关于钢铁行业机电一体化技术的应用分析

谢明杨，郭壮丽

（1.河钢股份有限公司承德分公司；2.河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

钢铁行业是影响我国重要经济命脉的关键因素，钢铁行业的良性发展，在很大程度上决定整体国民经济能否健康稳定发展，是我国综合实力的重要体现。面对现代科技不断快速升级更新，钢铁行业正面临巨大发展机遇与挑战，传统技术方法已无法满足现代钢铁行业生产管理要求，不但加剧了钢铁生产技术瓶颈，钢铁行业市场竞争趋势也日益激烈，因此，必须提升机电一体化技术在钢铁行业中的应用水平，有效破解钢铁生产技术瓶颈，大大降低了钢铁生产成本、时间，从根本上提高钢铁生产的质量，促进钢铁行业朝着智能化的方向发展。同时，机电一体化在钢铁行业中的应用，还能够加快实现钢铁企业技术升级转型，提高钢铁企业的经济效益、社会效益，从根本上强化钢铁企业的核心竞争力，进一步推动钢铁行业企业、钢铁市场经济的有序稳定发展。

1 机电一体化技术的概述

机电一体化技术是集机械工程、电子信息、自动化、传感技术、接口技术于一体的新科技，实现多学科在生产制造领域的交叉应用，是生产制造行业实现网络信息化控制、智能化控制的重要理论基础，特别是在我国科技迅猛发展的时代背景下，机电一体化技术在转变传统生产制造方式方面具有十分突出的优势作用。

机电一体化技术通过融合微电子、机械制造、计算机网络、通信工程、自动化技术等，使生产制造过程更加现代化、高效化，不仅在空间上将各学科功能融合在一起，而且为生产制造领域赋予新的技术能量，全面促进相关技术领域协调发展。由于机电一体化技术同时涉及液压传动系统，涵盖一定产品方面的优势，微电子装置采用液压、机械作为电子元件的动力，使其具有自动检测、数据处理、文件备份等新功能，机电一体化与单一的电子机械不同，实现机械与信息化的系统延伸，完成自动显示记录、自动调节、自动诊断故障、自动处理等智能化行为，能够实现安全有序生产。虽然机电一体化在很大程度上改变了传统的钢铁制造方式，也是钢铁行业未来发展趋势，但是，由于机电一体化在钢铁行业应用还不够完善，技术水平还有一定的局限性，应进一步拓宽机电一体化在钢铁行业的应用范围，推动钢铁行业更快发展。

2 机电一体化的相关技术

2.1 机械本体技术

软件编程方法的出现，使机电一体化实现信息技术、微电子技术、机械技术、自动化技术、传感检测技术的相互交叉融合，更好地优化生产系统结构，发挥机电一体化在生产制造领域的技术优势，从而高效完成系统目标，使很多技术并行组合后发展成为新的技术体系。机械本体作为机电一体化的重要组成部分，具有硬件构成的主要功能，现阶段围绕机械本体技术必须改善硬件的性能，创新机械技术，实现机械硬件的集成化管理，提升机械硬件的精确性，减小机械硬件的质量，在管理控制室实现机械系统小型化发展，使机械硬件的响应更加快速，降低机械硬件的运行能耗，实现机械生产节能减排，从根本上提高机械作业的效率。

2.2 传感检测技术

传感器作为机电一体化系统中的功能模块，起到了转换各种外界信号源的作用，通过转换的电信号完成系统自动控制与检测。如果系统缺少传感器，没有连接外界与系统的桥梁，系统设备整体检测水平则会大幅度下降，进而影响系统与外界信号转换、处理的精确度，也就难以保证系统运行数据的准确性。随着传感器检测技术的不断更新升级，未来传感器将会更加灵敏，精确度、可靠性也将更高，实现传感检测的智能化发展。

2.3 自动控制信息处理技术

自动控制、信息处理技术是机电一体化系统的核心部分，通过汇总、分析、存储、加工各种外界信息，根据系统程序发出的指令，实现对整个机电一体化系统的自动控制，使系统能够按照设计程序有序运行。自动控制信息处理不但要做好信息输入、交换等内容，还要运算、存储、输出各种信息内容，使信息以信号为载体在机械、电子设备等之间进行有效传输，从而实现系统机电一体化运行。

自动控制技术主要以微处理器为核心，执行系统程序发出的指令，自动控制信息处理技术的优势在于存储、判断、比较、分析系统与外界的信息，避免无关信息干扰，提高信息处理效率。

2.4 传动技术

传动技术作为机电一体化系统的重要动力要素，能够按照机电一体化系统控制状况，将源动力的能量传输到各个功能模块，确保机电一体化系统维持正常运行。传动技术系统是由控制装置、接口组成，主要包括液压传动、机械传动、气压传动、电力传动等，可根据系统程序指令完成传动运行，以达到生产制造要求。

2.5 I/O接口技术

I/O接口技术通过管理发出系统指令，连接起机电一体化系统各个功能模块，与计算机设备交换信息，传递格式相同的数据组，使系统能够高效、灵活、自如地运行，增强各模块之间沟通的时效性，能够实现人机对话。同时，为简化机电一体化系统设计，I/O接口技术应用标准规格设备，方便后期系统的维修，可靠、准确地传输信息，通过响应、显示等方式实现人机交互。I/O接口技术自带数据采集、传输、处理功能，可以转化通信信号，实现系统大容量、小型化发展。

2.6 软件技术

软件技术必须依托先进的硬件设备得以实现，软件技术可以使系统硬件发挥强大功能，实现语言文字的沟通。由于当前软件开发平台发展速度非常快，在很大程度上提高机电一体化系统的控制精准性，各种软件开发控制算法都是以智能专家系统为体系框架，根据钢铁生产情况计算控制系统运行状态。

3 钢铁行业机电一体化技术的应用

3.1 智能控制技术

高效化、大型化、连续化是钢铁行业发展的显著特征，而传统生产制造技术已不能满足现代钢铁企业的生产要求，存在较大的生产技术瓶颈，必须根据现代钢铁企业运行特点，结合机电一体化技术发展趋势，及时转变落后的生产控制技术。而由模糊控制、专家系统、神经网络等组成的智能化控制技术，涉及钢铁企业各个环节，智能控制技术被应用在钢铁产品设计、质量检测、产品生产、生产控制等方面，是钢铁行业的重要应用技术，智能控制技术能够实现对电炉连铸、高炉、轧钢系统、综合调度系统的智能化控制。

3.2 分布控制系统

分布控制系统是由中央控制系统指挥分布在不同现场的智能控制单元、测控计算机，分布控制系统根据控制层级数分为两级、三级等若干级，通过计算机设备实现集中管理、操作、监视、分散控制钢铁生产的作用。特别是近年来，分布控制技术日益完善，钢铁行业分布控制系统能够实时、高效监控钢铁生产各个环节，同时，优化钢铁生产流程，大大提高钢铁的生产效率，降低钢铁生产成本，因此分布控制系统具有可靠性高、运行稳定的优势作用。另外，分布控制系统具有控制分散、监管集中的特征，不容易受到外界故障的影响，即使出现控制运行故障，也可以快速找到控制故障问题，并修复控制故障，是未来主要的发展趋势。

3.3 集成制造系统

集成制造系统是结合流程与作业的钢铁企业制造系统，集成制造系统可以将钢铁生产作业、经营管理、过程控制有效地融合成一体，使钢铁生产制造过程更加系统化，实现全面控制、监管从钢铁原材料采购、加工生产、钢铁产品入库、出库发货等整个生产销售环节。但是相对其他集成系统而言，钢铁企业集成制造系统仍然存在不足，整体系统相对孤立，与控制系统连接仍然存在技术瓶颈，导致难以实现信息资源共享，在一定程度上阻碍现代钢铁企业生产发展。未来钢铁企业具有产品种类繁多、少量多批次生产、收交货效率高等特点，必须完善集成制造系统，提高钢铁企业各系统的资源共享，实现系统化统一管理，在保证钢铁生产质量的同时，有效降低生产用工成本，提高钢铁生产效率，有助于钢铁企业进一步增强综合竞争力。

3.4 开放控制系统

开放控制系统是通过计算机、网络信息化技术，构建新的开放、控制结构体系，充分彰显系统的开放、控制功能优势，最大程度上共享钢铁企业生产、管理、控制等资源。开放控制系统可通过利用网络技术，统一控制钢铁生产、经营管理、收交货等环节，以此能够优化信息资源配置，提高钢铁企业的整体运行效率。

3.5 交流传动技术

传动技术是钢铁企业生产制造环节的重要技术要素，由于传统的直流传动技术在现阶段钢铁企业生产制造中应用十分普及，技术应用也相对广泛、成熟，具有相对完善的钢铁生产技术标准，但是，随着微电子、电子电力技术的快速发展，交流传动技术标准越来越接近直流传动技术，甚至超过了直流传动技术，更加彰显出交流传动的技术优势。由于直流传动技术的直流电机由换向器、电刷等整流装置组成，无法及时响应速度、电流控制系统、单机容量等，限制直流传动技术在钢铁智能化生产中的应用。而交流传动技术由于受限较小，传动频率更高，可高达50～100tad/s，能够满足钢铁智能化生产要求，且交流传动技术在性能方面更加优越，交流传动技术在钢铁生产制造领域将全面取代直流传动技术。

3.6 现场总线技术

现场总线技术是将控制室控制系统、现场装置相连接，实现多站、双向、数字通信线路，该技术比信号传输技术更加快捷、便利，精确度也更高。在更高控制系统、现场装置间实现双向传输，不但能够承载更多装置，传输效率也更高，同时，也能有效减少现场信号连接导线数量，大大降低信号控制资源成本，节省信号控制传输时间，根据钢铁行业生产规模，提高钢铁企业生产控制智能化水平，在资源节约、效率提升方面实现钢铁企业的发展平衡。

4 结语

现代钢铁行业的发展，在应用先进生产制造技术的同时，必须实现生产控制、经营管理等方面的信息资源共享，以此提高钢铁企业的运行效率和质量。机电一体化技术作为现代钢铁企业的重要研究课题之一，在节约钢铁企业运行资源的同时，有效提升钢铁生产效率，使钢铁企业向着智能化方向发展，机电一体化技术在钢铁行业中的应用，必将促进钢铁企业升级转型，提高钢铁企业的核心竞争力。