機電一體化在化工中的應(yīng)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(xiàn)代工業(yè)自動化控制技術(shù)中,首推機電一體化技術(shù)。機電一體化又稱機械電子學(xué)(Mechatronics),即結(jié)合應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體,是精密機械、電子技術(shù)(含電力電子)、計算機技術(shù)等多門學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物,它的發(fā)展推動了當(dāng)前制造技術(shù)向高、精、快的發(fā)展,推動了產(chǎn)品的更新?lián)Q代,使勞動生產(chǎn)率得到了迅速的提高。其應(yīng)用范圍愈來愈廣,在各行各業(yè)都顯示出愈發(fā)重要的地位。當(dāng)然在化工領(lǐng)域也彰顯著其獨特的魅力。機電一體化應(yīng)用于化工企業(yè),這將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體,用以實現(xiàn)從原料進廠,生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個過程的一體化控制。其次,現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)大大優(yōu)于現(xiàn)行的信號傳輸技術(shù),能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)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(shù)。由于交流傳動技術(shù)的優(yōu)越性,電氣傳動技術(shù)在不久的將來將由交流傳動全面取代直流傳動,數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn),交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到并超過直流調(diào)速水平。最后,分布式控制系統(tǒng)。采用分布式控制系統(tǒng),利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中操作,監(jiān)視、管理和分散控制。它與集中型控制系統(tǒng)相比,功能更強,安全性更高,是當(dāng)前大型機電一體化系統(tǒng)的主要趨勢。

1 機電一體化在化工中的主要功能

現(xiàn)在,化工工程中增加了更多更嚴(yán)格的要求,不僅要生產(chǎn)效率高,還須達(dá)到能量損失小,自動化程度高,精度高,性能穩(wěn)定,工作可靠、安全,工藝質(zhì)量好,具有較好的經(jīng)濟性。即高的技術(shù)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(tǒng)的機械設(shè)備技術(shù)的進步已顯得力不從心,電子控制技術(shù)的發(fā)展及在化工中的應(yīng)用,為化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展注入了新鮮的血液。目前,機電一體化在化工中的應(yīng)用主要用以實現(xiàn)如下功能。

(1)電子監(jiān)控,自動報警及故障自診。即對化工生產(chǎn)傳動系統(tǒng),工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的運行狀態(tài)進行監(jiān)控,工作中一旦出現(xiàn)異常現(xiàn)象,能自動報警并準(zhǔn)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(shè)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(shè)備的使用壽命。

(2)節(jié)能降耗,提高生產(chǎn)率,達(dá)到工業(yè)自動連續(xù)化生產(chǎn)

(3)生產(chǎn)設(shè)備控制。如化工儀表和自動化控制、電子調(diào)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(chǎn)精度。例如,為保證成品料的級配精度,現(xiàn)代瀝青及水泥混凝攪拌設(shè)備廣泛采用了微機控制的電子稱量系統(tǒng),并使計量過程實現(xiàn)自動化。自動找平系統(tǒng)的應(yīng)用,使瀝青混凝土攤鋪機的施工質(zhì)量有了較大的提高,路面的平整度可達(dá)到0.127 ram/3 m。采用超聲波技術(shù)的自動供料系統(tǒng),使瀝青混凝土攤鋪機的供料實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié),進一步提高了攤鋪質(zhì)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(yè)精度和作業(yè)效率,而且也減輕了操作人員的勞動強度。

(5)作業(yè)過程的自動化或半自動化。化工過程實現(xiàn)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(chǎn)率,并減少因操作者的經(jīng)驗不足對作業(yè)精度的影響。

2 機電一體化在化工中的應(yīng)用

機電一體化在化工中有著廣泛的應(yīng)用,無論是在日化廠配料與監(jiān)控系統(tǒng),還是在工業(yè)上的安全檢測系統(tǒng),以及工業(yè)上的連續(xù)化生產(chǎn)和自動化生產(chǎn)上等,都有著非常重要的作用。廣泛應(yīng)用于日用化工行業(yè)、電子稱重模塊、紡織機械、自動加煤技術(shù)、水廠自動化系統(tǒng)、燒結(jié)預(yù)配料系統(tǒng)、啤酒生產(chǎn)、焦化廠電力系統(tǒng)、發(fā)電廠鍋爐熱控工程、天然氣加氣站、煤礦安全生產(chǎn)檢測系統(tǒng)、恒壓供水系統(tǒng)、油庫管理、自來水廠調(diào)度等眾多領(lǐng)域。因機電一體化在工業(yè)中應(yīng)用的主要機理和需要達(dá)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(yīng)用。

2.1 機電一體化在日用化工行業(yè)中的應(yīng)用

日用化工行業(yè)為了滿足消費者的個性化需求,需要生產(chǎn)的產(chǎn)品系列較多,因此要求工廠的生產(chǎn)工藝流程能夠與工藝配方系統(tǒng)相適應(yīng),借助組態(tài)軟件靈活的配方方案對配方系統(tǒng)的優(yōu)化管理而實現(xiàn)。以某香皂廠拌和監(jiān)控系統(tǒng)為例,簡單介紹世紀(jì)星組態(tài)軟件在配方管理及安全操作管理中的應(yīng)用。

系統(tǒng)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(jīng)過稱重振打器計量壓實,由變頻電機驅(qū)動絞龍輸送到放料器,再經(jīng)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(jīng)過緩沖罐也輸送進入拌和儲罐,在拌和罐內(nèi)攪拌均勻后,放料進入香皂分離環(huán)節(jié)。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(jiān)控閥門,以及液位監(jiān)測、電機等設(shè)備。上位機組態(tài)軟件選用世紀(jì)星組態(tài)軟件,實現(xiàn)和多個電子秤、PLC快速通信,如圖1所示。

圖1 拌和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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

世紀(jì)星組態(tài)軟件集成的配方模板和ODBC數(shù)據(jù)庫連接技術(shù),可以利用SQL數(shù)據(jù)庫管理各種類型香皂的參數(shù)信息,配合配方操作,實現(xiàn)工藝參數(shù)的快速上傳,下載,存檔,查詢等。世紀(jì)星軟件同時集成了安全權(quán)限訪問級別和安全區(qū),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(fā)生。

2.2 機電一體化技術(shù)在煤礦、氮肥廠的應(yīng)用

圖2 拌和系統(tǒng)工藝流程圖

機電一體化技術(shù)在煤礦采、掘、運裝備的應(yīng)用及推廣,極大地提升了我國煤礦生產(chǎn)的綜合實力,為實現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煤炭工業(yè)生產(chǎn)打下了扎實的基礎(chǔ)。機電一體化技術(shù)對煤礦的生產(chǎn)方式及其機械設(shè)備的發(fā)展方向有重大的影響。礦井提升機是一種實現(xiàn)機電一體化較好的礦山大型設(shè)備,全數(shù)字化,有交、直流提升機。特別是內(nèi)裝式提升機,從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動合為一個整體,大大簡化了機械結(jié)構(gòu),是典型的機電一體化設(shè)備。全數(shù)字提升機高度可靠,具有重復(fù)性故障尋址、完整的診斷設(shè)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(xiàn)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(shù)在氮肥廠的應(yīng)用也具有良好的前景。其主要技術(shù)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(xiàn)造氣工段的全自動化連續(xù)生產(chǎn),這項技術(shù)也將被廣大氮肥廠采用。縱觀這些造氣控制技術(shù),它們能解決生產(chǎn)中的一些問題,能提高產(chǎn)量,減輕環(huán)境污染,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

2.3 綠色化趨勢

工業(yè)的發(fā)展給人們生活帶來了巨大變化。物質(zhì)豐富,生活舒適;但另一方面,資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是人們呼吁保護環(huán)境資源,回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生,綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合環(huán)境保護和人類健康的要求。設(shè)計綠色化的機電一體化產(chǎn)品,具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。將綠色化的機電一體化技術(shù)應(yīng)用到化工生產(chǎn)上,勢必會給化工工業(yè)輸入新的血液,帶來質(zhì)的飛躍。

3 結(jié) 語

隨著化工行業(yè)不斷發(fā)展,對控制水平和規(guī)模、生產(chǎn)連續(xù)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(shù)的發(fā)展和進步。目前,各種高新技術(shù)的發(fā)展,如網(wǎng)絡(luò)、光纖、人工智能及生物工程等高新技術(shù),已滲入到機電一體化技術(shù)之中,使機電一體化產(chǎn)品功能更強大、性能更優(yōu)越,智能化程度也越來越高。因此,將新的機電一體化技術(shù)應(yīng)用到化工生產(chǎn),能夠使企業(yè)獲得更加顯著的經(jīng)濟和社會效益,這也是一個化工企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的途徑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯,而機電一體化技術(shù)在化工中的應(yīng)用,也將具有更加廣闊的發(fā)展前景。

[1]王靜.淺析機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 [J].同煤科技,2006,(4).

[2]石美峰.機電一體化技術(shù)的發(fā)展與思考 [J].山西焦煤科技,2007,(3).

[3]張莉.機電一體化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用 [J].山西煤炭干部管理學(xué)院學(xué)報,2007,(1):88.

[4]曾志恩.機電一體化自動加焦控制裝置在小氮肥φ2260爐與φ2400爐上的運用 [J].福建化工,2005,(4).

[5]錢倉國.機電一體化自動加煤技術(shù)在我省小氮肥企業(yè)的應(yīng)用 [J].化肥設(shè)計,2002,40(6).

[6]沈仲銜.機電一體化在工程中的應(yīng)用 [J].科技資訊, 2009,17:41.