淺析機電一體化及其在水泥工業上的應用

劉盈川

摘要：隨著科技的發展，工業生產的舊模式“機械電氣化”已不能滿足現代工業的需求了。本文介紹了機電一體化的組成和特點，并結合自己在水泥公司多年的工作經驗，講述了機電一體化在水泥工業上的應用實例，進一步闡述了機電一體化的廣泛發展前景。

關鍵詞：機電一體化 水泥工業 應用

“機電一體化” 是機械技術與計算機、微電子、信息和自動控制等復合而成的一門新技術，它涉及了許多新概念、基礎學科和邊緣學科，是從系統工程出發，使設備或系統實現整體最佳化。機電一體化的初級系統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，是采用計算機實現智能化生產，如工業機器人，水泥廠燒成系統的模糊邏輯控制等。 采用機電一體化技術，可以使生產技術和裝備面貌大為改觀，可以代替復雜笨重勞動，不僅節約大量時間、材料和成本，還有著廣泛的發展前景。

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；驅動器和執行器；接口部分。機械裝置主要是機械結構，是系統的主體，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計值進行比較，能進行邏輯判斷，以實現動作的自動化和智能化。驅動器一般就是電動機， 執行器是用來執行控制器的指令完成某種特定動作，有時驅動器就是執行器。上述各部分之間的聯系， 要由接口來實現， 接口一般分為傳動接口、驅動接口、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學科，機電一體化產品具有可以自動監視、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確保機械的操作者按照設計要求精確地完成預先設定好的程序，以使其不會依靠主觀思想來行動，從而保證良好的工作質量和完美的產品合格率，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；采用復合技術、復合功能，這脫離了原來傳統機電產品單技術、單功能的局限，很大程度上提高了產品的功能水平及自動化的程度；利用程序控制和數字顯示技術，減少了操作的按鈕和手柄的數目，使操作變得更為簡單方便；在不同的應用領域和場合，其具有可以自動控制、自動補償、調節、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；具體的安裝調試過程中，可根據不同用戶對象的需要、實際參數的變化等來相應的改變控制程序以使其適應變化的工作方式。而且不必改變產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品的控制系統里。

3、機電一體化在水泥工業上的應用實例

3.1水泥回轉窯燒成系統的模糊邏輯控制。

根據模糊邏輯程序決定回轉窯的操作程序和恢復正常運轉的程度，給出操作量，這種控制可稱為“康復控制”。 當回轉窯用這種方式控制時，是檢測回轉窯轉矩的變化，控制住穩定狀態時的變動。

模糊邏輯控制采用了熟練工人的最佳經驗，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）與回轉窯（機械裝置）結合起來，就是高級的機電一體化體現，丹麥史密斯公司和日本水泥公司等已有使用實例。

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點，而立磨的多變數控制，用數學模型的方法還有一定難度。具有生產經驗的熟練操作工人，能夠觀察這些參數的變化，據自己的判斷就能很好地操作。

從這種情況出發開發的模糊邏輯控制法，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，當有故障時可根據控制程序恢復穩定運轉。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。

現在國內已有幾家生產微機核子秤的廠家。微機核子秤是利用物質吸收r射線的原理，由輸送機、微機控制系統、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，探測器感應的信號及皮帶機的速度信號，由微機演算，根據預先給定的比例系數或定值流量數據調整調節控制信號， 控制輸送機的輸送速度，調節給料量，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，其負荷傳感信號由控制器進行演算，與設定值對比，并給出瞬間流量、累計流量或對現行給料量進行修正，調節、給料機的運轉速度等，這是典型的機電一體化裝置，以日本三協創新株式會社和德國申克公司、E十H 公司產品著稱。

3.5磨機負荷控制裝置。

磨機負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，日本三協創新株式會社在此基礎上進行了改進，整個控制系統包括檢測部分（ 麥克風、電流表和在線式沖擊流量計） 、信息處理部分（ 調節器和變換器） 、執行部分（ 可控皮帶給料機） 和記錄器、產品細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量又可根據磨機入口原料的變化情況（如粒度、易磨性、水分等），自動調節喂料量，以保證產品的質量、產量，實現磨機的連續穩定運轉。

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情況，不能適應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，當與沖擊式流量計配合使用時，由控制器（微機）進行數據采集和處理，可實現連續在線粒度測定，細度可用篩余或比表面積表示，這種機電一體化的產品，再與磨機負荷控制裝置配合使用，磨機的自動化生產便有了保證。近年來出現的水泥包裝微機控制裝置、立窯生料配料系統、失重給料器、電腦控制轉子秤以及粉體自動剪切試驗儀等粉體物性測定裝置，都逐漸實現了機電一體化。

4、結語

機電一體化可以用于新裝置新設備上，同樣對老企業的老設備老裝置也有同樣意義。機電一體化的基礎是微電子技術，發展機電一體化，就要發展微電r技術，井且要在專業分工和設計科研體制方面，適應新的情況提高人的素質，以便促進機電一體化的發展。機電一體化由機電設備、微機的軟硬件結合在一起，產品附加值最高，可以大大減輕人的體力勞動，便得工業生產結溝從勞動密集型向智力密集型轉化。

參考文獻

[1]姜中毅.水泥熟料槽式輸送機料槽生產線的自動化改造[J].中國機械2013（9）

[2]包皓.電氣火災監控系統在水泥工業的應用前景[J]環球市場信息導2013（5）

[3]劉艾明.基于模糊算法自動控制生料磨喂料量[J].河南建材，2013（3）