机电一体化及其在水泥工业上的应用

【摘 要】本文介绍了机电一体化的组成和特点，并结合自己在水泥公司多年的工作经验，讲述了机电一体化在水泥工业上的应用实例，进一步阐述了机电一体化的广泛发展前景。

【关键词】机电一体化；工业；应用

引言

“ 机电一体化” 是机械技术与计算机、微电子、信息和自动控制等复合而成的一门新技术，它涉及了许多新概念、基础学科和边缘学科，是从系统工程出发，使设备或系统实现整体最佳化。机电一体化的初级系统是指采用一般集成电路来提高机械装置的性能和功能（如电子皮带秤、微机控制的定量给料机等）；机电一体化的高级系统，是采用计算机实现智能化生产，如工业机器人，水泥厂烧成系统的模糊逻辑控制等。

采用机电一体化技术，可以使生产技术和装备面貌大为改观，可以代替复杂笨重劳动，不仅节约大量时间、材料和成本，还有着广泛的发展前景。

一、机电一体化组成

机电一体化不管其大小，主要由5部分组成：机械装置；检测装置和传感器、变送器；信息处理部分；驱动器和执行器；接口部分。

机械装置主要是机械结构，是系统的主体，例如电子皮带秤的皮带机就是机电一体化的机械部分。检测装置这部分收集机械本体的工作情况及环境信息，通过传感器、变送器将售号送至信号处理部分， 进行信息处理。信息处理部分起着“大脑”的作用，它由硬件和软件两部分组成，检测来的信号与原设计值进行比较，能进行逻辑判断，以实现动作的自动化和智能化。驱动器一般就是电动机， 执行器是用来执行控制器的指令完成某种特定动作，有时驱动器就是执行器。上述各部分之间的联系， 要由接口来实现， 接口一般分为传动接口、驱动接口、变送接口等。

二、机电一体化的特点

机电一体化与微电子技术密切相关，因为机电一体化离不开微电子元件，更离不开计算机技术。机电一体化采用了交叉技术和边缘技术， 所涉及的知识领域有精密仪器、检测与传感、自动控制、优化技术和系统工程等。使产品和装备的性能提高，功能加强，还可提高产品的可靠性，减轻工人的劳动强度，减少装备的体积和重量，节约能源。机电一体化对新产品或新系统的开发有着重要意义，同样对老设备老系统的改造也有重要意义。

三、机电一体化在水泥工业上的应用实例

（一）水泥回转窑烧成系统的模糊逻辑控制。

根据模糊逻辑程序决定回转窑的操作程序和恢复正常运转的程度，给出操作量，这种控制可称为“康复控制”。 当回转窑用这种方式控制时，是检测回转窑转矩的变化，控制住稳定状态时的变动。

模糊逻辑控制采用了熟练工人的最佳经验，比一般人工操作有更好的效果。模糊逻辑控制程序（软件）、计算机（硬件）与回转窑（机械装置）结合起来，就是高级的机电一体化体现，丹麦史密斯公司和日本水泥公司等已有使用实例。

（二）水泥生料立磨的模糊逻辑控制。

近年来立磨（辊式磨）逐渐得到普遍采用由于立磨（辊式磨）具有消耗动力小，占地面积省，易于起动和停止等优点，而立磨的多变数控制，用数学模型的方法还有一定难度。具有生产经验的熟练操作工人，能够观察这些参数的变化，据自己的判断就能很好地操作。

从这种情况出发开发的模糊逻辑控制法，建立了2个控制回路：（1）皮带喂料机的速度回路；（2）磨辊油压回路。立磨的模糊逻辑控制法可使喂料量增加，电能消耗降低，当有故障时可根据控制程序恢复稳定运转。这种生料磨的机电一体化已在日本东谷水泥厂5号生料磨上使用。

（三）微机核子秤。

现在国内已有几家生产微机核子秤的厂家。微机核子秤是利用物质吸收r射线的原理，由输送机、微机控制系统、放射源和探测器等组成。放射源放射出的r射线被皮带机上的物料吸收一部分后，其余照射到r射线探测器上，探测器感应的信号及皮带机的速度信号，由微机演算，根据预先给定的比例系数或定值流量数据调整调节控制信号， 控制输送机的输送速度，调节给料量，达到定值给料或多种物料配比给料。

（四）冲击式流量计。

这种流量计的原理是，利用一定高度上的粉粒体物料落下时，对冲击板的冲击力、摩擦力、反弹力和本身重力等合力的水平分力， 与瞬间物料流量成正比，其负荷传感信号由控制器进行演算，与设定值对比，并给出瞬间流量、累计流量或对现行给料量进行修正，调节、给料机的运转速度等，这是典型的机电一体化装置，以日本三协创新株式会社和德国申克公司、E十H 公司产品著称。

（五）磨机负荷控制装置。

磨机负荷控制装置已在日本一些水泥厂和韩国一些水泥厂得到采用。以往球磨机控制系统是靠所谓“ 电耳” 检测磨音或检测磨机出口提升机电流的大小来控制磨机入口的给料量的，日本三协创新株式会社在此基础上进行了改进，整个控制系统包括检测部分（ 麦克风、电流表和在线式冲击流量计） 、信息处理部分（ 调节器和变换器） 、执行部分（ 可控皮带给料机） 和记录器、产品细度在线测定器等组成。这种形式的机电一体化装置既可检测磨机的产量又可根据磨机入口原料的变化情况（如粒度、易磨性、水分等），自动调节喂料量，以保证产品的质量、产量，实现磨机的连续稳定运转。

（六）输送在线流量计。

以往粉粒体的空气输送，要测定它的瞬间流量时，要用人工取样， 这会影响物料连续正常输送，而机电一体化的在线测定装置，是在输送管的某一段较小直径的直管上，测定前后压力损失，求出固气混合比；又在输送管的较大直径部分一定区间测定压力损失，求出空气流量，所有压差信号输入微机进行演算，给出输送物料流量值或发出调节流量信号。

（七）磨在线粒度测定器。

这是日本Sankyo Pioteeh公司研制的一种在线粒度检测装置。一般对水泥磨成品细度的检测都是人工取样，用筛分法或布氏比表面积法离线测定，故而误差较大并且不能随时反映磨机生产情况，不能适应全自动控制磨机的要求。新型的在线粒度测定装置，具有很高的试样分级性能，当与冲击式流量计配合使用时，由控制器（微机）进行数据采集和处理，可实现连续在线粒度测定，细度可用筛余或比表面积表示，这种机电一体化的产品，再与磨机负荷控制装置配合使用，磨机的自动化生产便有了保证。

近年来出现的水泥包装微机控制装置、立窑生料配料系统、失重给料器、电脑控制转子秤以及粉体自动剪切试验仪等粉体物性测定装置，都逐渐实现了机电一体化。

四、结语

机电一体化可以用于新装置新设备上，同样对老企业的老设备老装置也有同样意义。机电一体化的基础是微电子技术，发展机电一体化，就要发展微电r技术，井且要在专业分工和设计科研体制方面，适应新的情况提高人的素质，以便促进机电一体化的发展。机电一体化由机电设备、微机的软硬件结合在一起，产品附加值最高，可以大大减轻人的体力劳动，便得工业生产结沟从劳动密集型向智力密集型转化。

作者简介：

王景春（1962-03-12），男，汉族，现任职于新疆天业集团青松天业水泥公司。担任生产技术部副部长，主管仪电工作。