生产现场“机电一体化”
摘要: 简述了机电一体化技术的发展历程, 分析了机电一体化技术的发展趋势, 探讨了生产现场的机电一体化。
关键词: 机电一体化; 生产现场; 智能化
1 机电一体化技术发展历程及其趋势
自电子技术一问世, 电子技术与机械技术的结合就得到很大发展,出现了半导体集成电路, 尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后“, 机电一体化”技术之后有了明显进展, 引起了人们的广泛注意, 为文明生产、安全生产打下了扎实基础。
由于信息技术的飞速发展, 网络化、信息化概念向自动化领域的渗透, 使得自动化系统的体系结构面临一场深刻的变革, 这种变革也必将对机电一体化发展产生重大影响。因此, 有必要对自动化发展趋势加以关注和讨论。
机电一体化领域的发展趋势之一是控制系统的智能化、分散化、网络化, 而现场总线的崛起正是这一发展趋势的标志。
1.1 现场总线的崛起
半个多世纪以来, 机电一体化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统( DCS) 等四代过程控制系统, 当前我国水工业自动化的主流水平即处于以PLC 为基础的DCS 系统阶段。DCS 既是一个过程控制体系的名称, 有时也表示为由制造厂商出售的一个起完整作用而集成的集散控制系统产品。这种DCS 系统相对较为封闭, 而目前水工业自动化的DCS 系统多数是由用户集成的', 因此相对较为开放。
现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的CPU 置入传统的测控仪表, 使它们各自都具有数字计算和通信能力, 即所谓“ 智能化”; 采用可进行简单连接的双绞线、同轴电缆等作为联系的纽带, 把挂接在总线上作为网络节点的多个现场级测控仪表连接成网络, 并按公开、规范的通信协议, 使现场测控仪表之间及其与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换, 形成多种适应实际需要的控制系统, 即所谓“ 网络化”。由于这些网上的节点都是具备智能的可通信产品, 因而它所需要的控制信息( 如实时测量数据) 不采取向PLC 或计算机存取的方式, 而可直接从处于同等层上的另一个节点上获取, 在现场总线控制系统( FCS) 的环境下, 借助其计算和通信能力, 在现场就可进行许多复杂计算, 形成真正分散在现场的完整的控制系统, 提高了系统的自治性和可靠性。
1.2 机电一体化的发展历程
数控机床的问世, 写下了机电一体化历史的第一页; 微电子技术为机电一体化带来勃勃生机; 可编程序控制器、电力电子等技术的发展为机电一体化提供了坚实基础; 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。
1.3 机电一体化发展趋势
( 1) 光机电一体化。一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的, 因此, 引进光学技术, 实现光学技术的先天优点能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源( 动力) 系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。
( 2) 全息系统化———智能化。今后的机电一体化产品“ 全息”特征越来越明显, 智能化水平越来越高。这主要受益于模糊技术、信息技术( 尤其是软件及芯片技术) 的发展。除此之外, 其系统的层次结构, 也变简单的“ 从上到下”为复杂的、有较多冗余度的双向联系。
( 3) 微型机电化———微型化。目前, 利用半导体器件制造过程中的控制技术, 在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时, 就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“ 融合”, 机体、执行机构、传感器、CPU 等可集成在一起, 体积很小, 并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。
2 生产现场机电一体化的实现
机电一体化工作主要包括两个层次: 一是用微电子技术改造传统产业, 其目的是节能、节材, 提高工效, 提高产品质量, 把传统工业的技术进一步提高; 二是开发自动化、数字化、智能化机电产品, 促进产品的更新换代。前者是面上的普及工作; 后者是提高工作, 是深层次工作。
企业在引进机电一体化产品时, 要考虑工艺是否成熟, 是否是主流技术, 产品的稳定性, 维护方面的投入成本核算等。还需要培养自己的技术人才, 尽快转化为自己的技术, 解放生产力。加大职工培训的投入, 培养一批高水平的操作人员, 减少维护成本。
另外可以通过机电一体化来降低生产现场的劳动强度, 并能保证设备和人员的安全, 所以在国有大中型企业, 我们应更层次地开展这项工作。如我集团公司的十几家煤炭企业中, 大大型设备的改造正在进行。
山西省煤炭企业用机电一体化产品取代技术含量和附加值低的传统技术, 可使其耗能、耗水、耗材高, 污染重的现状得到有效改善。在工业系统中, 能耗、水耗大, 对环境污染严重的企业还占相当大的比重, 且不少地处城区和近郊区。要尽可能通过引入机电一体化工艺设备, 加强控制, 及时调整, 减少不必要的污染。
机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低, 且具有柔性, 可根据市场需要和用户反应对产品结构和生产过程做必要的调整、改革, 而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时, 可为传统的机械工业注入新鲜血液, 带来新的活力, 把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来, 实现文明生产。
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