上采礦設(shè)備生產(chǎn)巨頭們像卡特彼勒、小松、久益環(huán)球、利勃海爾等公司紛紛推出自己的各種新產(chǎn)品,這些新的產(chǎn)品共同的特點是不斷涌現(xiàn)出新結(jié)構(gòu)和新元件時還廣泛應(yīng)用新的控制技術(shù),技術(shù)發(fā)展的重點在于增加產(chǎn)品的電、液技術(shù)含量,應(yīng)運更先進的電氣、液壓控制系統(tǒng)和更先進、靈敏的原件來實現(xiàn)對操作的優(yōu)化?,F(xiàn)在越來越多的控制技術(shù)和控制理論開始應(yīng)運到前裝機上,如變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、傳感器控制技術(shù)等,這些技術(shù)的應(yīng)用在控制精確度和效率上使前裝機達到了一個前所未有的高度。
節(jié)能減排技術(shù)將是未來裝載機行業(yè)的發(fā)展方向[1],更是采礦設(shè)備行業(yè)的發(fā)展方向。節(jié)能減排是個世界性的大課題,對于以柴油發(fā)動機作為主要動力源的前裝機來說,這不僅因為節(jié)能和減排本身就是一對兒矛盾,而且還要考慮產(chǎn)品的性價比與可靠性。節(jié)能減排不僅僅關(guān)乎發(fā)動機、傳動、液壓和電控等系統(tǒng),這是一個綜合性的課題。對于裝載機來說,合理的工作裝置設(shè)計可以提高作業(yè)效率,減小作業(yè)阻力,降低油耗,但是控制系統(tǒng)的合理、先進設(shè)計同樣對節(jié)能減排起巨大的作用。
本次選題準備以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制設(shè)計為例來說明裝載機目前的自動化控制水平和將來的發(fā)展方向。為了保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)平穩(wěn)、快速的運轉(zhuǎn),我們設(shè)計了本選題的電氣控制系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng),在對各種電氣和液壓元件控制方法的工作原理進行了詳細的分析的基礎(chǔ)上,提出了L1150型前裝機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制設(shè)計的選題。希望通過我們的研究能把前裝機目前的自動控制技術(shù)提高到一個新的高度。
1 L型前裝機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體模型設(shè)計
轉(zhuǎn)向是電液控制的自動控制系統(tǒng)。則轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
由上述結(jié)構(gòu)圖可以得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為以下三部分組成,其中G1(S)是電氣系統(tǒng)的傳遞函數(shù),G2(S)是電液比例控制閥占空比對換向閥流量的傳遞函數(shù),G3(S)是液壓系統(tǒng)的傳遞函數(shù),如圖2所示:
所以本論文的設(shè)計分為倆部分,一部分為電氣控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計,另一部分為液壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
2 L型前裝機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制設(shè)計
2.1 電氣控制結(jié)構(gòu)設(shè)計
電氣控制是當操作手柄給左轉(zhuǎn)向命令時,操作手柄移動被轉(zhuǎn)換成CAN信息。CAN全稱為Controller Area Network即控制器局域網(wǎng)[2],CAN總線是國際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一。由操作手柄輸出轉(zhuǎn)向命令值輸入到控制器,控制器接收到輸入信號后輸出PWM脈沖信號給控制閥,控制執(zhí)行元件動作。轉(zhuǎn)向位置傳感器隨時監(jiān)控轉(zhuǎn)向的位置角度并轉(zhuǎn)化為電信號反饋給VCU,和操作手柄的給定值比較以便進一步的控制。該系統(tǒng)設(shè)計為負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng),所謂反饋控制系統(tǒng),就是指根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進行控制,即通過比較系y行為(輸出)與期望行為之間的偏差,并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。L型前裝機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電氣控制控制結(jié)構(gòu)圖設(shè)計如圖3所示。
2.2 液壓控制結(jié)構(gòu)設(shè)計
液壓技術(shù)的發(fā)展[3],可追溯到 17 世紀帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律,開始奠定了流體靜壓傳動的理論基礎(chǔ)。液壓系統(tǒng):液壓油從油箱流入轉(zhuǎn)向泵的入口。轉(zhuǎn)向泵輸出液壓壓力油經(jīng)控制閥和流量放大器后流入轉(zhuǎn)向油缸,轉(zhuǎn)向油缸動作從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。通過負載感知把負載的壓力分別反饋回控制閥和轉(zhuǎn)向泵,反饋回控制閥的壓力油與給定值比較后進一步控制方向閥芯的開口大小從而進一步的控制壓力油流向轉(zhuǎn)向油缸的流量。由于液壓系統(tǒng)運行時容易發(fā)熱,為了節(jié)省功率和減少發(fā)熱量負載反饋的壓力油同時反饋給轉(zhuǎn)向泵,從而可以控制轉(zhuǎn)向泵斜盤角度,進一步控制轉(zhuǎn)向泵的輸出功率。該系統(tǒng)設(shè)計為負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng),所謂反饋控制系統(tǒng),就是指根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進行控制,即通過比較系統(tǒng)行為(輸出)與期望行為之間的偏差,并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。在反饋控制系統(tǒng)中,既存在由輸入到輸出的信號前向通路,也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路,兩者組成一個閉合的回路。因此,反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋控制是自動控制的主要形式。在工程上常把在運行中使輸出量和期望值保持一致的反饋控制系統(tǒng)稱為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng),而把用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某種過程的反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)。L型前裝機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓控制控制結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。
圖4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓控制結(jié)構(gòu)圖
3 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的測試和分析
把設(shè)備所有的電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)以及其他的結(jié)構(gòu)件等安裝調(diào)試完成后,啟動設(shè)備做了左轉(zhuǎn)向、無轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向等的一系列空載、有載測試,空載測試是指設(shè)備沒有裝載并處于平整的地面上,有載是指設(shè)備處于裝載的工作狀態(tài),并處于工況不是很好的環(huán)境下,測試結(jié)果見表1所示。(下轉(zhuǎn)第287頁)
從表1中的測試結(jié)果可以看到當有禁止狀態(tài)時,轉(zhuǎn)向接口卡無輸出。當發(fā)出左轉(zhuǎn)向命令的時候,轉(zhuǎn)向接口卡輸出的電壓為12V-18V;當操作手柄處于中位時轉(zhuǎn)向接口卡的輸出為12V;當發(fā)出右轉(zhuǎn)向命令時轉(zhuǎn)向接口卡的輸出為6V-12V;這完全符合當初設(shè)計的期望值,在進一步的測試中該電路輸出穩(wěn)定、可靠符合要求。
4 結(jié)論
本論文的設(shè)計以L型前裝機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計為主題,主要包括電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)倆部分。電氣系統(tǒng)采用LINCS II控制系統(tǒng),由操作手柄通過CAN控制系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)向命令通過數(shù)字接口卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后輸入到VCU(VECHICLE CONTROL UNIT) VCU接受到信號后發(fā)出PWM輸出信號給數(shù)字接口卡的轉(zhuǎn)向接口卡通道,然后再傳輸?shù)絇VG32先導(dǎo)控制閥控制液壓系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向位置傳感器隨時監(jiān)控轉(zhuǎn)向的位置角度并反饋給VCU和給定值比較以便進一步的控制。液壓系統(tǒng)采用電液比例先導(dǎo)控制,液壓油從油箱流入轉(zhuǎn)向泵的入口,液壓壓力油從泵流過高壓過濾器后到達流量放大器閥(Danfoss) 的HP口。當有轉(zhuǎn)向命令時PVG32先導(dǎo)控制閥控制先導(dǎo)油推動流量放大器的方向閥芯后從泵出來的油經(jīng)流量放大閥芯被導(dǎo)向轉(zhuǎn)向油缸從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。
【參考文獻】
[1]皮鈞.工程機械的技術(shù)發(fā)展方向[J].工程機械,2012(11):27-30.
【關(guān)鍵詞】微機控制系統(tǒng) 產(chǎn)品自動包裝生產(chǎn) PLC
隨著工業(yè)革命推進以及科技水平的進步,工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴大,工業(yè)生產(chǎn)的過程也不斷的被強化,消費者對產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高,人工工作的進度遠遠不能夠滿足市場的需求,因此產(chǎn)品自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為了未來機械的發(fā)展趨勢。隨著電子計算機技術(shù)的廣泛運用,智能化和自動化的生產(chǎn)成為當今信息時代的一項新應(yīng)用。我國自動化包裝生產(chǎn)系統(tǒng)起步比國外要晚,目前還存在很多的漏洞,但是由于我國已經(jīng)成為世界上最大的商品出口大國,與此同時,中國的產(chǎn)品包裝生產(chǎn)市場要求也隨著世界消費者的要求變得越來越嚴峻,增強產(chǎn)品自動化包裝生產(chǎn)的危機控制系統(tǒng)的建設(shè),成為中國工業(yè)生產(chǎn)的首要任務(wù),本文基于這些因素,對自動包裝繩的危機控制系統(tǒng)進行了簡要的分析。
一、自動包裝生產(chǎn)微機控制系統(tǒng)的概述
(一)微機控制系統(tǒng)
微機控制系統(tǒng)一般有三種,全氣控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和PC控制系統(tǒng)。氣動控制,即傳動控制和執(zhí)行機構(gòu)全部是氣壓元件,系統(tǒng)全部使用壓縮空氣為工作介質(zhì)。這種控制方法工作介質(zhì)單一,工作比較可靠,系統(tǒng)的安裝調(diào)整和維修也比較方便,但氣動系統(tǒng)較復(fù)雜,元件較多; 電氣控制,氣動的傳動控制采用電器元件,通過電一氣轉(zhuǎn)換后再來控制氣動執(zhí)行元件(如控制閥、氣缸等)。這使得氣動系統(tǒng)本身大為簡化,氣動元件少,氣動系統(tǒng)的故障率低。PC控制則同時具備以上兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)點:這種專用工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的控制系統(tǒng),其內(nèi)部各種中間繼電器、保持繼電器、特殊用途繼電器都是無觸點接觸的開關(guān)信號,極大地降低了電氣系統(tǒng)的故障率,使用PC后,氣動系統(tǒng)大為簡化,實際上,包裝線上每個工位只需一只主控閥和一對執(zhí)行氣缸,氣動系統(tǒng)的故障率也降到最低。
(二)自動包裝生產(chǎn)微機控制系統(tǒng)
一般的自動包裝生產(chǎn)系統(tǒng)相比人工的生產(chǎn)具有三個方面的性能優(yōu)勢、分別是安全性、可靠性和實用性。自動包裝系統(tǒng)的這些性能可以滿足行業(yè)工藝的需求,代替人力降低成本,提高包裝效率和包裝質(zhì)量。自動包裝系統(tǒng)作為一個高速度、智能化、全自動的紡織行業(yè)包裝設(shè)備,是集在線檢測、精密機械、實時控制于一體的大型包裝生產(chǎn)線,各部分協(xié)調(diào)配合,保證整個系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。一般情況下自動包裝系統(tǒng)的核心是PLC控制單元,PLC廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制中,可以適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境,抗干擾能力強,可以控制各個機構(gòu)完成相應(yīng)動作,工作穩(wěn)定可靠。自動包裝生產(chǎn)系統(tǒng)的動力主要來源于電機和氣紅,電機主要用于輸送帶的傳送,氣紅主要用于各模塊的動作,只要配合光電傳感器、行程開關(guān)等,就可以實現(xiàn)各個機械機構(gòu)動作的跟蹤控制,上位監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個包裝過程進行監(jiān)控,可以保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運行。
二、自動包裝生產(chǎn)微機控制系統(tǒng)的原理
全氣動控制方法和電氣控制方法的控制原理是一樣的。包裝生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計,須按位置程序控制的一般模型進行邏輯控制線路的設(shè)計,對邏輯運算、記憶、延時等各個環(huán)節(jié)進行綜合,形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此其工作原理就是:由前一步的動作,發(fā)出動作的行程信號(主令信號),將它輸入邏輯線路經(jīng)運算后發(fā)出執(zhí)行信號,產(chǎn)生下一步的動作。這種控制方法具有連鎖作用,能使執(zhí)行機構(gòu)按程序順序依次動作。現(xiàn)在的產(chǎn)品自動控制系統(tǒng)大多采用了PC控制,PC又稱PLC即可編程邏輯控制器,是在繼電器控制和計算機控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的新型工業(yè)自動控制裝置,pc控制系統(tǒng)內(nèi)部各種中間繼電器、保持繼電器、特殊用途繼電器都是無觸點接觸的開關(guān)信號,極大地降低了電氣系統(tǒng)的故障率,同時內(nèi)部各種中間繼電器、保持繼電器、特殊用途繼電器都是無觸點接觸的開關(guān)信號,極大地降低了電氣系統(tǒng)的故障率。
三、以為例分析自動包裝生產(chǎn)的微機控制系統(tǒng)
(一)的包裝工藝分析
包裝的主要功能是將從定型機輸出的以內(nèi)紙板為支撐折疊好,套入外紙殼并送入塑料包裝袋,封口、打標簽后輸出包裝成品。包裝機主要由三部分組成:載襪臺、折襪機和裝袋機載襪臺是連接定型機與折襪機的過渡機構(gòu)。被輸送到載襪臺,由人工檢查瑕疵,剔除次品,將合格的放在輸送帶上,輸送帶將送到折襪機。將經(jīng)由上輸送帶輸送到可反轉(zhuǎn)的雙層輸送帶斜坡機構(gòu)中,由置放內(nèi)紙板機構(gòu)將內(nèi)紙板放在上,斜坡機構(gòu)再反轉(zhuǎn),同時上輸送帶前段下降,并且折疊好的部分被送到正向運行的下輸送帶上,實現(xiàn)的第一折;當被輸送到特定位置時,下輸送帶反向運轉(zhuǎn),仍留在上輸送帶上的部分則隨著傳送帶運行最終疊在下面的部分上,從而實現(xiàn)第二折;然后上輸送帶上升,下輸送帶再次正向運行,定位板下降,頂住中部,同時翻轉(zhuǎn)折疊機構(gòu)將前部翻折180度,實現(xiàn)第三折;定位板上升,下輸送帶將疊好的襪子送到后續(xù)機構(gòu)。三次折疊的長度都要求十分精準,以保證折疊后平整、美觀。如下圖所示:
(二)自動包裝控制系統(tǒng)
本文采用的自動包裝控制系統(tǒng)主要是使用PLC技術(shù),在設(shè)計自動包裝控制部分時,充分考慮到用戶的功能需求以及與系統(tǒng)的機械部分的配合需求。在具體實現(xiàn)的過程中,又以系統(tǒng)的可靠性與易用性為準則,盡可能把本系統(tǒng)設(shè)計成為一個功能齊全、可靠性高且易于使用的包裝機設(shè)備。自動包裝控制系統(tǒng)的主要控制參數(shù)有輸送帶運行方向、啟停的時間,氣缸、真空吸附機構(gòu)、吹風口的動作時間。由于控制對象較多,且被控對象比較集中,因此采用集中控制系統(tǒng)方案。集中控制系統(tǒng)如下圖所示,每個被控制對象與可編程控制器指定I/O相連接,因此各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另外設(shè)置專門的信號線路。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近,且相互之間的動作有一定聯(lián)系的場合。
(三)自動包裝PLC程序流程
如上圖所示,當自動包裝任務(wù)開始時,系統(tǒng)就會開始初檢,初檢任務(wù)是對所有電機和汽缸的運動能力進行開機檢查,即開機時,讓所有電機和汽缸都運動一下再復(fù)位,確保機器能夠正常運轉(zhuǎn),同時檢查所有的光電傳感器,查看是否有異物,若氣缸不能到位,或光電傳感器前有異物則紅色報警燈亮、蜂鳴器響。當系統(tǒng)的各部分程序正常運轉(zhuǎn)時,就啟動接下來的三個運行任務(wù),分別是:手動運行、半自動運行、自動運行,在自動包裝系統(tǒng)中通常采用第三個,選擇自動運行的任務(wù)。如果一切正常,則等待上位機發(fā)出操作指令,即運行哪個部分控制任務(wù),自動包裝控制系統(tǒng)就會按照原先設(shè)定好的程序進行的包裝,如果發(fā)現(xiàn)意外情況,立即停止全部部分控制任務(wù)的執(zhí)行,然后再啟動停機任務(wù)。
四、結(jié)語
隨著包裝機械競爭日趨激烈,高度自動化、智能化、動功能化、低消耗化、高效率的未來機械的發(fā)展趨勢,自動包裝控制系統(tǒng)采用了機電一體化控制,提高生產(chǎn)效率。目前由于國外的工業(yè)水平比國內(nèi)先進,因此其產(chǎn)品包裝自動化的程度比國內(nèi)要高。本文淺析了產(chǎn)品自動化包裝控制系統(tǒng)的工作原理,特別是其中PLC技術(shù)的運用。
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關(guān)鍵詞:船舶電氣智能 系統(tǒng)設(shè)計 關(guān)鍵技術(shù)分析
由于技術(shù)等方面的制約,我國目前大多數(shù)船舶設(shè)計軟件在電氣設(shè)計方面僅具備繪圖功能。而船舶的電氣系統(tǒng)設(shè)計是一個需要多專業(yè)協(xié)作的復(fù)雜過程,涉及到大量的設(shè)計方案的確定、分析模型的建立、各種設(shè)備的評價選優(yōu)等工作,若靠人工的操作不僅消耗大量的時間而且工作精度不高,嚴重影響設(shè)計的效率和質(zhì)量,本文主要是介紹了船舶信息數(shù)字化、功能模塊參數(shù)化等關(guān)鍵技術(shù)在船舶電氣系統(tǒng)智能化設(shè)計中的應(yīng)用。
一、船舶電氣系統(tǒng)設(shè)計
船舶的電氣系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),各個電氣系統(tǒng)規(guī)律性不統(tǒng)一,而且現(xiàn)在的新的電氣控制系統(tǒng)更新?lián)Q代速度快,所以在設(shè)計中要考慮到系統(tǒng)能實現(xiàn)常規(guī)計算機輔助設(shè)計功能以及資料管理,具有計算生成、自動校驗、數(shù)據(jù)交換等智能化功能的基礎(chǔ)。綜合上述要求,船舶電氣系統(tǒng)設(shè)計主要是通過調(diào)用第三方繪圖軟件和Windows 應(yīng)用程序的技術(shù)方案來實現(xiàn)系統(tǒng)需求,主體框架分操作界面、主程序、參數(shù)繪圖模塊、數(shù)據(jù)庫、資料庫五個部分。
(1)操作界面:主要有項目管理、圖紙管理、計算書生成、材料報表生成、電氣繪圖、標準圖框生成、標準符號生成、三維模型生成、數(shù)據(jù)交換以及幫助十個
主界面。對于功能和需求比較復(fù)雜的主界面,為了進一步的實現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求,配有子界面,例如電氣繪圖主界面配有頁面管理、設(shè)計布置、參數(shù)繪圖、對象編輯四個子界面。
(2)主程序:指為了實現(xiàn)操作界面的相關(guān)操作,主要是為了實現(xiàn)項目、圖紙管理,計算書、材料報表生成,電氣繪圖,輔助設(shè)計模塊的相關(guān)程序以及接口程序。
(3)數(shù)據(jù)庫:數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的核心部分,主要保存著零件及設(shè)備的參數(shù)、項目信息等,主要分為管理數(shù)據(jù)庫和項目數(shù)據(jù)庫管理。而且在系統(tǒng)中,每個項目都有自己的項目數(shù)據(jù)庫,用于存儲其所有電氣系統(tǒng)、電氣設(shè)備以及資料信息.
(4)資料庫:保存所有船舶電氣設(shè)計過程中涉及產(chǎn)生的圖紙和文檔資料.
(5)參數(shù)繪圖模塊:目前的船舶電氣系統(tǒng)中,主要包括電力一次系統(tǒng)圖、廣播系統(tǒng)圖、照明系統(tǒng)圖以及照明布置圖四個部分。
二、船舶電氣智能設(shè)計對象分析
為了更好的實現(xiàn)電氣設(shè)計的智能化,本文對設(shè)計過程中涉及的對象進行了簡單的分析。設(shè)計對象主要分為船體背景、電氣器材和設(shè)計管理信息三大類。
1、船體背景
在船舶的電氣化設(shè)計,船體背景是一個必須要考慮的重要因素,主要是指甲板的環(huán)境變量和設(shè)備所在的區(qū)域?qū)傩?。即在電氣系統(tǒng)圖設(shè)計時,需要在圖紙上按照設(shè)備所處甲板對設(shè)備進行劃分,確定每個設(shè)被的準確位置;再對設(shè)備進行布置時,需要考慮設(shè)備所處區(qū)域的環(huán)境變量。
2、電氣器材
這里的電氣器材主要是指電纜和電氣裝備。在電氣系統(tǒng)的設(shè)計需要對電氣器材的屬性有具體的了解。對于電纜的屬性主要是型號、規(guī)格以及和前后設(shè)備的拓撲關(guān)系。而電氣裝備的屬性則想多比較具體,主要有二維符號、三維模型、名稱、代碼、額定功率、功率因數(shù)等。
3、設(shè)計管理信息
主要是在設(shè)計過程中,為了方便管理,將設(shè)計管理分作船舶項目、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和功能模塊四級,并建立結(jié)構(gòu)樹,進行相關(guān)的屬性信息管理。
三、船舶電氣智能設(shè)計系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析
船舶電氣智能設(shè)計系統(tǒng)中,運用到的高新技術(shù)眾多,本文主要是介紹了船舶信息數(shù)字化、功能模塊參數(shù)化兩種關(guān)鍵技術(shù)。
1、 信息數(shù)字化技術(shù)
信息數(shù)字化技術(shù)在船舶電氣智能設(shè)計系統(tǒng)中,主要將設(shè)計中設(shè)計到的對象進行相關(guān)的數(shù)字化信息處理,即根據(jù)相關(guān)定義原則,將約束條件和屬性采用相關(guān)的數(shù)字代替具體的信息,然后對上述船舶電氣設(shè)計中需要設(shè)計的對象采用相關(guān)的數(shù)字描述,建立船舶電氣數(shù)字化模型。數(shù)字化過程中主要采用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué),將船舶看作由各種“對象”組成的整體,然后根據(jù)相關(guān)的約束條件對各對象的歸類、設(shè)計以及定義屬性、方法以及響應(yīng)的事件,使其能滿足計算機的識別和處理功能。
2、 參數(shù)化方法
在船舶電氣設(shè)計中,比較常用的方法就是查詢修改母型船。但是該方法在查找過程中需要進行大量的信息處理,本文針對該特點采用了參數(shù)化方法。參數(shù)化方法主要是對電氣系統(tǒng)圖紙采用參數(shù)進行量化和識別和相關(guān)功能模塊的描述。主要進行參數(shù)化的因素有船舶類型、裝載(工作能力)、航區(qū)、自動化標志、電力推進、主機、主電源和大型機械設(shè)備等。參數(shù)化模塊主要是指描述描述系統(tǒng)功能的特征項,包括圖面需要表達、繪圖需要的各方面。
本文以船舶電氣智能設(shè)計系統(tǒng)中數(shù)字化、參數(shù)化設(shè)計方法為基礎(chǔ),介紹了AutoCAD中的ActiveX技術(shù)及XData技術(shù),詳細探討了使用該技術(shù)對船舶電氣AutoCAD圖紙(.dwg)的識別與再設(shè)計方法,并給出使用VB語言實現(xiàn)船舶電氣再設(shè)計功能的關(guān)鍵源代碼.該技術(shù)在船舶電氣智能設(shè)計系統(tǒng)中的應(yīng)用解決了AutoCAD圖形與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)的問題及其圖形對象難以被計算機識別的問題。該技術(shù)的應(yīng)用能夠大大縮減母型船轉(zhuǎn)化的速度,提高設(shè)計效率,縮短設(shè)計周期。同時,該技術(shù)對基于AutoCAD平臺設(shè)計的其它專業(yè)也有參考價值。
總而言之,隨著我國科技的日新月異,計算機技術(shù)的快速發(fā)展,我國的船舶電氣智能化設(shè)計將會有很大的進步,步入真正的智能化階段,將大大的縮短設(shè)計成本以及設(shè)計周期。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:自頂向下;概念設(shè)計;方案選擇
中圖分類號:TU621 文獻標識碼:A
1 概念設(shè)計
概念設(shè)計階段,就將產(chǎn)品的主要功能、關(guān)鍵約束、配合關(guān)系等重要信息確定下來,在進行任務(wù)分配時,這些關(guān)鍵約束也同時分配給各子系統(tǒng),這樣,各子系統(tǒng)才能很好地配合,避免發(fā)生沖突。概念設(shè)計因能決定產(chǎn)品成本的60%,因此近年來它成為機械工程領(lǐng)域的重要研究方向。概念設(shè)計的關(guān)鍵步驟即將整個產(chǎn)品進行合理分解。目前通用分解方法有很多種,其中面向功能的分解中的功能樹法適用面比較廣泛。
自頂向下方法功能樹法的建立過程是從總功能開始,采用形如樹根到樹枝的方法逐層分解,一直到最底層方法為止(像一棵倒置的樹)。在確定總功能之前要知道待設(shè)計的目標樹,首先對設(shè)計要求進行抽象,其目的是抓住待設(shè)計系統(tǒng)的本質(zhì),然后用簡短的文字將其進行表示,該文字即為所謂的總功能。挖掘機的總功能即挖掘機指定目標的土或者其他物質(zhì)。
2 功能設(shè)計
產(chǎn)品的功能是產(chǎn)品滿足人的需求的特性,是產(chǎn)品的核心概念。產(chǎn)品設(shè)計以功能為主導(dǎo)。功能設(shè)計(Function Design)就是按照產(chǎn)品定位的主要功能要求,在對用戶需求及現(xiàn)有產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上,對所定位產(chǎn)品應(yīng)具備的目標功能系統(tǒng)進行系統(tǒng)策劃和構(gòu)建的創(chuàng)造活動。產(chǎn)品功能設(shè)計階段的主要任務(wù)是把用戶需求轉(zhuǎn)化為一系列的功能規(guī)格,并實現(xiàn)產(chǎn)品的初步設(shè)計或總體方案設(shè)計,由于功能規(guī)格可以轉(zhuǎn)化為一系列的變量和變量關(guān)系,所以功能規(guī)格的管理實際上可以轉(zhuǎn)化為變量規(guī)格的管理。如下本論文所引用的斗容量10m3正鏟機械式挖掘機設(shè)計要求參數(shù)見表1。
產(chǎn)品功能設(shè)計與概念設(shè)計互為指導(dǎo),而功能設(shè)計指導(dǎo)功能系統(tǒng)設(shè)計、裝配體設(shè)計、部件設(shè)計、零件設(shè)計。由此可見詳細的功能設(shè)計是相當重要的。概念設(shè)計時又是以產(chǎn)品所能實現(xiàn)的功能來定義的。挖掘機的總功能是實現(xiàn)土石的挖掘與裝載,其主要功能是挖掘。然而為了實現(xiàn)其主要功能還必須有其他功能系統(tǒng)作支撐,挖掘機要實現(xiàn)挖掘功能除了具有工作裝置外還必須擁有動力系統(tǒng)。挖掘機挖掘不可能原地不動的挖掘,這就要求挖掘機還必須有行走系統(tǒng),這樣才能實現(xiàn)連續(xù)挖掘和裝載。要實現(xiàn)行走功能必須有從動力系統(tǒng)到行走系統(tǒng)傳遞動力的傳遞設(shè)備,機械式挖掘機使用的是電機減速器傳動系統(tǒng)。為了實現(xiàn)自動化操作,又配備了電控系統(tǒng)。
基于此,本文初步確定機械式挖掘機主要功能系統(tǒng)為工作裝置、動力系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和通風除塵系統(tǒng)等。
3 工作裝置方案選擇
10m3機械式挖掘機屬單梁雙斗桿式工作裝置,包括鏟斗、斗桿、起重臂、推壓機構(gòu)。
3.1鏟斗
鏟斗結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)的合理性選擇對挖掘機的作業(yè)效果影響很大。鏟斗的作業(yè)對象繁多,作業(yè)條件也不同,用一個鏟斗來適應(yīng)任何作業(yè)對象和條件很困難。為了滿足各種特定情況,盡可能提高作業(yè)效率,通常一個挖掘機配有幾種甚至十多種不同斗容量的鏟斗。
對各種鏟斗結(jié)構(gòu)形式設(shè)計的共同要求是:有利于物料的自由流動,要使物料易于卸盡及使裝進鏟斗的物料不易掉出。
結(jié)語
至此基于自頂向下方法設(shè)計出挖掘機工作裝置模型,并最終應(yīng)用Soliworks軟件畫出整個工作裝置模型。經(jīng)實用證明,該工作裝置設(shè)計方案結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高,運行可靠,滿足設(shè)計的要求。
參考文獻
論文摘要:用可編程序控制器和交流變頻調(diào)速技術(shù)對b220龍門刨床進行改造。刨床的主傳動采用轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制,能較好的滿足工作臺靜、動態(tài)特性要求;制動采用了能量回饋制動。改造后系統(tǒng)達到了預(yù)期效果。
龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)主要包括工作臺的主傳動和進給機構(gòu)的邏輯控制兩大部分。目前,國內(nèi)龍門刨床主要采用的主傳動系統(tǒng)有兩種:一種是50年代的電機擴大機一發(fā)電機一電動機組(k—f—d系統(tǒng));一種是80年代少數(shù)經(jīng)過改型的直流可控硅調(diào)速系統(tǒng)(scr—d 系統(tǒng))。這兩種系統(tǒng)的邏輯控制普遍采用繼電器控制,故障率高,維修困難,生產(chǎn)效率低,因此,采用變頻調(diào)速系統(tǒng)已成趨勢。作者用交流變頻調(diào)速技術(shù)和可編程序控制器(plc)改造成功了一臺b220龍門刨床,且改造后系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定。
1 龍門刨床控制系統(tǒng)要求
機床型號為b220,產(chǎn)地為濟南第二機床廠,要求改造后機床的調(diào)速范圍為5m/min一60m/min,系統(tǒng)運行的平滑性要好,能實現(xiàn)無級調(diào)速,且有很好的起制動性能。起制動時既能快速啟動和制動,又保證機械沖擊不過大,不對機械部件造成損害。能快速實現(xiàn)提速、降速和平穩(wěn)的調(diào)節(jié)速度,換向時要減小對齒輪的沖擊。能實現(xiàn)慢速切入,穩(wěn)速加工,快速換向,點動調(diào)節(jié)等各種加工工藝要求。
2 系統(tǒng)組成及工作原理
2-1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由vvvf(變電壓變頻率)變頻器、交流電動機(y280s一8,pe =37kw ,i。=78-2a,n。=740r/min)、測速器組成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是為了對負載的波動和電網(wǎng)的波動有較強的抗干擾能力,以保證刨床的穩(wěn)定運行。刨床的電機均由plc 給出的指令進行控制。設(shè)計時,主傳動用一臺異步電動機代替原k—f—d系統(tǒng)機型,進給機械執(zhí)行機構(gòu)則用變頻調(diào)速器取代原電磁離合器,實現(xiàn)對工作臺的各種不同速度的控制和往返換向。核心部件用plc進行控制,它根據(jù)操作站指令和現(xiàn)場信號,按預(yù)先編制好的程序?qū)ψ冾l器、刀架、橫梁、磨頭的跟蹤狀況進行自動或人工控制。變頻器選用日本富士frn45 ggs一4je電壓型通用變頻器。原系統(tǒng)采用機械式行程開關(guān), 由于工作臺時頻繁的往復(fù)運動,擋塊頻繁地撞擊行程開關(guān),導(dǎo)致行程開關(guān)容易發(fā)生故障,在不可靠的時候更可能產(chǎn)生事故,影響生產(chǎn)。改造中我們用光控無觸點接近開關(guān)代替機械式行程開關(guān),經(jīng)使用效果很好。
2-2 工作原理
2-2-1工作方式
龍門刨的刨削過程是工件(放在刨臺上)與刨刀之間做相對運動的過程。也就是刨臺頻繁的往復(fù)運動。刨臺的運動分為人工點動運行和自動往復(fù)循環(huán)運行。圖1是刨臺的往復(fù)周期運行圖。
圖1 刨臺的往復(fù)周期
2-2-2 主傳動的控制原理
主傳動采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng),來滿足工作臺頻繁換向和負載變化時轉(zhuǎn)速快速跟隨性的要求。
由上式可以看出,在s很小的范圍內(nèi),只要能夠維持氣隙磁通不變,異步電動機的轉(zhuǎn)距就近似與轉(zhuǎn)差角頻率∞、成正比??刂啤?就能達到控制轉(zhuǎn)速的目的。在設(shè)計中我們用了轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器,使(1)。<(1)s ,以使電動機運行在最佳狀態(tài)。因為使用的通用型變頻器具有恒定電壓/頻率(v/f)比的功能,電機的氣隙磁通就可以基本保持不變,因此控制(1)。為最佳就實現(xiàn)了控制轉(zhuǎn)距為最佳的目的。
2-2-3 制動系統(tǒng)原理
工作臺換向制動采用能量回饋制動,用兩組晶閘管(gtr)組成可逆調(diào)速系統(tǒng),制動時將系統(tǒng)中交流電動機發(fā)電制動狀態(tài)的再生電能進行逆變,變成與電網(wǎng)同頻的交流電送回電網(wǎng),來實現(xiàn)電機的再生回饋制動,這種制動方式與能耗型制動方式相比具有很多的優(yōu)點。能節(jié)約電能,并使電機運行平穩(wěn),發(fā)熱少,制動效果好,延長了電機的使用壽命。
3 系統(tǒng)設(shè)計
3-1 plc 的選擇
西門子公司的s7—200系列plc 內(nèi)部集成了32位浮點運算,具有高速汁數(shù)、占空比可調(diào)脈沖輸出、pid調(diào)節(jié)、模擬電位器等功能。在設(shè)計中考慮到控制回路輸入和輸出點數(shù)及運行速度, 選用s7—200cpu226型plc~],它共有24輸)k/16輸出共40個數(shù)字量i/o點。圖2是plc與變頻器的連接圖。變頻器的多檔速度控制端xl、x2、x3分別與plc 的輸出端qo.4、qo.3、qo.2相接,從而,多階段變頻器的輸出頻率將取決于qo.4、qo.3、qo.2狀態(tài)。
變頻器的多檔升、降速時間控制端x4、x5分別與plc的輸出端q0.1、q0.0相接,從而變頻器在不同階段的升、降速時間將取決于qo.1、qo.0的狀態(tài)。
變頻器的正向控制端fwd、反向控制端rev以及點動控制端ddd 分別與plc 的輸出端q0_5、q0.6、q0.7相接。
3-2 plc程序設(shè)計
龍門刨床自動進刀、換向、刀架的自動進給、手動進退、點動、橫梁升降等功能都由plc軟件來實現(xiàn)。圖3給出了主程序流程圖。
工作臺往復(fù)工作程序梯形圖如圖4所示。圖中m1.0、m1.1— —m1_7是plc 內(nèi)部的輔助繼電器
圖中:t 循環(huán)開始與緊急停機段
t1— — 刨刀開始切人工件段 t2— — 正常切削段
t3— — 退出工件段 t4— — 高速返回段
t5— — 低速返回段 t 點動控制
圖4 工作臺往復(fù)工作梯形圖
其中tl-t5段與圖1中的刨臺往復(fù)運動的各個階段相對應(yīng)。
[論文摘要]通過對制冷空調(diào)行業(yè)發(fā)展狀況的調(diào)查以及行業(yè)、企業(yè)對人才需求情況的預(yù)測分析,制定人才培養(yǎng)目標,確定職業(yè)崗位,使培養(yǎng)的學(xué)生成為適合社會需要、符合企業(yè)要求的高素質(zhì)、技能性人才。
教育部在16號文中明確指出:“針對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的要求,靈活調(diào)整和設(shè)置專業(yè),是高等職業(yè)教育的一個重要特色。”了解行業(yè)發(fā)展動態(tài),預(yù)測人才需求狀況,是專業(yè)人才培養(yǎng)目標準確定位的重要依據(jù)。據(jù)此制定人才培養(yǎng)方案才更符合高等職業(yè)教育開放性、實踐性和職業(yè)性的要求,畢業(yè)的學(xué)生才能成為企業(yè)真正需要的高素質(zhì)、技能性人才。
一、行業(yè)前景發(fā)展狀況
目前,我國制冷空調(diào)工業(yè)產(chǎn)值約為2000億元人民幣,平均年增長率達到20%,僅次于美、日兩國,是世界第三大冷凍空調(diào)設(shè)備的生產(chǎn)國,中國制冷空調(diào)行業(yè)是全球同行業(yè)內(nèi)發(fā)展最迅速、最具活力的市場。
2007年底,“武漢城市圈”獲批資源節(jié)約型和環(huán)境友好型綜合配套改革試驗區(qū),隨著“中部崛起”戰(zhàn)略實施和“兩型社會”建設(shè)的推進,武漢將實現(xiàn)先進制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的格局。作為先進制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的一部分,制冷與空調(diào)行業(yè)也迎來了前所未有的發(fā)展空間和機遇。
武漢有著悠久的制冷空調(diào)制造業(yè)歷史和雄厚的行業(yè)基礎(chǔ),由于其得天獨厚的地理優(yōu)勢和四季分明的氣候特征,使得武漢成為國內(nèi)外制冷空調(diào)企業(yè)的焦點。眾多國際國內(nèi)品牌紛紛來漢投資建廠,武漢已經(jīng)成為國內(nèi)最具規(guī)模的制冷空調(diào)產(chǎn)業(yè)制造基地之一,其空調(diào)制造企業(yè)占據(jù)了全國的一半以上。同時,與發(fā)達的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)相關(guān)聯(lián),武漢各種食品的冷凍加工和冷藏能力達數(shù)萬噸;空調(diào)制冷工程安裝公司近千家;已注冊的能承擔制冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工作的設(shè)計院200余家;新的節(jié)能型制冷空調(diào)裝置與機器設(shè)備,成為業(yè)內(nèi)科研人員的熱門課題。
武漢經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)建區(qū)16年來,以優(yōu)良的投資環(huán)境吸引了法、美、英、日等20余個國家和地區(qū)的客商來區(qū)投資,總投資額達600多億元。經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)已經(jīng)成為投資積聚的洼地,并成為武漢市汽車及機電產(chǎn)業(yè)的聚集區(qū)。而武漢商業(yè)服務(wù)學(xué)院位于武漢經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi),這為制冷與空調(diào)專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)群的建設(shè)帶來良好的發(fā)展機遇。
二、人才需求情況分析
(一)社會需求量大
據(jù)調(diào)查,目前我省現(xiàn)有食品冷藏行業(yè)一線運行管理的技術(shù)人員大多是中專及以下文化層次,專科層次人才極少。制冷空調(diào)工程施工技術(shù)人員的情況略好于運行管理,但大專及以上文化層次技術(shù)人員仍很缺乏,這在中小型規(guī)模及縣級施工隊伍中表現(xiàn)得尤為突出。目前普遍存在的制冷空調(diào)系統(tǒng)運行能耗大、費用高,冷凍冷藏食品變質(zhì)等現(xiàn)象與運行管理人員的技術(shù)水平有直接關(guān)系,這已嚴重制約了該行業(yè)的發(fā)展。僅以每個中等規(guī)模以上食品冷藏庫需要兩個高職生計算,我省現(xiàn)有冷庫的運行管理就需要約6000人。2007年,我省超過1萬平方米建筑面積的中央空調(diào)系統(tǒng)就有5000多家,需要高層次運行管理人員至少20000人。施工單位至少需要2000人。還有設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的銷售、技術(shù)支持等崗位也需要大量高職層次的人員。由此可見,我省制冷與空調(diào)行業(yè)有著龐大的社會需求和廣闊的發(fā)展前景。
據(jù)武漢制冷學(xué)會統(tǒng)計,全國平均每年需要本專業(yè)的高職生約20000人,僅武漢市區(qū),2008年制冷與空調(diào)行業(yè)專業(yè)人才的需求量逾5000人以上,預(yù)計2009~2010年的需求量還將以幾何級數(shù)遞增,這些都為我院制冷空調(diào)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)提供了廣闊的前景。
(二)技術(shù)規(guī)格要求高
行業(yè)技術(shù)進步和跨國經(jīng)營的發(fā)展,對從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)水平有了更高要求,主要表現(xiàn)在:1.具有較強的專業(yè)技能與實踐能力,畢業(yè)后可直接上崗。2.高技能的復(fù)合型人才,可獨立承擔較綜合的工作任務(wù);如工程公司最渴望技術(shù)人員能承擔從項目的投標一直到最后的完工驗收全套的技術(shù)工作,這要求技術(shù)人員具有工程設(shè)計的一般知識、工程預(yù)算技能、施工組織管理等能力。3.具有較強的獨立思考、分析與解決問題的能力、創(chuàng)新能力,以及適應(yīng)新技術(shù)不斷發(fā)展的能力。4.具有強烈的事業(yè)心和責任感,扎根基層、服務(wù)基層的意識,踏實的工作作風、團結(jié)合作的精神等基本素質(zhì)。5.具備信息技術(shù)及電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用能力。6.具備本行業(yè)新產(chǎn)品、新技術(shù)的應(yīng)用和國際交流合作能力。
制冷空調(diào)行業(yè)的大力發(fā)展對一線高層次技術(shù)人才的需求不僅表現(xiàn)在數(shù)量上,對人才的技術(shù)規(guī)格要求也有了明顯變化。從崗位來看,以冷庫制冷系統(tǒng)和中央空調(diào)系統(tǒng)的運行管理、工程安裝施工管理對人才需求量最大。
三、職業(yè)崗位能力要求
(一)制冷工
從事的工作主要包括:(1)操作制冷壓縮機,使制冷劑升壓、冷卻、冷凝、液化;(2)控制節(jié)流閥,使制冷劑在蒸發(fā)器中汽化吸收載冷體的熱量,降低載冷體溫度達到工藝指標;(3)使用冷卻泵,將低溫的載冷體輸送到用冷設(shè)備;(4)調(diào)控制冷系統(tǒng)的壓力、溫度、流量等工藝參數(shù);(5)向制冷系統(tǒng)中補充制冷劑或載冷體;(6)發(fā)現(xiàn)并處理制冷系統(tǒng)中的異?,F(xiàn)象和事故;(7)填寫生產(chǎn)記錄報表。
(二)中央空調(diào)操作工
從事的工作主要包括:(1)看懂中央空調(diào)系統(tǒng)平面圖、立面圖、管道圖、電力配置圖、系統(tǒng)與管道軸測圖;(2)能掌握各類機組的操作規(guī)章(包括:開機前準備、開機順序、停機操作);(3)熟悉中央空調(diào)各組成部分的工藝流程,不同情況條件下的正常運行參數(shù);(4)懂得常用測量儀表的使用、調(diào)定,懂得系統(tǒng)中安全保護裝置的作用,額定安全值及調(diào)整方法;(5)掌握運行中調(diào)節(jié)技術(shù);(6)能判斷制冷系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、水系統(tǒng)的常見故障并在本工種規(guī)范內(nèi)排除。
(三)制冷設(shè)備維修工
從事的工作主要包括:(1)核檢、判斷來件故障和損壞程度;(2)根據(jù)需要更換、修理的零部件程度,確定修理價格和修理期限;(3)使用萬用表、兆歐表等儀器儀表、工具,修理、更換壞損部件,添加冷凍液等;(4)使用有關(guān)檢測儀器調(diào)試、檢驗所修設(shè)備;(5)交件并解答用戶提出的問題。
四、結(jié)論
根據(jù)以上對制冷與空調(diào)行業(yè)企業(yè)的發(fā)展狀況的前景預(yù)測以及對人才的需求情況的市場調(diào)查結(jié)果,并在此基礎(chǔ)上召開了行業(yè)專家、學(xué)者、企業(yè)經(jīng)理、車間班組長、畢業(yè)生代表座談會,聽取他們對人才培養(yǎng)方案的意見和不同的職業(yè)崗位對人才在素質(zhì)、知識、能力等方面的要求。在此基礎(chǔ)上確定了《制冷與空調(diào)》專業(yè)的培養(yǎng)目標是:
本專業(yè)培養(yǎng)擁護黨的基本路線,德、智、體、美等方面全面發(fā)展,具有良好職業(yè)道德和文化修養(yǎng),面向制冷與空調(diào)行業(yè)從事小型制冷裝置的安裝調(diào)試、技術(shù)支持,制冷與空調(diào)系統(tǒng)(設(shè)備)的運行管理、維護保養(yǎng),中小型制冷與空調(diào)工程的設(shè)計施工、組織管理等工作的高素質(zhì)、技能型專門人才。