智能控制技术在冶金机电一体化中的实践运用

智能控制技术在冶金机电一体化中的实践运用

赵贺瑞

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摘要：本文对智能控制技术在机电冶金一体化中的实现原理进行了分析。在此基础上,本文围绕智能化控制系统的组成及控制模块分步设计、针对冶金磨矿过程的控制系统设计、针对冶金设备运转速度的协调控制系统设计、针对金属冶炼过程中电气火灾监视与控制系统的设计四个层面,对冶金机电一体化自动智能化控制系统的设计过程展开分析,并评估了基于智能控制技术的冶金机电一体化智能控制系统运行效果,希望为从业人员提供一定的参考。

关键词：智能控制技术；冶金机电一体化；自动学习设备；运转速度

引言

所谓智能控制，是指人们通过编制特定的程序控制算法，对机械设备进行定向控制，在少人或无人的情况下，使设备基于特定的精度完成相应的操作。在这种情况下，设备的运转效率可得到极大地提升，操作质量也会整体优于人工操作。在现代社会中，以各种金属为原材料，生产制造出各种类型的设备十分常见。与其他行业一样，金属冶炼行业也需早日完成机电一体化控制的升级。若要实现这一目标，需围绕智能控制技术在冶金机电一体化中的实践运用展开分析。

1 智能控制技术在冶金机电一体化中的实现原理

传统控制属于“静态、死板控制”，全部控制过程较为机械，控制系统很少出现变通；智能控制属于“动态、灵活控制”，系统可在控制的过程中逐渐更正控制参量，从而使控制过程及结果更加理想。如图1所示即为智能控制过程及结构示意图。按照图中所示，给定值r可以理解为人为输入的初始控制参量，该值与实际控制值u之间存在一定的误差e，被控制对象最终输出值y会被系统自动与r进行比对、分析，进而使误差e逐渐缩小，使控制值u逐渐与给定值r趋近。但需要注意，给定值r并不是完全固定的数值，这是因为智能控制系统在控制被控对象的过程中，会主动进行“学习”，这一过程长期持续，当系统发现无论如何调整，都无法使控制值u接近给定值r，那么系统会自动进行判断，或是认为当前被控制对象存在问题，或是认为给定值r缺乏合理性，相关结果会作为依据，最终达到调整控制方案的目的。

2 智能控制技术在冶金机电一体化中的具体运用

2.1 冶金机电一体化自动智能控制系统的设计

2.1.1 冶金机电一体化自动智能控制系统的设计要素

构建冶金机电一体化自动智能控制系统的目的在于，对磨矿过程进行自动化检测，对系统运转速度进行灵活控制。出于安全、稳定作业的考量，要求冶金机电一体化系统必须具有较强的鲁棒性，能够在复杂条件下长期连续运转。若要达到上述要求，在设计自动智能化控制系统时，应重点考虑下列问题：

(1)程序（机电设备运动控制程序）必须具有“嵌入”特征；(2)所需的串口通信接口应为RS485以及RS232，且数量应当充足；(3)系统应具有自动A/D采集功能；(4) I/O接口数量同样应当充足，从而实现I/O控制功能。

2.1.2 智能化控制系统的组成及控制模块分步设计

(1）系统组成。(1)针对冶金机电设备磨矿过程的智能控制模块为核心控制模块。(2)调节冶金机电设备运行速度，需依靠匹配控制模块。所谓“匹配”是指多台冶金机电设备共同组成机组，其中一台设备的运转速度不能随意设定及调控，而是需要根据其他设备的运行工况，完成最佳运行速度匹配之后，才能进行针对性调整。(3)为确保冶金机电设备在运行过程中的安全性，还应设计EF-ACS控制系统，对机电设备的输出功率、设备温度、控制电路的电阻情况进行监控，最终实现有效防控电气火灾的目的。

(2）智能控制系统硬件设计。主控芯片可选择STM8S207系列单片机。目前市面上可选择的该系列单片机具体型号有四种，其中，STM8S207MB以及STM8S207M8的引脚数量均为80，数目均为68，输入均为37，输出均为9;STM8S207RB以及STM8S207R8的引脚数量均为64，数目均为52，输入均为36，输出均为9。相较于STM8S10X系列单片机，STM8S207系列单片机属于增强型8位单片机，内置flash程序存储器能够提供更大的容量，控制精度也更强。STM8S207系列单片机还自带可编程只读存储器、时钟系统、离散量接口、RS785及RS232串行接口、微控制单元（用于连接外部按键）、LED显示屏，总体能够满足冶金机电一体化智能控制系统的基本设计需求。

(3）具有不同控制功能的模块设计。(1) STM8S207系列单片机属于智能控制系统的“运算控制中心”。技术人员完成对冶金机电一体化设备的控制程序的编制之后，将程序嵌入单片机之中，之后由单片机执行该智能程序控制算法，并在长时间运转的过程中，对程序中初步给定的目标运转数据与实际运转数据进行比对，确定偏差并尝试进行调整，从而实现对其他功能模块进行精确调整的目的。(2) RS485及RS232串行接口的主要作用是，经由串口接收运算控制中心发布的指令，并将相关指令发送给直流伺服驱动器，控制连接的冶金机电设备执行相关动作。(3)离散量接口的作用在于，接收从温度传感器、速度传感器、重量传感器等外接监测设备传播的电压信号，之后将这些电压信号转化为智能控制系统能够接受的最小电压量程，便于系统对信号内搭载信息的获取、分析。

2.1.3 针对冶金磨矿过程的控制系统设计

基于智能控制系统控制冶金机电设备磨矿过程的设计要素如下：传统的金属冶炼厂在进行“磨矿”作业时，其控制系统多为“半自动半手动”模式。该系统的弊端在于，人工操作精度不足，会导致系统运行稳定度较低。基于此，需要对磨矿过程设置三级智能控制机制。第一级控制原则是，根据冶金机电一体化系统的运行工况，实时调整控制策略，由系统对各项参数进行深度分析。第二级为中层协调控制，主要根据系统发布的指令，对下层（第三级）控制器现阶段执行的数据进行调整，及时发现被控量中存在矛盾关系的参量。第三级为基础控制级，可借助自整定参数控制法，对冶金机电设备进行精准控制。

2.2 基于智能控制技术的冶金机电一体化智能控制系统运行效果分析

按照上述方式完成冶金机电一体化智能控制系统的设计之后，还需进行试验，验证系统的性能。试验原理如下：选择球磨机设备，保证生产环境、供电条件、设备原始性能（如某些零部件全部采用无磨损新部件）一致[3]。在制粉过程中，首先采用半人工半自动控制系统，启动设备后观察设备运行情况，直到设备进入稳态并持续一段时间后停止，分别记录所需时间及产量。之后采用智能控制系统，同样观察并记录设备运行时间、产量。

实验结果显示：其一，传统的半人工半自动控制系统需要投入的技术人员数量达到10人，而智能化控制系统只需投入2人，表明智能化控制系统应用于冶金机电一体化之后，能够大幅度降低人力成本。其二，传统半人工半自动控制系统启动后，球磨机在0.8h内的产量属于过渡期，从0.8h开始进入高产能稳态，此状态下生产每吨材料耗时约为6h，产能约为每小时15kg；智能化控制系统启动后，球磨机在0.2h内的产量属于过渡期，从0.2h开始进入稳态生产期，生产每吨材料只需2.5h，稳态产能约为每小时40kg。由此可见，智能控制技术应用于冶金机电一体化之后，能够显著提高产能、降低人工成本。

结语

综上所述，将智能控制技术应用于冶金机电一体化的原理并不复杂——要求设计人员明确智能控制技术的高层控制特征，冶金机电设备在日常作业期间的操作原则、操作流程、具体动作。在此基础上，通过多模块设置，实现对冶金机电系统的自组织、自协调。随着智能控制技术的不断升级，冶金机电一体化的智能程度同样会随之加深，金属冶炼过程的设备操作精度会进一步提升，从而使冶金效率质量更上一层楼。

参考文献

[1]张元虎,王文星.关于智能控制技术在煤矿机电设备中的应用分析[J].内蒙古煤炭经济,2022,(09):51-53.

[2]苏赐民,李春杏.智能控制技术在机电控制系统中的应用探析——评《机电控制技术导论》[J].电镀与精饰,2020,42(01):52.