關于鋼鐵行業機電一體化技術的應用分析

謝明楊，郭壯麗

（1.河鋼股份有限公司承德分公司；2.河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

鋼鐵行業是影響我國重要經濟命脈的關鍵因素，鋼鐵行業的良性發展，在很大程度上決定整體國民經濟能否健康穩定發展，是我國綜合實力的重要體現。面對現代科技不斷快速升級更新，鋼鐵行業正面臨巨大發展機遇與挑戰，傳統技術方法已無法滿足現代鋼鐵行業生產管理要求，不但加劇了鋼鐵生產技術瓶頸，鋼鐵行業市場競爭趨勢也日益激烈，因此，必須提升機電一體化技術在鋼鐵行業中的應用水平，有效破解鋼鐵生產技術瓶頸，大大降低了鋼鐵生產成本、時間，從根本上提高鋼鐵生產的質量，促進鋼鐵行業朝著智能化的方向發展。同時，機電一體化在鋼鐵行業中的應用，還能夠加快實現鋼鐵企業技術升級轉型，提高鋼鐵企業的經濟效益、社會效益，從根本上強化鋼鐵企業的核心競爭力，進一步推動鋼鐵行業企業、鋼鐵市場經濟的有序穩定發展。

1 機電一體化技術的概述

機電一體化技術是集機械工程、電子信息、自動化、傳感技術、接口技術于一體的新科技，實現多學科在生產制造領域的交叉應用，是生產制造行業實現網絡信息化控制、智能化控制的重要理論基礎，特別是在我國科技迅猛發展的時代背景下，機電一體化技術在轉變傳統生產制造方式方面具有十分突出的優勢作用。

機電一體化技術通過融合微電子、機械制造、計算機網絡、通信工程、自動化技術等，使生產制造過程更加現代化、高效化，不僅在空間上將各學科功能融合在一起，而且為生產制造領域賦予新的技術能量，全面促進相關技術領域協調發展。由于機電一體化技術同時涉及液壓傳動系統，涵蓋一定產品方面的優勢，微電子裝置采用液壓、機械作為電子元件的動力，使其具有自動檢測、數據處理、文件備份等新功能，機電一體化與單一的電子機械不同，實現機械與信息化的系統延伸，完成自動顯示記錄、自動調節、自動診斷故障、自動處理等智能化行為，能夠實現安全有序生產。雖然機電一體化在很大程度上改變了傳統的鋼鐵制造方式，也是鋼鐵行業未來發展趨勢，但是，由于機電一體化在鋼鐵行業應用還不夠完善，技術水平還有一定的局限性，應進一步拓寬機電一體化在鋼鐵行業的應用范圍，推動鋼鐵行業更快發展。

2 機電一體化的相關技術

2.1 機械本體技術

軟件編程方法的出現，使機電一體化實現信息技術、微電子技術、機械技術、自動化技術、傳感檢測技術的相互交叉融合，更好地優化生產系統結構，發揮機電一體化在生產制造領域的技術優勢，從而高效完成系統目標，使很多技術并行組合后發展成為新的技術體系。機械本體作為機電一體化的重要組成部分，具有硬件構成的主要功能，現階段圍繞機械本體技術必須改善硬件的性能，創新機械技術，實現機械硬件的集成化管理，提升機械硬件的精確性，減小機械硬件的質量，在管理控制室實現機械系統小型化發展，使機械硬件的響應更加快速，降低機械硬件的運行能耗，實現機械生產節能減排，從根本上提高機械作業的效率。

2.2 傳感檢測技術

傳感器作為機電一體化系統中的功能模塊，起到了轉換各種外界信號源的作用，通過轉換的電信號完成系統自動控制與檢測。如果系統缺少傳感器，沒有連接外界與系統的橋梁，系統設備整體檢測水平則會大幅度下降，進而影響系統與外界信號轉換、處理的精確度，也就難以保證系統運行數據的準確性。隨著傳感器檢測技術的不斷更新升級，未來傳感器將會更加靈敏，精確度、可靠性也將更高，實現傳感檢測的智能化發展。

2.3 自動控制信息處理技術

自動控制、信息處理技術是機電一體化系統的核心部分，通過匯總、分析、存儲、加工各種外界信息，根據系統程序發出的指令，實現對整個機電一體化系統的自動控制，使系統能夠按照設計程序有序運行。自動控制信息處理不但要做好信息輸入、交換等內容，還要運算、存儲、輸出各種信息內容，使信息以信號為載體在機械、電子設備等之間進行有效傳輸，從而實現系統機電一體化運行。

自動控制技術主要以微處理器為核心，執行系統程序發出的指令，自動控制信息處理技術的優勢在于存儲、判斷、比較、分析系統與外界的信息，避免無關信息干擾，提高信息處理效率。

2.4 傳動技術

傳動技術作為機電一體化系統的重要動力要素，能夠按照機電一體化系統控制狀況，將源動力的能量傳輸到各個功能模塊，確保機電一體化系統維持正常運行。傳動技術系統是由控制裝置、接口組成，主要包括液壓傳動、機械傳動、氣壓傳動、電力傳動等，可根據系統程序指令完成傳動運行，以達到生產制造要求。

2.5 I/O接口技術

I/O接口技術通過管理發出系統指令，連接起機電一體化系統各個功能模塊，與計算機設備交換信息，傳遞格式相同的數據組，使系統能夠高效、靈活、自如地運行，增強各模塊之間溝通的時效性，能夠實現人機對話。同時，為簡化機電一體化系統設計，I/O接口技術應用標準規格設備，方便后期系統的維修，可靠、準確地傳輸信息，通過響應、顯示等方式實現人機交互。I/O接口技術自帶數據采集、傳輸、處理功能，可以轉化通信信號，實現系統大容量、小型化發展。

2.6 軟件技術

軟件技術必須依托先進的硬件設備得以實現，軟件技術可以使系統硬件發揮強大功能，實現語言文字的溝通。由于當前軟件開發平臺發展速度非常快，在很大程度上提高機電一體化系統的控制精準性，各種軟件開發控制算法都是以智能專家系統為體系框架，根據鋼鐵生產情況計算控制系統運行狀態。

3 鋼鐵行業機電一體化技術的應用

3.1 智能控制技術

高效化、大型化、連續化是鋼鐵行業發展的顯著特征，而傳統生產制造技術已不能滿足現代鋼鐵企業的生產要求，存在較大的生產技術瓶頸，必須根據現代鋼鐵企業運行特點，結合機電一體化技術發展趨勢，及時轉變落后的生產控制技術。而由模糊控制、專家系統、神經網絡等組成的智能化控制技術，涉及鋼鐵企業各個環節，智能控制技術被應用在鋼鐵產品設計、質量檢測、產品生產、生產控制等方面，是鋼鐵行業的重要應用技術，智能控制技術能夠實現對電爐連鑄、高爐、軋鋼系統、綜合調度系統的智能化控制。

3.2 分布控制系統

分布控制系統是由中央控制系統指揮分布在不同現場的智能控制單元、測控計算機，分布控制系統根據控制層級數分為兩級、三級等若干級，通過計算機設備實現集中管理、操作、監視、分散控制鋼鐵生產的作用。特別是近年來，分布控制技術日益完善，鋼鐵行業分布控制系統能夠實時、高效監控鋼鐵生產各個環節，同時，優化鋼鐵生產流程，大大提高鋼鐵的生產效率，降低鋼鐵生產成本，因此分布控制系統具有可靠性高、運行穩定的優勢作用。另外，分布控制系統具有控制分散、監管集中的特征，不容易受到外界故障的影響，即使出現控制運行故障，也可以快速找到控制故障問題，并修復控制故障，是未來主要的發展趨勢。

3.3 集成制造系統

集成制造系統是結合流程與作業的鋼鐵企業制造系統，集成制造系統可以將鋼鐵生產作業、經營管理、過程控制有效地融合成一體，使鋼鐵生產制造過程更加系統化，實現全面控制、監管從鋼鐵原材料采購、加工生產、鋼鐵產品入庫、出庫發貨等整個生產銷售環節。但是相對其他集成系統而言，鋼鐵企業集成制造系統仍然存在不足，整體系統相對孤立，與控制系統連接仍然存在技術瓶頸，導致難以實現信息資源共享，在一定程度上阻礙現代鋼鐵企業生產發展。未來鋼鐵企業具有產品種類繁多、少量多批次生產、收交貨效率高等特點，必須完善集成制造系統，提高鋼鐵企業各系統的資源共享，實現系統化統一管理，在保證鋼鐵生產質量的同時，有效降低生產用工成本，提高鋼鐵生產效率，有助于鋼鐵企業進一步增強綜合競爭力。

3.4 開放控制系統

開放控制系統是通過計算機、網絡信息化技術，構建新的開放、控制結構體系，充分彰顯系統的開放、控制功能優勢，最大程度上共享鋼鐵企業生產、管理、控制等資源。開放控制系統可通過利用網絡技術，統一控制鋼鐵生產、經營管理、收交貨等環節，以此能夠優化信息資源配置，提高鋼鐵企業的整體運行效率。

3.5 交流傳動技術

傳動技術是鋼鐵企業生產制造環節的重要技術要素，由于傳統的直流傳動技術在現階段鋼鐵企業生產制造中應用十分普及，技術應用也相對廣泛、成熟，具有相對完善的鋼鐵生產技術標準，但是，隨著微電子、電子電力技術的快速發展，交流傳動技術標準越來越接近直流傳動技術，甚至超過了直流傳動技術，更加彰顯出交流傳動的技術優勢。由于直流傳動技術的直流電機由換向器、電刷等整流裝置組成，無法及時響應速度、電流控制系統、單機容量等，限制直流傳動技術在鋼鐵智能化生產中的應用。而交流傳動技術由于受限較小，傳動頻率更高，可高達50～100tad/s，能夠滿足鋼鐵智能化生產要求，且交流傳動技術在性能方面更加優越，交流傳動技術在鋼鐵生產制造領域將全面取代直流傳動技術。

3.6 現場總線技術

現場總線技術是將控制室控制系統、現場裝置相連接，實現多站、雙向、數字通信線路，該技術比信號傳輸技術更加快捷、便利，精確度也更高。在更高控制系統、現場裝置間實現雙向傳輸，不但能夠承載更多裝置，傳輸效率也更高，同時，也能有效減少現場信號連接導線數量，大大降低信號控制資源成本，節省信號控制傳輸時間，根據鋼鐵行業生產規模，提高鋼鐵企業生產控制智能化水平，在資源節約、效率提升方面實現鋼鐵企業的發展平衡。

4 結語

現代鋼鐵行業的發展，在應用先進生產制造技術的同時，必須實現生產控制、經營管理等方面的信息資源共享，以此提高鋼鐵企業的運行效率和質量。機電一體化技術作為現代鋼鐵企業的重要研究課題之一，在節約鋼鐵企業運行資源的同時，有效提升鋼鐵生產效率，使鋼鐵企業向著智能化方向發展，機電一體化技術在鋼鐵行業中的應用，必將促進鋼鐵企業升級轉型，提高鋼鐵企業的核心競爭力。