【文章內(nèi)容簡介】 解和再生利用。2 機電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機的結(jié)合起來，采用組裝合并方式，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個方面： 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(xù)化的特點，傳統(tǒng)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)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼連鑄軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。 分布式控制系統(tǒng)(DCS)分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實時調(diào)度、生產(chǎn)計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。 開放式控制系統(tǒng)(OCS)開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計算機技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、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(jì)80年代已廣泛實現(xiàn)CIMS化。 現(xiàn)場總線技術(shù)(FBT)現(xiàn)場總線技術(shù)(Fied Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術(shù)取代現(xiàn)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(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導(dǎo)線。現(xiàn)場總線的引入導(dǎo)致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。 交流傳動技術(shù)傳動技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術(shù)在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無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現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴大。參考文獻楊自厚． 人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用[J]．冶金自動化，1994（5）[J]．冶金自動化，1996（4）唐懷斌． 工業(yè)控制的進展與趨勢 [J]．自動化與儀器儀表，1996（4）王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996林行辛． 鋼鐵工業(yè)自動化的進展與展望[J]．河北冶金，1998（1）6殷際英． 光機電一體化實用技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003芮延年． 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]． 北京：機械工業(yè)出版社，2004．電機功率轉(zhuǎn)換的原理引言：電機調(diào)速實質(zhì)的探討，是關(guān)系到近代交流調(diào)速發(fā)展的重要理論問題。隨著近代變頻調(diào)速矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制等調(diào)速控制理論的提出和實踐，很多有關(guān)文獻和論著都把調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制確認為調(diào)速的普遍規(guī)律，并提出調(diào)速的實質(zhì)和關(guān)鍵在于電磁轉(zhuǎn)矩控制。然而，這種觀點尚缺乏理論和實踐的證明，值得商榷。本文根據(jù)電機功率轉(zhuǎn)換的普遍原理，提出并證明恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的實質(zhì)在于電機的軸功率控制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是功率控制的響應(yīng)，其關(guān)鍵為如何通過電功率控制軸功率。一、功率控制與轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)機電能量轉(zhuǎn)換原理，凡電動機都可劃分為主磁極和電樞兩個功能部分。主磁極的作用是建立主磁場，電樞則是與磁場相互作用將電磁功率轉(zhuǎn)換為軸功率。直流電動機的主磁極和電樞不僅結(jié)構(gòu)鮮明，而且功能獨立，無疑符合以上定義。而交流（異步）電動機通常以定子、轉(zhuǎn)子劃分構(gòu)成，需加說明。根據(jù)所述電樞定義，異步機的軸功率產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子，因此，異步機真正的電樞是轉(zhuǎn)子。問題在于定子，一方面定子勵磁產(chǎn)生主磁場，故定子是主磁極。另一方面，定子又通過電磁感應(yīng)為電樞（轉(zhuǎn)子）輸送電磁功率，卻不產(chǎn)生軸功率，因此定子又具有電樞的部分特征，這里我們把它稱為偽電樞。定子的這種復(fù)合功能，是異步機區(qū)別于直流機的主要特征。從電樞輸出角度觀察，電動機的軸功率與電磁轉(zhuǎn)矩機械轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：PM＝MΩ(1)或 Ω＝PM／M（2）公式（2）除了給出了電機轉(zhuǎn)速與軸功率和電磁轉(zhuǎn)矩間的量值關(guān)系以外，同時表明，電機轉(zhuǎn)速最終只能通過軸功率或電磁轉(zhuǎn)矩兩種控制獲得調(diào)節(jié)，前者簡稱功率控制，后者簡稱轉(zhuǎn)矩控制。功率控制是以軸功率PM為調(diào)速主控量，作用對象必然是電樞或偽電樞。電磁轉(zhuǎn)矩在調(diào)速穩(wěn)態(tài)時，取決于負載轉(zhuǎn)矩的大小。即 M＝Mfz(3)當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩一經(jīng)為客觀工況所確定之后，電磁轉(zhuǎn)矩就唯一地被決定了，因此電磁轉(zhuǎn)矩不僅與調(diào)速控制無關(guān)，而且不能隨意改變其量值。電磁轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的作用表現(xiàn)在調(diào)速的過渡過程，轉(zhuǎn)矩的變化是轉(zhuǎn)速響應(yīng)滯后的結(jié)果，此時，功率控制造成電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。設(shè)電機調(diào)速前的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為Ω1，軸功率為PM1，調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為Ω2，相應(yīng)的軸功率變?yōu)镻M2。由于電磁轉(zhuǎn)矩：M＝PM／Ω(4）故調(diào)速時，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)椋篗＝PM2／Ω由于受慣性的作用，在t＝0的調(diào)速瞬時Ω＝Ω1，故M＝PM2／Ω1t=0此時的電磁轉(zhuǎn)矩將與原來的電磁轉(zhuǎn)矩M1＝PM1／Ω1不等，轉(zhuǎn)矩平衡被破壞并產(chǎn)生動態(tài)轉(zhuǎn)矩，電機轉(zhuǎn)速在動態(tài)轉(zhuǎn)矩作用下開始由Ω1向Ω2過渡，其變化規(guī)律為：Ω1＝（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2（5）電磁轉(zhuǎn)矩則為：M＝PM2／（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2隨著時間增大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩減小，直至電磁轉(zhuǎn)矩與新的負載轉(zhuǎn)矩平衡，即：M＝PM2／Ω2＝Mfz，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在Ω2不變，電機調(diào)速結(jié)束。上述的調(diào)速過程可以由圖1的框圖說明。圖1 功率控制的調(diào)速流程功率控制作用的是電樞，主磁場或主磁通量保持不變，根據(jù)電機理論，電機的額定電磁轉(zhuǎn)矩正比于主磁通量，受限于電樞的最大載流量。因此功率控制調(diào)速時，電機的額定電磁轉(zhuǎn)矩輸出能力不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。根據(jù)公式（2），電機轉(zhuǎn)速在軸輸出功率不變的前提下，與電磁轉(zhuǎn)矩成反比。由于受電磁轉(zhuǎn)矩以額定轉(zhuǎn)矩為上限的約束，轉(zhuǎn)矩控制實際上只能在額定轉(zhuǎn)矩以下實現(xiàn)，因此屬于恒功率調(diào)速。電磁轉(zhuǎn)矩的獨立控制方法主要依據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：M＝CMΦmIS（直流機）(6)或 M＝CMΦmI2COSφ2（交流機）(7)受控的物理量為主磁通Φm，由于主磁通量Φm產(chǎn)生于主磁極，因此轉(zhuǎn)矩控制實際上是磁場控制，作用對象為主磁極。轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速同樣要保證穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)矩平衡，即：M＝Mfz由于調(diào)速穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生了變化，因此要求負載轉(zhuǎn)矩適應(yīng)于電磁轉(zhuǎn)矩變化，即要求負載跟蹤電機。轉(zhuǎn)矩控制實際是弱磁調(diào)速，主要用于額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速。鑒于本文重點討論的是功率控制，故不贅述。二、功率控制的方法與性能電機調(diào)速的軸功率控制只能通過電功率間接控制來實現(xiàn)。以異步機為例，圖2是其等效三端口網(wǎng)絡(luò)。其中電樞（轉(zhuǎn)子）除產(chǎn)生軸功率輸出外，還產(chǎn)生以感應(yīng)電壓u2和電流i2為參量的電功率響應(yīng)。由于該功率與轉(zhuǎn)差率成正比，故稱轉(zhuǎn)差功率，其端口簡稱Ps口。如果電機轉(zhuǎn)子為籠型，其繞組呈短路狀，Ps口為封閉不可控的。反之為繞線型，Ps口則是開啟可控的，轉(zhuǎn)子可以通過Ps口輸出或輸入電功率。由此可見，異步機的功率控制調(diào)速有兩種方式，一種是通過偽電樞間接對電樞實現(xiàn)軸功率控制；另一種是通過Ps口直接控制電樞軸功率。前者主要適用于籠型異步機，后者則適用于繞線型異步機。作為偽電樞，定子向電樞（轉(zhuǎn)子）傳輸?shù)碾姶殴β剩篜em＝P1－△P1（8）電樞的軸功率則為：PM＝Pem－△P2(9)故 PM＝P1－（△P1＋△P2）(10)可見，控制偽電樞的輸入功率P1或增大其損耗△P1就可以控制電樞的軸功率，后者顯然是低效率、高損耗的調(diào)速，不宜推薦?？刂芇1調(diào)速的唯一方法是調(diào)壓━━變頻，即所謂的變頻調(diào)速。由于：P1＝m1U1I1COSφ1(11)故對于電壓源供電調(diào)節(jié)端電壓U1是控制功率P1的必須手段。問題的關(guān)鍵是為什么不能單純調(diào)壓，而必須輔以變頻？這是定子除了偽電樞的功能之外，還同時兼主磁極之故。前已敘及，功率控制的要點有：① 保持主磁通量不變② 作用對象是電樞或偽電樞③ 控制目標(biāo)是軸功率如果單純調(diào)壓而頻率不變，定子的主磁極功能就要受到嚴(yán)重影響。根據(jù)電機理論，做為主磁極，定子的主磁通量：Φm＝E／1＝KE1／f1≈KU1／f1(12)恒頻調(diào)壓的結(jié)果，主磁通Φm將隨U1下降而減小，形成了前述的轉(zhuǎn)矩控制。更主要的是此時不但未能控制功率P1，反而增大了電機損耗，與目的絕然相悖。設(shè)負載為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，由轉(zhuǎn)矩平衡方程，電磁轉(zhuǎn)矩：M＝Mfz＝const