機電一體化在化工中的應用

林 煒

(湖南有色冶金勞動保護研究所,湖南長沙 410001)

0 引 言

現代工業自動化控制技術中,首推機電一體化技術。機電一體化又稱機械電子學(Mechatronics),即結合應用機械技術和電子技術于一體,是精密機械、電子技術(含電力電子)、計算機技術等多門學科交叉融合的產物,它的發展推動了當前制造技術向高、精、快的發展,推動了產品的更新換代,使勞動生產率得到了迅速的提高。其應用范圍愈來愈廣,在各行各業都顯示出愈發重要的地位。當然在化工領域也彰顯著其獨特的魅力。機電一體化應用于化工企業,這將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體,用以實現從原料進廠,生產加工到產品發貨的整個過程的一體化控制。其次,現場總線技術。現場總線技術大大優于現行的信號傳輸技術,能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒介上進行雙向傳送。再次,交流傳動技術。由于交流傳動技術的優越性,電氣傳動技術在不久的將來將由交流傳動全面取代直流傳動,數字技術的發展,使復雜的矢量控制技術實用化得以實現,交流調速系統的調速性能已達到并超過直流調速水平。最后,分布式控制系統。采用分布式控制系統,利用計算機對生產過程進行集中操作,監視、管理和分散控制。它與集中型控制系統相比,功能更強,安全性更高,是當前大型機電一體化系統的主要趨勢。

1 機電一體化在化工中的主要功能

現在,化工工程中增加了更多更嚴格的要求,不僅要生產效率高,還須達到能量損失小,自動化程度高,精度高,性能穩定,工作可靠、安全,工藝質量好,具有較好的經濟性。即高的技術價格比和低的制造與使用成本。為滿足上述的性能要求,化工工程僅僅依靠傳統的機械設備技術的進步已顯得力不從心,電子控制技術的發展及在化工中的應用,為化學工程技術的發展注入了新鮮的血液。目前,機電一體化在化工中的應用主要用以實現如下功能。

(1)電子監控,自動報警及故障自診。即對化工生產傳動系統,工作裝置、制動系統和液壓系統等的運行狀態進行監控,工作中一旦出現異常現象,能自動報警并準確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,提高工作效率;簡化設備維護檢查工作,降低使用維修費用,縮短停機維修時間,延長設備的使用壽命。

(2)節能降耗,提高生產率,達到工業自動連續化生產

(3)生產設備控制。如化工儀表和自動化控制、電子調速器,電子油門控制裝置、自動停機裝置、自動升溫控制裝置等。

(4)提高生產精度。例如,為保證成品料的級配精度,現代瀝青及水泥混凝攪拌設備廣泛采用了微機控制的電子稱量系統,并使計量過程實現自動化。自動找平系統的應用,使瀝青混凝土攤鋪機的施工質量有了較大的提高,路面的平整度可達到0.127 ram/3 m。采用超聲波技術的自動供料系統,使瀝青混凝土攤鋪機的供料實現了自動調節,進一步提高了攤鋪質量。推土機鏟刀、平地機刮刀、鏟運機鏟斗刀刃的電子(微機)控制,不僅提高了作業精度和作業效率,而且也減輕了操作人員的勞動強度。

(5)作業過程的自動化或半自動化。化工過程實現自動化或半自動化控制,可以減輕操作者的勞動強度,提高生產率,并減少因操作者的經驗不足對作業精度的影響。

2 機電一體化在化工中的應用

機電一體化在化工中有著廣泛的應用,無論是在日化廠配料與監控系統,還是在工業上的安全檢測系統,以及工業上的連續化生產和自動化生產上等,都有著非常重要的作用。廣泛應用于日用化工行業、電子稱重模塊、紡織機械、自動加煤技術、水廠自動化系統、燒結預配料系統、啤酒生產、焦化廠電力系統、發電廠鍋爐熱控工程、天然氣加氣站、煤礦安全生產檢測系統、恒壓供水系統、油庫管理、自來水廠調度等眾多領域。因機電一體化在工業中應用的主要機理和需要達到的功能是類似的,所以下面只介紹一些比較有代表性的應用。

2.1 機電一體化在日用化工行業中的應用

日用化工行業為了滿足消費者的個性化需求,需要生產的產品系列較多,因此要求工廠的生產工藝流程能夠與工藝配方系統相適應,借助組態軟件靈活的配方方案對配方系統的優化管理而實現。以某香皂廠拌和監控系統為例,簡單介紹世紀星組態軟件在配方管理及安全操作管理中的應用。

系統方案 香皂拌和工藝主要流程如下。主要原料TCC和鈦白粉投入料倉,經過稱重振打器計量壓實,由變頻電機驅動絞龍輸送到放料器,再經過電子秤稱重控制放料電磁閥,進入拌和儲罐,其他輔助原料染料和香精經過緩沖罐也輸送進入拌和儲罐,在拌和罐內攪拌均勻后,放料進入香皂分離環節。稱重檢測控制器選用梅特勒-托利多的電子秤,另選配歐姆龍的CJ1 PLC監控閥門,以及液位監測、電機等設備。上位機組態軟件選用世紀星組態軟件,實現和多個電子秤、PLC快速通信,如圖1所示。

圖1 拌和監控系統結構圖

整個拌和系統可以集中到一個界面上顯示,世紀星軟件集成了豐富的工藝設備圖庫,可以方便地開發出形象逼真的工藝流程圖,畫面支持3D方式動態顯示各個設備的狀態、實時值等,顯示效果十分理想,如圖2所示。

世紀星組態軟件集成的配方模板和ODBC數據庫連接技術,可以利用SQL數據庫管理各種類型香皂的參數信息,配合配方操作,實現工藝參數的快速上傳,下載,存檔,查詢等。世紀星軟件同時集成了安全權限訪問級別和安全區,可以極大地保證配方的安全及操作的安全,避免誤操作的發生。

2.2 機電一體化技術在煤礦、氮肥廠的應用

圖2 拌和系統工藝流程圖

機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用及推廣,極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力,為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭工業生產打下了扎實的基礎。機電一體化技術對煤礦的生產方式及其機械設備的發展方向有重大的影響。礦井提升機是一種實現機電一體化較好的礦山大型設備,全數字化,有交、直流提升機。特別是內裝式提升機,從結構上將滾筒和驅動合為一個整體,大大簡化了機械結構,是典型的機電一體化設備。全數字提升機高度可靠,具有重復性故障尋址、完整的診斷設施和自診斷功能,以及簡單而快速的通信功能;它采用總線方式,大大簡化電氣安裝;硬件配置簡單,互相兼容,零備件少;可以方便地實現軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度。

機電一體化自動加煤技術在氮肥廠的應用也具有良好的前景。其主要技術特點是:(1)在原下灰灰倉增加自動下灰裝置;(2)仍采用原造氣工段的油壓動力源;(3)由造氣工段程控微機進行不停爐下灰控制。相信為了實現造氣工段的全自動化連續生產,這項技術也將被廣大氮肥廠采用。縱觀這些造氣控制技術,它們能解決生產中的一些問題,能提高產量,減輕環境污染,提高企業的經濟效益和社會效益。

2.3 綠色化趨勢

工業的發展給人們生活帶來了巨大變化。物質豐富,生活舒適;但另一方面,資源減少,生態環境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環境資源,回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合環境保護和人類健康的要求。設計綠色化的機電一體化產品,具有遠大的發展前途。將綠色化的機電一體化技術應用到化工生產上,勢必會給化工工業輸入新的血液,帶來質的飛躍。

3 結 語

隨著化工行業不斷發展,對控制水平和規模、生產連續自動化、綠色化等的要求越來越高,從而又加速了機電一體化技術的發展和進步。目前,各種高新技術的發展,如網絡、光纖、人工智能及生物工程等高新技術,已滲入到機電一體化技術之中,使機電一體化產品功能更強大、性能更優越,智能化程度也越來越高。因此,將新的機電一體化技術應用到化工生產,能夠使企業獲得更加顯著的經濟和社會效益,這也是一個化工企業可持續發展的途徑。隨著科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯,而機電一體化技術在化工中的應用,也將具有更加廣闊的發展前景。

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