Este artículo analiza el importante papel de la tecnología mecatrónica en el cambio de la apariencia general de la industria de fabricación de maquinaria y explica su aplicación y tendencias de desarrollo en la industria del acero.
Palabras clave aplicación de la tecnología mecatrónica
1 Desarrollo de la tecnología mecatrónica
La mecatrónica es mecánica, microelectrónica, control, informática, información Se ocupa de la fertilización cruzada de otras disciplinas. . Su desarrollo y progreso dependen del progreso y desarrollo de las tecnologías relacionadas. Sus principales direcciones de desarrollo son la digitalización, la inteligencia, la modularización, la creación de redes, la humanización, la miniaturización, la integración, la integración y la ecologización.
1.1 Digitalización
Los microcontroladores y su desarrollo han sentado las bases para la digitalización de productos electromecánicos, como lo ha sido el desarrollo continuo de máquinas herramienta CNC y robots; sentó las bases para el diseño y la fabricación digitales allanó el camino para tecnologías como el diseño virtual y la fabricación integrada por computadora. La digitalización requiere que el software de los productos mecatrónicos tenga alta confiabilidad, fácil operación, mantenibilidad, capacidades de autodiagnóstico y una interfaz amigable hombre-máquina. La realización de la digitalización facilitará la operación, el diagnóstico y la reparación remotos.
1.2 Inteligencia
Es decir, a los productos mecánicos y eléctricos se les requiere un cierto grado de inteligencia, para que tengan la capacidad de pensar lógicamente, juzgar y razonar, y realizar decisiones independientes. Por ejemplo, agregar la función de diálogo hombre-máquina y configurar una interfaz de E/S inteligente y una base de datos de procesos inteligente en las máquinas herramienta CNC brindará una gran comodidad de uso, operación y mantenimiento. Con el progreso y desarrollo de tecnologías de inteligencia artificial como el control difuso, las redes neuronales, la teoría gris, la teoría wavelet, el caos y la bifurcación, se ha abierto un amplio mundo para el desarrollo de la tecnología mecatrónica.
1.3 Modularización
Debido a la amplia variedad de productos mecatrónicos y los numerosos fabricantes, la investigación y el desarrollo de módulos unitarios de productos mecatrónicos con interfaces mecánicas estándar, interfaces de potencia e interfaces ambientales es una prioridad. Una obra compleja y prometedora. Por ejemplo, el desarrollo de una unidad motriz que integra motores de desaceleración y frecuencia variable; una unidad de control integrada del motor con funciones como visión, procesamiento de imágenes, reconocimiento y medición de distancias. De esta manera, en el desarrollo y diseño de productos, estas unidades modulares estándar se pueden utilizar para desarrollar rápidamente nuevos productos.
1.4 Redes
Debido a la popularidad de Internet, varias tecnologías de monitoreo y control remoto basadas en red están en auge. El equipo terminal de control remoto en sí es un producto de integración electromecánica. Las tecnologías Fieldbus y LAN permiten conectar en red los electrodomésticos. Al utilizar la red doméstica para conectar varios electrodomésticos en un sistema de electrodomésticos integrado por computadora, las personas pueden disfrutar plenamente de los beneficios de diversas altas tecnologías en el hogar. Por lo tanto, los productos mecatrónicos sin duda deberían evolucionar hacia la interconexión.
1.5 Humanización
Los usuarios finales de los productos mecatrónicos son las personas. Cómo dotar a los productos mecatrónicos de inteligencia humana, emoción y humanidad se ha vuelto cada vez más importante. Además de un rendimiento perfecto, los productos mecatrónicos también requieren armonía con el medio ambiente en términos de color y forma. Usar estos productos sigue siendo un disfrute artístico para las personas. Por ejemplo, el estado más alto de los robots domésticos es la integración hombre-máquina.
1.6 Miniaturización
La miniaturización es inevitable para el desarrollo de la tecnología de procesamiento fino y es una necesidad para mejorar la eficiencia. Los sistemas mecánicos microelectrónicos (MEMS) se refieren a microdispositivos o sistemas que pueden fabricarse en lotes e integrar micromecanismos, microsensores, microactuadores, procesamiento de señales y circuitos de control, hasta interfaces, comunicaciones y fuentes de alimentación.
Desde que la Universidad de Stanford desarrolló la primera microsonda médica en 1986 y la Universidad de California en Berkeley desarrolló el primer micromotor en 1988, la investigación en tecnología, materiales y micromáquinas MEMS en el país y en el extranjero ha logrado grandes avances y se han desarrollado varios dispositivos y sistemas MEMS. , como varios microsensores (sensores de presión, microacelerómetros y microsensores táctiles) y varios microcomponentes (microcomponentes)
1.7 Integración
La integración no solo incluye la penetración mutua e integración de diversas tecnologías y la optimización y combinación de diferentes estructuras de diversos productos, pero también incluye el procesamiento sincrónico de procesamiento, ensamblaje, prueba y gestión durante el proceso de producción. Para lograr la automatización y una alta eficiencia en la producción de variedades múltiples y de lotes pequeños, el sistema debería ser más flexible. Primero, el sistema se puede descomponer en varios niveles para que las funciones del sistema estén descentralizadas y cada parte pueda operar de manera coordinada y segura. Luego, todos los niveles se conectan orgánicamente a través de software y hardware, para que tengan el mejor rendimiento y las funciones más potentes.
Fuente de banda 1.8
Se refiere a productos electromecánicos con energía propia, como células solares, pilas de combustible, baterías de gran capacidad, etc. Debido a que la energía eléctrica no se utiliza en muchas situaciones, tiene ventajas únicas al llevar su propia fuente de energía a los productos mecatrónicos en movimiento. Llevar fuentes de luz es una de las direcciones de desarrollo de los productos mecatrónicos.
1.9 Ecologización
El desarrollo de la ciencia y la tecnología ha traído enormes cambios en la vida de las personas. Si bien la abundancia material también ha traído consigo consecuencias de reducción de recursos y deterioro del medio ambiente ecológico. Por lo tanto, la gente pide proteger el medio ambiente, regresar a la naturaleza y lograr un desarrollo sostenible, y surgió el concepto de productos ecológicos. Los productos ecológicos se refieren a productos con bajo consumo de energía, bajo consumo de materiales, baja contaminación, comodidad, coordinación y reciclabilidad. El diseño, fabricación, uso y destrucción de productos mecatrónicos deben cumplir con los requisitos de protección del medio ambiente y de la salud humana. La ecologización de los productos mecatrónicos significa principalmente que no contaminan el medio ambiente ecológico cuando se utilizan y que los productos pueden descomponerse y reciclarse al final de su vida.
2 Aplicación de la tecnología mecatrónica en empresas siderúrgicas
En las empresas siderúrgicas, el sistema mecatrónico se basa en microprocesadores y combina microcomputadoras, computadoras industriales, tecnologías de datos como comunicaciones, dispositivos de visualización y Los instrumentos se combinan orgánicamente y el método de ensamblaje y fusión se utiliza para crear condiciones poderosas para la integración integral de sistemas de ingeniería a gran escala y mejorar la precisión del control, la calidad y la confiabilidad del sistema. La tecnología mecatrónica se utiliza principalmente en los siguientes aspectos en las empresas siderúrgicas:
2.1 Tecnología de control inteligente (circuito integrado)
Debido a que la industria del acero es a gran escala, de alta velocidad y continua. , la tecnología de control tradicional ha encontrado dificultades insuperables, por lo que el uso de tecnología de control inteligente es muy necesario. La tecnología de control inteligente incluye principalmente sistemas expertos, control difuso y redes neuronales. La tecnología de control inteligente se utiliza ampliamente en el diseño de productos, producción, control, equipos y diagnóstico de calidad de productos de empresas siderúrgicas, como sistemas de control de altos hornos, hornos eléctricos y talleres de fundición continua, sistemas de laminación de acero, despacho integral de fabricación de acero, fundición continua y laminación de acero. sistemas, laminación continua en frío, etc.
2.2 Sistema de control distribuido (DCS)
El sistema de control distribuido utiliza una computadora central para comandar múltiples computadoras de control y medición in situ orientadas al control y unidades de control inteligentes. Los sistemas de control distribuido pueden ser de dos, tres o más niveles. Utilice computadoras para monitorear, operar, administrar y descentralizar centralmente el proceso de producción. Con el desarrollo de la tecnología de medición y control, los sistemas de control distribuido tienen cada vez más funciones. No solo puede realizar el control del proceso de producción, sino también realizar la optimización en línea del proceso de producción, la programación en tiempo real y la gestión estadística del plan de producción, convirtiéndose en un sistema que integra medición, control y gestión. DCS tiene las características de funciones de control diversificadas, operación simple, escalabilidad del sistema, fácil mantenimiento y alta confiabilidad. DCS proporciona monitoreo centralizado y control descentralizado, por lo que el área afectada por fallas es pequeña. Además, el sistema tiene una función de protección de enclavamiento y adopta medidas de operación manual para el control de fallas del sistema, lo que hace que el sistema sea altamente confiable. En comparación con los sistemas de control centralizados, los sistemas de control distribuido tienen funciones más sólidas y mayor seguridad. Es la principal tendencia de los sistemas de integración electromecánica a gran escala en la actualidad.
2.3 Sistema de control abierto (OCS)
El sistema de control abierto es un nuevo concepto de sistema estructural introducido con el desarrollo de la tecnología informática. "Apertura" se refiere a la comprensión y el apoyo a las reglas estándar de intercambio de información. Los sistemas diseñados de acuerdo con este estándar pueden lograr compatibilidad e intercambio de productos de diferentes fabricantes y se pueden compartir recursos. El sistema de control abierto interconecta varios equipos de control y computadoras de gestión a través de la red de comunicación industrial para realizar la integración de control y gestión, gestión y toma de decisiones. Interconecta los instrumentos de campo y los equipos de control en la sala de control a través del bus de campo para realizar la. integración de medición y control.
2.4 Sistema de fabricación integrado por computadora (CIMS)
El CIMS de las empresas siderúrgicas integra la gestión de personas y producción, la gestión de producción y el control de procesos, realizando todo, desde la entrada de la materia prima a la fábrica, producción y procesamiento para un control total e integrado de todo el proceso de producción para la entrega del producto. En la actualidad, las empresas siderúrgicas básicamente se han dado cuenta de la automatización de procesos. Sin embargo, este tipo de automatización de una sola máquina "isla de automatización" carece de acceso a recursos de información y gestión unificada del proceso de producción, y es difícil de adaptar a los requisitos de la producción de acero moderna. . En el futuro, el foco de la competencia entre las empresas siderúrgicas será la producción multivariedad, en lotes pequeños, alta calidad, bajo precio y entrega oportuna. Para mejorar la productividad, ahorrar energía y reducir el consumo, reducir el personal y el inventario existente, acelerar la rotación de capital y lograr la optimización general de la gestión de producción y operaciones, la clave es fortalecer la gestión, obtener los beneficios económicos necesarios y mejorar la competitividad de las empresas. . Algunas grandes empresas siderúrgicas, como las de Estados Unidos y Japón, implementaron CIMS en general en la década de 1980.
2.5 Tecnología Fieldbus (FBT)
La tecnología Fieldbus es un enlace de comunicación digital, bidireccional y multiestación que conecta el grupo de instrumentos en el sitio y el grupo de equipos de control en el centro de control. habitación. Reemplazar la tecnología de transmisión de señales actual (como 4 ~ 20 mA, transmisión de CC) con tecnología de bus de campo puede permitir que se transmita más información bidireccionalmente entre dispositivos de instrumentación de campo inteligentes y sistemas de control superiores en el mismo medio de comunicación. Con conexiones de bus de campo, se pueden omitir 66 o más cables de conexión de señal de campo. La introducción del bus de campo ha llevado a la transformación de los DCS. Se ha desarrollado una nueva generación de instrumentos de bus de campo en torno a sistemas de automatización abiertos, como transmisores inteligentes, actuadores inteligentes, instrumentos de detección de bus de campo, PLC (controlador lógico programable) de bus de campo y local in situ. puesto de mando.
2.6 Tecnología de accionamiento de CA
La tecnología de transmisión juega un papel vital en la industria del acero. Con el desarrollo de la electrónica de potencia y la tecnología microelectrónica, la tecnología de regulación de velocidad de CA se ha desarrollado muy rápidamente. Debido a la superioridad de los variadores de velocidad de CA, los variadores de CC serán completamente reemplazados por variadores de CA en un futuro próximo. Con el desarrollo de la tecnología digital, la tecnología de control vectorial compuesto se ha implementado en aplicaciones prácticas y el rendimiento de regulación de velocidad del sistema de regulación de velocidad de CA ha alcanzado o superado el nivel de regulación de velocidad de CC. En la actualidad, ya sea un motor de gran capacidad o un motor de capacidad pequeña o mediana, se puede utilizar un motor síncrono o un motor asíncrono para lograr una regulación de velocidad suave y reversible. El sistema de accionamiento de CA ha sido bien recibido por los usuarios tan pronto como apareció en la producción de laminados de acero y su alcance de aplicación continúa ampliándose.
Referencia
1 Yang Zihou. Tecnología de inteligencia artificial y su aplicación en la industria del acero [J]. Automatización metalúrgica 1994(5)
2 Tang Lixin. Características e investigación arquitectónica de CIMS en la industria del acero [J]. Automatización metalúrgica, 1996(4)
3 Tang Huaibin. Progreso y tendencias del control industrial[J]. Automatización e instrumentación, 1996(4)
4King. Control inteligente[M]. Hefei: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, 1996.
5 Lin Xingxin. Progreso y perspectivas de la automatización en la industria del hierro y el acero [J]. Hebei Metallurgy, 1998(1)
6 Yin. Tecnología práctica de integración óptica, mecánica y eléctrica[M]. Prensa de la industria química de Beijing 2003
7 Rui Yannian. Diseño de sistemas mecatrónicos[M]. Beijing: Machinery Industry Press, 2004.