剖析鋼鐵制造業中機電一體化技術的使用

席忠 牛翠英 王佐

摘 要：機電一體化技術指的就是機械、微電子、計算機等許多領域知識相結合的產物。文章主要介紹了現如今機電一體化技術的發展方向，同時也剖析了鋼鐵制造業中機電一體化技術的使用以及發展趨勢。

關鍵詞：鋼鐵制造業；機電一體化技術

1 機電一體化技術發展

1.1 智能化

智能化是機電一體化技術發展的一大方向，它需要機電產品具備一定的智能性，可以有自己的邏輯思考、判斷推理、決策等能力。常見的有人機對話功能，它可以更加方便人們對機器的使用、操作和維護。

1.2 集成化

集成化包含兩個方面，其一是各種技術之間的相交叉及融合，不同產品各個結構層次的優化與復合，其二是包含在生產階段中同一時間進行加工處理、裝配、檢驗、管理等各個工序。

1.3 模塊化

機電一體化生產的產品種類豐富、生產廠家較多，研究并發展擁有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化技術產品單元模塊。例如對于擁有減速、變頻調速電機為一體的動力驅動單元；或者是集視覺、圖像處理、識別等功能的電機一體控制單元等。這些都有利于在產品開發設計時加快新產品的開發速度。

1.4 數字化

機電產品的數字化與微控制器及其發展息息相關，最為突出就是數控機床以及機器人的蓬勃發展。同時因特網的高速發展和前景，成為設計與制造數字化的有力推動因素，例如網絡設計。與此同時，數字化也對機電一體化產品的軟件提出要求如：穩定、可操作、可維護、自我診斷與修復及良好的人機交互。實現機電一體化產品的數字化具有重要意義，它將提供便捷的遠程操作，完成診斷和修復。

1.5 微型化

隨著精細加工技術的發展加快，微型化的出現不可避免。而微機電系統（簡稱MEMS）主要指的是能夠進行大規模制作的，綜合微型機構、執行器、傳感器還有信號處理以及控制電路，直接到達接口、通信和電源合為一體的微型器件或系統。自從1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley 研發出第一個微電機以來，國內外對于MEMS工藝、材料以及微觀機理研究等各個方面都獲得了很大的成功，研究開發出許多有關MEMS的器件和系統，最為常見的就是微型傳感器以及微構件。

1.6 網絡化

隨著因特網的普及，以網絡為基礎的遠程控制技術和遠程監控技術正在蓬勃發展。而遠程控制的終端設備就相當于一種機電一體化的產品，現場網路和局域網技術為日用電器的網絡化提供了技術上的保證。通過日用網絡把各種日用電器連在一起，以計算機為核心建立一個計算機集成日用電器系統，就可以讓人們在家里就能感受到科技發展帶來的便利。因此機電一體化產品的網絡化正順應時代的發展。

1.7 人性化

人作為消費機電一體化所產出商品的最終對象，需要享受更高層次的產品。這就要求機電一體化產品需要擁有類似于人類的各種感官以及情感，它們不僅需要齊全的使用功能，同時還需要在色彩、造型等各個方面與周邊環境相一致，給消費者以更高的享受。

1.8 綠色化

隨著人們對精神需求的愿望越來越強烈，城市環境綠化等都成了人們追求的重要方向。越來越多的人意識到環境污染對人類生存健康的巨大危害，因此呼吁大力保護環境，重返大自然。而能夠促進世界可持續發展的綠色產品就應運而生。機電一體化產品就體現在其產品在設計、制造、使用和銷毀的整個過程能夠符合相關的環保生產規定以及人類健康的要求。

2 機電一體化技術在鋼鐵制造業中的應用

在鋼鐵制造業中，機電一體化系統的核心裝置是微處理機，將其與其他技術有機地相結合，采取組裝合并方式，以加快工程大系統的綜合一體化的步伐。鋼鐵制造業中機電一體化技術的主要應用有如下幾方面：

2.1 智能化控制技術（IC）

鋼鐵制造工業自身所具有的大型、連續和高速化特點使得它必須在傳統的控制技術基礎上有所改進和提升，那就是開始使用智能控制技術。專家系統、模糊控制和神經網絡等都是智能化控制技術的一部分，無論是在鋼鐵制造業的前期產品設計、大規模生產還是控制、設備和測評產品質量等其他方面，它都有著不可取代的作用。例如我國的某鋼廠在智能化控制技術方面關鍵是以該鋼廠研究院和鋼廠技術中心為基礎，正在進行“三期”工程建設，并在熱、冷軋薄板、板形在線測探和人工智能控制技術，維護、診斷（AI）系統，管理、控制系統等領域也取得了很好的成績。

2.2 開放式控制系統

“開放”表明對標準信息交換規程的贊成和共識，是根據相關的標準所設計而成的系統，它能夠將每個廠家產品的兼容和互換目的達成，實現資源的共享。開放控制系統主要是經過工業通信網絡促使控制設備、管理計算機實現互聯，最終達到控制與經營、管理、決策的集成，利用現場總線來讓現場儀表和控制室中控制設備互聯，達到測量與控制一體化。

2.3 分布式控制系統（DCS）

分布式控制系統的工作原理是通過單獨的中央計算機來進行對于若干臺面指揮向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可分為兩三級的或更多級的。通過計算機來監視、操作并管理生產的過程。分布式控制系統隨著科技的發展從最初僅僅能實現控制生產過程的功能發展到如今集測、控、管一體化于一身的綜合系統。分布式控制系統能夠控制功能的多樣化、且使用方法方便快捷、后期維護修理工作簡單、系統可以擴展等特點因此在當前大型機電一體化系統中占有一席之地。

2.4 交流傳動技術

交流轉動技術在如今發展的速度日益加快，而它也是影響鋼鐵制造業水平的關鍵因素之一。交流傳動技術自身所具有的優點使得它將逐漸取代直流傳動。而數字技術的發展，將會為復雜的矢量控制技術提供實用平臺，交流調速系統的調速能力將會趕超直流調速性能。因此交流傳動系統在鋼鐵制造業中得到了廣泛的應用。

2.5 計算機集成制造系統（CJMS）

計算機集成制造系統主要的工作目的是將生產經營、生產管理和過程控制與人相結合在一起，從而達到原料從進廠生產加工到產品完成以及后期發貨這一完整的生產過程全局和過程一體化控制。在我國，大部分鋼鐵企業已經做到了過程自動化，但是這一種“自動化孤島”式的單機自動化不利于信息資源的共享和企業統一管理生產過程，阻礙了現代鋼鐵生產的發展。

2.6 現場總線技術（Field Bus Technology）

現場總線技術（簡稱FBT）就是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。現場總線技術實現了全數字化通信，傳送多個過程變量的同時可將儀表標識符和簡單診斷信息一并傳送，可以產生最先進的現場儀表，多變量變送器以及可以在相同的通信媒體上，使更多的信息量在現場設備之間進行雙向傳送。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術（如4～20mA，DC直流傳輸）就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體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。經濟效益和社會效益得到提升。

參考文獻

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[2]唐懷斌.工業控制的進展與趨勢[J].自動化與儀器儀表，1996.