機(jī)電一體化及其在水泥工業(yè)上的應(yīng)用

【摘 要】本文介紹了機(jī)電一體化的組成和特點(diǎn)，并結(jié)合自己在水泥公司多年的工作經(jīng)驗(yàn)，講述了機(jī)電一體化在水泥工業(yè)上的應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)一步闡述了機(jī)電一體化的廣泛發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；工業(yè)；應(yīng)用

引言

“ 機(jī)電一體化” 是機(jī)械技術(shù)與計(jì)算機(jī)、微電子、信息和自動(dòng)控制等復(fù)合而成的一門(mén)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(shí)現(xiàn)整體最佳化。機(jī)電一體化的初級(jí)系統(tǒng)是指采用一般集成電路來(lái)提高機(jī)械裝置的性能和功能（如電子皮帶秤、微機(jī)控制的定量給料機(jī)等）；機(jī)電一體化的高級(jí)系統(tǒng)，是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，如工業(yè)機(jī)器人，水泥廠燒成系統(tǒng)的模糊邏輯控制等。

采用機(jī)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(dòng)，不僅節(jié)約大量時(shí)間、材料和成本，還有著廣泛的發(fā)展前景。

一、機(jī)電一體化組成

機(jī)電一體化不管其大小，主要由5部分組成：機(jī)械裝置；檢測(cè)裝置和傳感器、變送器；信息處理部分；驅(qū)動(dòng)器和執(zhí)行器；接口部分。

機(jī)械裝置主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)的主體，例如電子皮帶秤的皮帶機(jī)就是機(jī)電一體化的機(jī)械部分。檢測(cè)裝置這部分收集機(jī)械本體的工作情況及環(huán)境信息，通過(guò)傳感器、變送器將售號(hào)送至信號(hào)處理部分， 進(jìn)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(cè)來(lái)的信號(hào)與原設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，能進(jìn)行邏輯判斷，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的自動(dòng)化和智能化。驅(qū)動(dòng)器一般就是電動(dòng)機(jī)， 執(zhí)行器是用來(lái)執(zhí)行控制器的指令完成某種特定動(dòng)作，有時(shí)驅(qū)動(dòng)器就是執(zhí)行器。上述各部分之間的聯(lián)系， 要由接口來(lái)實(shí)現(xiàn)， 接口一般分為傳動(dòng)接口、驅(qū)動(dòng)接口、變送接口等。

二、機(jī)電一體化的特點(diǎn)

機(jī)電一體化與微電子技術(shù)密切相關(guān)，因?yàn)闄C(jī)電一體化離不開(kāi)微電子元件，更離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)。機(jī)電一體化采用了交叉技術(shù)和邊緣技術(shù)， 所涉及的知識(shí)領(lǐng)域有精密儀器、檢測(cè)與傳感、自動(dòng)控制、優(yōu)化技術(shù)和系統(tǒng)工程等。使產(chǎn)品和裝備的性能提高，功能加強(qiáng)，還可提高產(chǎn)品的可靠性，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少裝備的體積和重量，節(jié)約能源。機(jī)電一體化對(duì)新產(chǎn)品或新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有著重要意義，同樣對(duì)老設(shè)備老系統(tǒng)的改造也有重要意義。

三、機(jī)電一體化在水泥工業(yè)上的應(yīng)用實(shí)例

（一）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(yùn)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(shí)，是檢測(cè)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)矩的變化，控制住穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的變動(dòng)。

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

（二）水泥生料立磨的模糊邏輯控制。

近年來(lái)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(dòng)力小，占地面積省，易于起動(dòng)和停止等優(yōu)點(diǎn)，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(yàn)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(kāi)發(fā)的模糊邏輯控制法，建立了2個(gè)控制回路：（1）皮帶喂料機(jī)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(shí)可根據(jù)控制程序恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。這種生料磨的機(jī)電一體化已在日本東谷水泥廠5號(hào)生料磨上使用。

（三）微機(jī)核子秤。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有幾家生產(chǎn)微機(jī)核子秤的廠家。微機(jī)核子秤是利用物質(zhì)吸收r射線的原理，由輸送機(jī)、微機(jī)控制系統(tǒng)、放射源和探測(cè)器等組成。放射源放射出的r射線被皮帶機(jī)上的物料吸收一部分后，其余照射到r射線探測(cè)器上，探測(cè)器感應(yīng)的信號(hào)及皮帶機(jī)的速度信號(hào)，由微機(jī)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(hào)， 控制輸送機(jī)的輸送速度，調(diào)節(jié)給料量，達(dá)到定值給料或多種物料配比給料。

（四）沖擊式流量計(jì)。

這種流量計(jì)的原理是，利用一定高度上的粉粒體物料落下時(shí)，對(duì)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(hào)由控制器進(jìn)行演算，與設(shè)定值對(duì)比，并給出瞬間流量、累計(jì)流量或?qū)ΜF(xiàn)行給料量進(jìn)行修正，調(diào)節(jié)、給料機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度等，這是典型的機(jī)電一體化裝置，以日本三協(xié)創(chuàng)新株式會(huì)社和德國(guó)申克公司、E十H 公司產(chǎn)品著稱。

（五）磨機(jī)負(fù)荷控制裝置。

磨機(jī)負(fù)荷控制裝置已在日本一些水泥廠和韓國(guó)一些水泥廠得到采用。以往球磨機(jī)控制系統(tǒng)是靠所謂“ 電耳” 檢測(cè)磨音或檢測(cè)磨機(jī)出口提升機(jī)電流的大小來(lái)控制磨機(jī)入口的給料量的，日本三協(xié)創(chuàng)新株式會(huì)社在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，整個(gè)控制系統(tǒng)包括檢測(cè)部分（ 麥克風(fēng)、電流表和在線式?jīng)_擊流量計(jì)） 、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(jī)） 和記錄器、產(chǎn)品細(xì)度在線測(cè)定器等組成。這種形式的機(jī)電一體化裝置既可檢測(cè)磨機(jī)的產(chǎn)量又可根據(jù)磨機(jī)入口原料的變化情況（如粒度、易磨性、水分等），自動(dòng)調(diào)節(jié)喂料量，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

（六）輸送在線流量計(jì)。

以往粉粒體的空氣輸送，要測(cè)定它的瞬間流量時(shí)，要用人工取樣， 這會(huì)影響物料連續(xù)正常輸送，而機(jī)電一體化的在線測(cè)定裝置，是在輸送管的某一段較小直徑的直管上，測(cè)定前后壓力損失，求出固氣混合比；又在輸送管的較大直徑部分一定區(qū)間測(cè)定壓力損失，求出空氣流量，所有壓差信號(hào)輸入微機(jī)進(jìn)行演算，給出輸送物料流量值或發(fā)出調(diào)節(jié)流量信號(hào)。

（七）磨在線粒度測(cè)定器。

這是日本Sankyo Pioteeh公司研制的一種在線粒度檢測(cè)裝置。一般對(duì)水泥磨成品細(xì)度的檢測(cè)都是人工取樣，用篩分法或布氏比表面積法離線測(cè)定，故而誤差較大并且不能隨時(shí)反映磨機(jī)生產(chǎn)情況，不能適應(yīng)全自動(dòng)控制磨機(jī)的要求。新型的在線粒度測(cè)定裝置，具有很高的試樣分級(jí)性能，當(dāng)與沖擊式流量計(jì)配合使用時(shí)，由控制器（微機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線粒度測(cè)定，細(xì)度可用篩余或比表面積表示，這種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，再與磨機(jī)負(fù)荷控制裝置配合使用，磨機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)便有了保證。

近年來(lái)出現(xiàn)的水泥包裝微機(jī)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(dòng)剪切試驗(yàn)儀等粉體物性測(cè)定裝置，都逐漸實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。

四、結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化可以用于新裝置新設(shè)備上，同樣對(duì)老企業(yè)的老設(shè)備老裝置也有同樣意義。機(jī)電一體化的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，發(fā)展機(jī)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(jì)科研體制方面，適應(yīng)新的情況提高人的素質(zhì)，以便促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。機(jī)電一體化由機(jī)電設(shè)備、微機(jī)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(dòng)，便得工業(yè)生產(chǎn)結(jié)溝從勞動(dòng)密集型向智力密集型轉(zhuǎn)化。

作者簡(jiǎn)介：

王景春（1962-03-12），男，漢族，現(xiàn)任職于新疆天業(yè)集團(tuán)青松天業(yè)水泥公司。擔(dān)任生產(chǎn)技術(shù)部副部長(zhǎng)，主管儀電工作。