1 機電一體化的特點(diǎn)

　　機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學(xué)科的交叉融合， 其發(fā)展和進(jìn)步有賴(lài)于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展， 其主要發(fā)展方向有數字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò )化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

　　1）數字化。微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數字化的基礎，如不斷發(fā)展的數控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡(luò )的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實(shí)現將便于遠程操作、診斷和修復。

　　2）智能化。即要求機電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類(lèi)似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。

　　例如在CNC數控機床上增加人機對話(huà)功能，設置智能I/O 接口和智能工藝數據庫，會(huì )給使用、操作和維護帶來(lái)極大的方便。隨著(zhù)模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。

　　3）模塊化。由于機電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠(chǎng)家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標準機械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動(dòng)力驅動(dòng)單元；具有視覺(jué)、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計時(shí)，可以利用這些標準模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。

　　4）網(wǎng)絡(luò )化。由于網(wǎng)絡(luò )的普及，基于網(wǎng)絡(luò )的各種遠程控制和監視技術(shù)方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò )化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò )把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應朝網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。

　　5）人性化。機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調，使用這些產(chǎn)品，對人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

　　6）微型化。微型化是精細加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統（Micro ElectronicMechanical Systems，簡(jiǎn)稱(chēng)MEMS）是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫用微探針，1988 年美國加州大學(xué)Berkeley 分校研制出第一個(gè)微電機以來(lái)，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀(guān)機理研究方面取得了很大進(jìn)展， 開(kāi)發(fā)出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺(jué)傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

　　7）集成化。集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實(shí)現多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協(xié)調而又安全地運轉，然后再通過(guò)軟、硬件將各個(gè)層次有機地聯(lián)系起來(lái)，使其性能最優(yōu)、功能最強。

　　8）帶源化。是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對于運動(dòng)的機電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

　　9）綠色化�？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實(shí)現可持續發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀時(shí)應符合環(huán)保和人類(lèi)健康的要求， 機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。

　　2 機電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應用

　　在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機的結合起來(lái)，采用組裝合并方式，為實(shí)現工程大系統的綜合一體化創(chuàng )造有力條件，增強系統控制精度、質(zhì)量和可靠性[1]。機電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個(gè)方面：

　　2.1 智能化控制技術(shù)（IC）由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續化的特點(diǎn)，傳統的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)[2]。智能控制技術(shù)主要包括專(zhuān)家系統、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等，智能控制技術(shù)廣泛應用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、控制、設備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車(chē)間、軋鋼系統、煉鋼連鑄軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

　　2.2 分布式控制系統（DCS）分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場(chǎng)測控計算機和智能控制單元[3]。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著(zhù)測控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統的功能越來(lái)越多。不僅可以實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程控制，而且還可以實(shí)現在線(xiàn)最優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調度、生產(chǎn)計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。DCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點(diǎn)。DCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

　　2.3 開(kāi)放式控制系統（OCS）開(kāi)放控制系統（Open Control System）是目前計算機技術(shù)發(fā)展所引出的新的結構體系概念。開(kāi)放意味著(zhù)對一種標準的信息交換規程的共識和支持， 按此標準設計的系統，可以實(shí)現不同廠(chǎng)家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開(kāi)放控制系統通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )使各種控制設備、管理計算機互聯(lián)，實(shí)現控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)使現場(chǎng)儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實(shí)現測量與控制一體化。

　　2.4 計算機集成制造系統（CIMS）鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體[5]，用以實(shí)現從原料進(jìn)廠(chǎng)，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現了過(guò)程自動(dòng)化， 但這種自動(dòng)化孤島式的單機自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產(chǎn)的要求。

　　未來(lái)鋼鐵企業(yè)競爭的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實(shí)現生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強管理，獲取必須的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀80年代已廣泛實(shí)現CIMS化[5]。

　　2.5 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)（FBT）現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)（Fied Bus Technology）是連接設置在現場(chǎng)的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)取代現行的信號傳輸技術(shù)（如4～20mA，DC直流傳輸）就能使更多的信息在智能化現場(chǎng)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(jìn)行雙向傳送。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連接可省去66%或更多的現場(chǎng)信號連接導線(xiàn)�，F場(chǎng)總線(xiàn)的引入導致DCS 的變革和新一代圍繞開(kāi)放自動(dòng)化系統的現場(chǎng)總線(xiàn)化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場(chǎng)總線(xiàn)化檢測儀表、現場(chǎng)總線(xiàn)化PLC（ProgrammableLogic Controller）和現場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展[6]。

　　3 結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展， 交流調速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數字技術(shù)的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現， 交流調速系統的調速性能已達到和超過(guò)直流調速水平�，F在無(wú)論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實(shí)現可逆平滑調速。交流傳動(dòng)系統在軋鋼生產(chǎn)中一出現就受到用戶(hù)的歡迎，應用不斷擴大。

　　參考文獻：

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