關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的應(yīng)用分析

摘 要：針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化快速發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)其在鍋爐汽包水位控制和冷卻器控制中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，明確自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用具有的優(yōu)勢(shì)，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化后續(xù)發(fā)展提供可靠的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造；自動(dòng)化；鍋爐汽包水位控制；冷卻器控制

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0252-02

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化即將電子與機(jī)械技術(shù)作為核心，不同技術(shù)和學(xué)科充分結(jié)合與滲透的主要產(chǎn)物，是一門正處快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)的新興學(xué)科，通過(guò)機(jī)械自動(dòng)化，能使機(jī)械工業(yè)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)方式和技術(shù)結(jié)構(gòu)都發(fā)生本質(zhì)上的改變，并使現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)從最初的機(jī)械電器化實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化。

1 在鍋爐汽包水位控制中的應(yīng)用

在蒸汽生產(chǎn)中，鍋爐汽包為重要設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用，使汽包液位實(shí)際高度處在要求的范圍內(nèi)，是十分重要的。如果水位相對(duì)較低，則會(huì)對(duì)產(chǎn)氣量造成影響，使鍋爐發(fā)生干燒，引起安全事故；如果水位相對(duì)較高，則生產(chǎn)的蒸汽中將含有大量的水，對(duì)蒸汽質(zhì)量造成影響。以上都是極為危險(xiǎn)的，所以要對(duì)汽包液位進(jìn)行有效控制，以保證生產(chǎn)安全[1]。

1.1 單沖量控制

汽包的水位控制主要是對(duì)給水進(jìn)行控制，按照這一基本原理，可采用如圖1所示的控制系統(tǒng)。

所謂沖量，即一種變量，而單沖量實(shí)際上就是汽包水位。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。如果蒸汽負(fù)荷明顯增加，則會(huì)出現(xiàn)假水位的情況，使控制器無(wú)法控制給水閥使給水量增加，使鍋爐內(nèi)的物料保持平衡。待假水位的現(xiàn)象消失以后，因蒸汽量有所增加，所以送水量將明顯減小，造成劇烈波動(dòng)，引起安全事故?；诖耍瑢?duì)停留時(shí)間相對(duì)較短和負(fù)荷變動(dòng)劇烈的實(shí)際情況，該系統(tǒng)不可使用，難以達(dá)到正常水位。從小型鍋爐角度講，因水在汽包當(dāng)中需要長(zhǎng)時(shí)間停留，所以蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，上述提到的假水位將不明顯，加之設(shè)有報(bào)警系統(tǒng)，所以能保證操作的安全性?？梢?jiàn)，該系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)的實(shí)際要求[2]。

1.2 雙沖量控制

在對(duì)汽包水位進(jìn)行控制時(shí)，蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化是最主要的干擾之一。若以蒸汽流量為依據(jù)來(lái)實(shí)施校正，則除了能對(duì)誤動(dòng)作進(jìn)行補(bǔ)償，還能使控制閥及時(shí)動(dòng)作，避免水位發(fā)生劇烈波動(dòng)，對(duì)控制品質(zhì)進(jìn)行有效改善?；诖耍胝羝髁窟@一信號(hào)，即可構(gòu)成雙沖量的水位控制系統(tǒng)。就本質(zhì)來(lái)看，該系統(tǒng)是在單回路基礎(chǔ)上引入前饋控制的復(fù)合式的系統(tǒng)。其中，前饋屬于靜態(tài)前饋，如果要考慮兩條通道在動(dòng)態(tài)方面的差異，要引入相應(yīng)的補(bǔ)償環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)連接方面，加法器實(shí)際輸出可采用以下公式計(jì)算得出：

I=C1IC±C2IF±I0（1）

式（1）中，IC表示控制器實(shí)際輸出；IF表示初始偏置值；C1和C2均表示加法器系數(shù)，其中，C1通常取1，而C2的取值需要理論分析得出。此外，設(shè)置I0的主要目的在于確保其保持在正常負(fù)荷條件下，加法器與控制器實(shí)際輸出均有適中值。在條件允許的情況下，I0應(yīng)與C2IF盡可能的接近，以實(shí)現(xiàn)相互抵消。

1.3 三沖量控制

通過(guò)以上分析可知，對(duì)于雙沖量控制，它存在以下兩項(xiàng)缺陷：①控制閥實(shí)際工作特性并不完全屬于線性特性，使靜態(tài)補(bǔ)償?shù)碾y度很大；②無(wú)法克服給水系統(tǒng)方面造成的擾動(dòng)?；诖?，可通過(guò)對(duì)給水流量信號(hào)的再次引入來(lái)構(gòu)成一個(gè)新的控制系統(tǒng)[3]。

在實(shí)際情況中，三沖量控制有很多實(shí)施方案，以其中一種為例，即串級(jí)控制和前饋控制相結(jié)合的控制，以汽包水位為主要沖量，而給水流量為次要沖量。如果汽包的實(shí)際停留時(shí)間相對(duì)較短，或存在嚴(yán)重的虛假水位情況，則應(yīng)引入流量信號(hào)具有的微分作用。此信號(hào)必須是負(fù)微分，防止因負(fù)荷突變而造成停機(jī)。

該系統(tǒng)加法器對(duì)應(yīng)的運(yùn)算關(guān)系和上述提到的雙沖量控制基本相同，其參數(shù)設(shè)置為：

（1）C1既可取1，也可取比1略顯的值；

（2）如果采用氣開閥，則C2應(yīng)取正值，根據(jù)物料平衡關(guān)系實(shí)施計(jì)算；

（3）I0取值應(yīng)和以上控制系統(tǒng)相一致。

在本系統(tǒng)當(dāng)中，水位與流量的控制器，其參數(shù)整定方式和普通串級(jí)控制基本一致。部分裝置中，運(yùn)用了較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，僅裝設(shè)一臺(tái)加法器與控制器，在控制器的前段連接加法器。當(dāng)然，也可將加法器安裝在控制器以后。

對(duì)于加法器，其正負(fù)號(hào)表示采用氣關(guān)閥與正作用控制器實(shí)際情況。采用氣關(guān)閥與正作用控制器直接相連的方法，能減少儀表的數(shù)量，僅裝設(shè)一個(gè)控制器就可以達(dá)到要求；而若系數(shù)的設(shè)置無(wú)法保證物料達(dá)到平衡，在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，實(shí)際水位將產(chǎn)生余差。采用在水位裝設(shè)正作用控制器的連接方法，雖然水位沒(méi)有余差，但需要使用很多的儀表，無(wú)論是系數(shù)設(shè)置，還是投運(yùn)，都比之前的方法復(fù)雜。因此，在實(shí)際情況中要根據(jù)具體要求選擇適宜的連接方法。

2 在冷卻器控制中的應(yīng)用

2.1 冷卻劑流量控制

對(duì)冷卻劑流量有效控制而言，其作用機(jī)理為通過(guò)對(duì)傳熱面積的改變來(lái)達(dá)到預(yù)期控制目的?？刂葡到y(tǒng)必須保持平穩(wěn)，充分利用現(xiàn)有的冷量，而且對(duì)壓縮機(jī)而言，其入口壓力應(yīng)沒(méi)有太大的影響。然而，該方法在靈活性上較差，蒸發(fā)空間難以保證，容易使壓縮機(jī)遭到損壞?；诖耍ㄗh采用串級(jí)控制系統(tǒng)，在運(yùn)用該系統(tǒng)時(shí)，可有效限制液位，確保蒸發(fā)空間達(dá)到充足。

2.2 氣氨排量控制

對(duì)氣氨排量的有效控制而言，其作用機(jī)理為通過(guò)對(duì)平均溫度的改變來(lái)控制出口端實(shí)際溫度，該系統(tǒng)靈活迅速，而制冷系統(tǒng)應(yīng)能允許入口側(cè)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)。除此之外，該系統(tǒng)對(duì)冷量的實(shí)際利用也不夠充分。為保證系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，應(yīng)采取液位控制方案，避免液氨進(jìn)入管道當(dāng)中，對(duì)壓縮機(jī)造成損壞[4]。

通過(guò)上述分析可以看出，被控設(shè)備與自動(dòng)控制能構(gòu)成基本無(wú)人參與的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)的操作人員在操作控制室中，即可對(duì)裝置實(shí)際變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，能從本質(zhì)上保證生產(chǎn)安全，減少勞動(dòng)量，降低出錯(cuò)率。近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模明顯擴(kuò)大，對(duì)自然環(huán)境的破壞與污染越來(lái)越嚴(yán)重，而自動(dòng)化控制能從根本上減少污染，使工業(yè)生產(chǎn)得到快速發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

從以上應(yīng)用效果看，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的合理應(yīng)用，不僅能提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造與控制的技術(shù)水平，還能從根本上減少勞動(dòng)力，保證生產(chǎn)制造過(guò)程中的安全性與可靠性，避免發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題和安全隱患。

參考文獻(xiàn)

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[3]梁喜佳，張洪偉.淺析機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（06）：126.

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收稿日期：2018-5-12