Investigación sobre la tecnología mecatrónica y su aplicación Resumen Se discute el importante papel que juega la tecnología mecatrónica en el cambio de cara de toda la industria de fabricación de maquinaria, y se explica su aplicación y tendencias de desarrollo en la industria del acero.
Palabras clave Aplicación de tecnología mecatrónica 1 Desarrollo de tecnología mecatrónica
La mecatrónica es la integración cruzada de mecánica, microelectrónica, control, computadoras, procesamiento de información y otras disciplinas. El desarrollo y el progreso dependen del progreso. y desarrollo de 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 basada en fuentes y la ecología.
1.1 Digitalización
Los microcontroladores y su desarrollo han sentado las bases para la digitalización de productos electromecánicos, como las máquinas herramienta CNC y los robots en continuo desarrollo y el rápido aumento de las redes informáticas; sentó las bases para el diseño digital y la fabricación allana el camino, como el diseño virtual, la fabricación integrada por computadora, etc. 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 implementación digital facilitará la operación, el diagnóstico y la reparación remotos.
1.2 Inteligencia
Es decir, se requiere que los productos mecánicos y eléctricos tengan un cierto grado de inteligencia, para que tengan capacidades similares a las humanas como el pensamiento lógico, el juicio y el razonamiento, y toma de decisiones independiente. Por ejemplo, agregar funciones de diálogo hombre-máquina a las máquinas herramienta CNC, configurar interfaces de E/S inteligentes y bases de datos de procesos inteligentes brindará una gran comodidad de uso, operación y mantenimiento. Con el avance 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 y fabricantes de mecatrónica, la investigación y el desarrollo de módulos de unidades de productos mecatrónicos con interfaces mecánicas estándar, interfaces de alimentación e interfaces ambientales es un importante Una tarea compleja y prometedora. Por ejemplo, el desarrollo de una unidad motriz que integra desaceleración y motor de regulación de velocidad de conversión de frecuencia; una unidad de control integrada en el motor con funciones tales como visión, procesamiento de imágenes, reconocimiento y alcance, etc. De esta manera, durante 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. La tecnología Fieldbus y LAN permite conectar en red los electrodomésticos. La red doméstica se utiliza para conectar varios electrodomésticos en un sistema de electrodomésticos integrado por computadora, lo que permite a las personas conectarse a sus hogares. Puede disfrutar plenamente de los beneficios que aportan las diversas altas tecnologías. Por lo tanto, los productos mecatrónicos sin duda deberían desarrollarse en la dirección de la creación de redes.
1.5 Humanización
El usuario final de los productos mecatrónicos son las personas. Cómo dotar de inteligencia humana, emoción y humanidad a los productos mecatrónicos es cada vez más importante, además de un rendimiento perfecto. , los productos químicos también deben coordinarse con el entorno en términos de color, forma, etc. El uso de estos productos sigue siendo un disfrute artístico para las personas. Por ejemplo, el estado más elevado 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 también es una necesidad para mejorar la eficiencia. Los Sistemas Micro Electrónicos Mecánicos (MEMS) se refieren a micro dispositivos o sistemas que pueden producirse en lotes e integrar micro mecanismos, micro sensores, micro actuadores, circuitos de control y procesamiento de señales, e 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, se han logrado grandes avances en la tecnología, los materiales y la investigación micromecánica de MEMS en el país y en el extranjero. , como varios micro sensores (sensores de presión, micro acelerómetros, micro sensores táctiles), varios micro componentes (micro membranas, micro haces, micro sondas, micro bielas, micro engranajes, micro rodamientos, micro bombas, micro resortes y micro -robots, etc.).
1.7 Integración
La integración incluye no solo la penetración mutua y la integración de varias tecnologías, la optimización y combinación de diferentes estructuras de varios productos, sino también el procesamiento simultáneo durante el proceso de producción. , montaje, pruebas, gestión y otros procesos.
Para lograr la automatización y una alta eficiencia en la producción de variedades múltiples y de lotes pequeños, el sistema debería tener una mayor flexibilidad. Primero, el sistema se puede descomponer en varios niveles para dispersar las funciones del sistema y hacer que todas las partes funcionen de manera coordinada y segura. Luego, cada nivel se puede conectar orgánicamente a través de software y hardware para lograr un rendimiento óptimo y funciones más sólidas.
1.8 Basado en fuentes
Los propios productos mecatrónicos contienen fuentes de energía, como células solares, pilas de combustible y baterías de gran capacidad. Dado que la energía eléctrica no se puede utilizar en muchas situaciones, tener una fuente de energía autónoma tiene beneficios únicos para mover productos mecatrónicos. La incorporación de fuentes es una de las direcciones de desarrollo de los productos mecatrónicos.
1.9 Ecologización
El desarrollo de la ciencia y la tecnología ha traído grandes cambios a la vida de las personas, mientras que la abundancia de materiales también ha traído consecuencias de reducción de recursos y deterioro del entorno ecológico. Por lo tanto, la gente pide proteger el medio ambiente, regresar a la naturaleza y lograr un desarrollo sostenible. El concepto de productos ecológicos surgió en respuesta a este llamado. Los productos ecológicos se refieren a productos con bajo consumo de energía, bajo consumo de materiales, baja contaminación, comodidad, coordinación y reciclabilidad. Deben cumplir con los requisitos de protección del medio ambiente y de salud humana al diseñarlos, fabricarlos, utilizarlos y destruirlos. La ecologización de los productos mecatrónicos significa principalmente que no contaminan el medio ambiente ecológico cuando se utilizan. se puede descomponer y reutilizar.
2 Aplicación de la tecnología mecatrónica en empresas siderúrgicas
En las empresas siderúrgicas, el sistema mecatrónico toma el microprocesador como núcleo e integra microcomputadoras, computadoras industriales, comunicaciones de datos, dispositivos de visualización, Los instrumentos y otras tecnologías se combinan, ensamblan y fusionan orgánicamente para crear condiciones sólidas para la integración integral de grandes sistemas de ingeniería y mejorar la precisión, calidad y confiabilidad del control del sistema. La tecnología mecatrónica se utiliza principalmente en los siguientes aspectos en las empresas siderúrgicas:
2.1 Tecnología de control inteligente (IC)
Debido a que la industria del acero tiene características continuas, de alta velocidad y a gran escala, La tecnología de control tradicional ha encontrado dificultades insuperables, por lo que es muy necesario adoptar tecnología de control inteligente. La tecnología de control inteligente incluye principalmente sistemas expertos, control difuso y redes neuronales. La tecnología de control inteligente se utiliza ampliamente en diversos aspectos del diseño de productos, la producción, el control, los equipos y el diagnóstico de la calidad del producto de las empresas siderúrgicas, como los sistemas de control de altos hornos, hornos eléctricos y. Talleres de colada continua, sistema de laminación de acero, fabricación de acero - colada continua - sistema de despacho integral de laminación de acero, laminación continua en frío, etc.
2.2 Sistema de control distribuido (ＤCS)
El sistema de control distribuido utiliza una computadora central para comandar varias computadoras de control y medición in situ orientadas al control y unidades de control inteligentes. Los sistemas de control distribuido pueden ser de dos niveles, tres niveles o más. 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 funciones de optimización en línea, programación del proceso de producción en tiempo real y gestión estadística del plan de producción, convirtiéndose en un sistema integral que integra medición, control y gestión. DCS tiene las características de funciones de control diversificadas, fácil operación, escalabilidad del sistema, fácil mantenimiento y alta confiabilidad. DCS tiene monitoreo centralizado y control descentralizado, y el impacto de las fallas es pequeño. El sistema tiene una función de protección de cadena y adopta medidas de control manual para las fallas del sistema para 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 actuales sistemas de integración electromecánica a gran escala.
2.3 Sistema de Control Abierto (OCS)
Sistema de Control Abierto (Sistema de Control Abierto) es un nuevo concepto de sistema estructural introducido por el desarrollo actual de la tecnología informática. "Abierto" significa pleno conocimiento y soporte de un procedimiento estándar de intercambio de información. Los sistemas diseñados de acuerdo con este estándar pueden lograr compatibilidad e intercambio de productos de diferentes fabricantes y garantizar el pleno intercambio de recursos. El sistema de control abierto interconecta varios equipos de control y computadoras de gestión a través de redes de comunicación industrial para realizar la integración de control y operación, gestión y toma de decisiones. Interconecta instrumentos de campo y equipos de control en la sala de control a través de buses de campo para realizar la integración. medición y control.
2.4 Sistema de Fabricación Integrado por Computadora (CIMS)
El CIMS de las empresas siderúrgicas integra a las personas con las operaciones de producción, la gestión de la producción y el control de procesos para realizar el proceso de entrada de las materias primas a la fábrica Global. y control integrado de procesos de todo el proceso de producción, desde la producción y el procesamiento hasta la entrega del producto.
En la actualidad, las empresas siderúrgicas básicamente han realizado la automatización de procesos. Sin embargo, este tipo de automatización de una sola máquina de "isla de automatización" carece de intercambio de recursos de información y gestión unificada del proceso de producción, y es difícil de adaptar a los requisitos del acero moderno. producción. 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 producción, la operación y la gestión, la clave es fortalecer la gestión, obtener los beneficios económicos necesarios y mejorar la competitividad. de la empresa. Algunas grandes empresas siderúrgicas, como las de Estados Unidos y Japón, implementaron ampliamente el CIMS en los años ochenta.
2.5 Tecnología de bus de campo (FBT)
La tecnología de bus de campo (tecnología Fied Bus) es un enlace de comunicación digital, bidireccional y multiestación. El uso de tecnología de bus de campo para reemplazar la tecnología de transmisión de señales actual (como la transmisión de CC de 4-20 mA) puede permitir que se comunique más información de la misma manera entre dispositivos de instrumentación de campo inteligentes y sistemas de control de nivel superior en los medios. Las conexiones de bus de campo ahorran un 66 % o más de cables de conexión de señal de campo. La introducción del bus de campo ha llevado a cambios en DCS y 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 desarrollo in situ de estaciones de control. etc.
2.6 Tecnología de transmisión de CA
La tecnología de transmisión juega un papel vital en la industria del acero. Con el desarrollo de la tecnología electrónica de potencia y la tecnología microelectrónica, la tecnología de regulación de velocidad de CA se está desarrollando muy rápidamente. Debido a la superioridad del accionamiento de CA, la tecnología de accionamiento eléctrico será completamente reemplazada por el accionamiento de CA en un futuro próximo. El desarrollo de la tecnología digital ha permitido la implementación práctica de una tecnología de control vectorial compleja. El rendimiento de regulación de velocidad del sistema de control de velocidad de CA. alcanzó y superó el nivel de regulación de velocidad CC. Ahora, tanto los motores de gran capacidad como los de pequeña y mediana capacidad pueden utilizar motores síncronos o asíncronos 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 aplicación continúa expandiéndose.
Referencias
1 Yang Zihou. La tecnología de inteligencia artificial y su aplicación en la industria siderúrgica [J]. Automatización metalúrgica, 1994 (5)
2 Tang Lixin. Investigación sobre las características y estructura del sistema CIMS en la industria del acero [J]. Automatización metalúrgica, 1996 (4)
3 Tang Huaibin. Progresos y tendencias del control industrial [J]. Automatización e Instrumentación, 1996 (4)
4 Wang Junpu. Control inteligente[M]. Hefei: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, 1996
5 Lin Xingxin. Avances y perspectivas de la automatización en la industria siderúrgica[J]. Hebei Metalurgia, 1998 (1)
6 Yin Jiying. Tecnología práctica de integración óptica, mecánica y eléctrica [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2003
7 Rui Yannian. Diseño de sistemas mecatrónicos[M]. Beijing: Machinery Industry Press, 2004.
Fuente: [ ] ¡Plataforma de comercio electrónico de la industria eléctrica y mecánica!