淺析機電一體化及其在水泥工業(yè)上的應(yīng)用

劉盈川

摘要：隨著科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的舊模式“機械電氣化”已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求了。本文介紹了機電一體化的組成和特點，并結(jié)合自己在水泥公司多年的工作經(jīng)驗，講述了機電一體化在水泥工業(yè)上的應(yīng)用實例，進一步闡述了機電一體化的廣泛發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：機電一體化 水泥工業(yè) 應(yīng)用

“機電一體化” 是機械技術(shù)與計算機、微電子、信息和自動控制等復(fù)合而成的一門新技術(shù)，它涉及了許多新概念、基礎(chǔ)學(xué)科和邊緣學(xué)科，是從系統(tǒng)工程出發(fā)，使設(shè)備或系統(tǒng)實現(xiàn)整體最佳化。機電一體化的初級系統(tǒng)是指采用一般集成電路來提高機械裝置的性能和功能（如電子皮帶秤、微機控制的定量給料機等）；機電一體化的高級系統(tǒng)，是采用計算機實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，如工業(yè)機器人，水泥廠燒成系統(tǒng)的模糊邏輯控制等。 采用機電一體化技術(shù)，可以使生產(chǎn)技術(shù)和裝備面貌大為改觀，可以代替復(fù)雜笨重勞動，不僅節(jié)約大量時間、材料和成本，還有著廣泛的發(fā)展前景。

1、機電一體化組成

機電一體化不管其大小，主要由5部分組成：機械裝置；檢測裝置和傳感器、變送器；信息處理部分；驅(qū)動器和執(zhí)行器；接口部分。機械裝置主要是機械結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)的主體，例如電子皮帶秤的皮帶機就是機電一體化的機械部分。檢測裝置這部分收集機械本體的工作情況及環(huán)境信息，通過傳感器、變送器將售號送至信號處理部分， 進行信息處理。信息處理部分起著“大腦”的作用，它由硬件和軟件兩部分組成，檢測來的信號與原設(shè)計值進行比較，能進行邏輯判斷，以實現(xiàn)動作的自動化和智能化。驅(qū)動器一般就是電動機， 執(zhí)行器是用來執(zhí)行控制器的指令完成某種特定動作，有時驅(qū)動器就是執(zhí)行器。上述各部分之間的聯(lián)系， 要由接口來實現(xiàn)， 接口一般分為傳動接口、驅(qū)動接口、變送接口等。

2、機電一體化的特點

機電一體化是一門新興的邊緣性的技術(shù)學(xué)科，機電一體化產(chǎn)品具有可以自動監(jiān)視、診斷、報警、保護的功能；具有自動處理和控制信息的功能，可以通過自動控制系統(tǒng)確保機械的操作者按照設(shè)計要求精確地完成預(yù)先設(shè)定好的程序，以使其不會依靠主觀思想來行動，從而保證良好的工作質(zhì)量和完美的產(chǎn)品合格率，而機械控制的靈敏度和檢測的精確度及范圍也獲得了提高；采用復(fù)合技術(shù)、復(fù)合功能，這脫離了原來傳統(tǒng)機電產(chǎn)品單技術(shù)、單功能的局限，很大程度上提高了產(chǎn)品的功能水平及自動化的程度；利用程序控制和數(shù)字顯示技術(shù)，減少了操作的按鈕和手柄的數(shù)目，使操作變得更為簡單方便；在不同的應(yīng)用領(lǐng)域和場合，其具有可以自動控制、自動補償、調(diào)節(jié)、自動校驗、保護及智能化等功能，從而能夠迅速的滿足不同用戶的不同需求；具體的安裝調(diào)試過程中，可根據(jù)不同用戶對象的需要、實際參數(shù)的變化等來相應(yīng)的改變控制程序以使其適應(yīng)變化的工作方式。而且不必改變產(chǎn)品的任何部件或零件，只需利用不同的手段，就能將這些控制程序輸入到產(chǎn)品的控制系統(tǒng)里。

3、機電一體化在水泥工業(yè)上的應(yīng)用實例

3.1水泥回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)的模糊邏輯控制。

根據(jù)模糊邏輯程序決定回轉(zhuǎn)窯的操作程序和恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)的程度，給出操作量，這種控制可稱為“康復(fù)控制”。 當(dāng)回轉(zhuǎn)窯用這種方式控制時，是檢測回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)矩的變化，控制住穩(wěn)定狀態(tài)時的變動。

模糊邏輯控制采用了熟練工人的最佳經(jīng)驗，比一般人工操作有更好的效果。模糊邏輯控制程序（軟件）、計算機（硬件）與回轉(zhuǎn)窯（機械裝置）結(jié)合起來，就是高級的機電一體化體現(xiàn)，丹麥?zhǔn)访芩构竞腿毡舅喙镜纫延惺褂脤嵗?/p>

3.2水泥生料立磨的模糊邏輯控制。

近年來立磨（輥式磨）逐漸得到普遍采用由于立磨（輥式磨）具有消耗動力小，占地面積省，易于起動和停止等優(yōu)點，而立磨的多變數(shù)控制，用數(shù)學(xué)模型的方法還有一定難度。具有生產(chǎn)經(jīng)驗的熟練操作工人，能夠觀察這些參數(shù)的變化，據(jù)自己的判斷就能很好地操作。

從這種情況出發(fā)開發(fā)的模糊邏輯控制法，建立了2個控制回路：（1）皮帶喂料機的速度回路；（2）磨輥油壓回路。立磨的模糊邏輯控制法可使喂料量增加，電能消耗降低，當(dāng)有故障時可根據(jù)控制程序恢復(fù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。這種生料磨的機電一體化已在日本東谷水泥廠5號生料磨上使用。

3.3微機核子秤。

現(xiàn)在國內(nèi)已有幾家生產(chǎn)微機核子秤的廠家。微機核子秤是利用物質(zhì)吸收r射線的原理，由輸送機、微機控制系統(tǒng)、放射源和探測器等組成。放射源放射出的r射線被皮帶機上的物料吸收一部分后，其余照射到r射線探測器上，探測器感應(yīng)的信號及皮帶機的速度信號，由微機演算，根據(jù)預(yù)先給定的比例系數(shù)或定值流量數(shù)據(jù)調(diào)整調(diào)節(jié)控制信號， 控制輸送機的輸送速度，調(diào)節(jié)給料量，達到定值給料或多種物料配比給料。

3.4沖擊式流量計。

這種流量計的原理是，利用一定高度上的粉粒體物料落下時，對沖擊板的沖擊力、摩擦力、反彈力和本身重力等合力的水平分力， 與瞬間物料流量成正比，其負(fù)荷傳感信號由控制器進行演算，與設(shè)定值對比，并給出瞬間流量、累計流量或?qū)ΜF(xiàn)行給料量進行修正，調(diào)節(jié)、給料機的運轉(zhuǎn)速度等，這是典型的機電一體化裝置，以日本三協(xié)創(chuàng)新株式會社和德國申克公司、E十H 公司產(chǎn)品著稱。

3.5磨機負(fù)荷控制裝置。

磨機負(fù)荷控制裝置已在日本一些水泥廠和韓國一些水泥廠得到采用。以往球磨機控制系統(tǒng)是靠所謂“ 電耳” 檢測磨音或檢測磨機出口提升機電流的大小來控制磨機入口的給料量的，日本三協(xié)創(chuàng)新株式會社在此基礎(chǔ)上進行了改進，整個控制系統(tǒng)包括檢測部分（ 麥克風(fēng)、電流表和在線式?jīng)_擊流量計） 、信息處理部分（ 調(diào)節(jié)器和變換器） 、執(zhí)行部分（ 可控皮帶給料機） 和記錄器、產(chǎn)品細(xì)度在線測定器等組成。這種形式的機電一體化裝置既可檢測磨機的產(chǎn)量又可根據(jù)磨機入口原料的變化情況（如粒度、易磨性、水分等），自動調(diào)節(jié)喂料量，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，實現(xiàn)磨機的連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

3.6磨在線粒度測定器。

這是日本Sankyo Pioteeh公司研制的一種在線粒度檢測裝置。一般對水泥磨成品細(xì)度的檢測都是人工取樣，用篩分法或布氏比表面積法離線測定，故而誤差較大并且不能隨時反映磨機生產(chǎn)情況，不能適應(yīng)全自動控制磨機的要求。新型的在線粒度測定裝置，具有很高的試樣分級性能，當(dāng)與沖擊式流量計配合使用時，由控制器（微機）進行數(shù)據(jù)采集和處理，可實現(xiàn)連續(xù)在線粒度測定，細(xì)度可用篩余或比表面積表示，這種機電一體化的產(chǎn)品，再與磨機負(fù)荷控制裝置配合使用，磨機的自動化生產(chǎn)便有了保證。近年來出現(xiàn)的水泥包裝微機控制裝置、立窯生料配料系統(tǒng)、失重給料器、電腦控制轉(zhuǎn)子秤以及粉體自動剪切試驗儀等粉體物性測定裝置，都逐漸實現(xiàn)了機電一體化。

4、結(jié)語

機電一體化可以用于新裝置新設(shè)備上，同樣對老企業(yè)的老設(shè)備老裝置也有同樣意義。機電一體化的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，發(fā)展機電一體化，就要發(fā)展微電r技術(shù)，井且要在專業(yè)分工和設(shè)計科研體制方面，適應(yīng)新的情況提高人的素質(zhì)，以便促進機電一體化的發(fā)展。機電一體化由機電設(shè)備、微機的軟硬件結(jié)合在一起，產(chǎn)品附加值最高，可以大大減輕人的體力勞動，便得工業(yè)生產(chǎn)結(jié)溝從勞動密集型向智力密集型轉(zhuǎn)化。

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