機(jī)械制造與自動(dòng)化畢業(yè)論文1

1、中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的分析 年級(jí)專業(yè)層次：2010 秋中原機(jī)械制造及其自動(dòng)化專升本 學(xué)生姓名： 王 洋 學(xué) 號(hào)： 10607107037 指導(dǎo)教師： 紀(jì)仁杰 職 稱： 講 師 導(dǎo)師單位：中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院 中國石油大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 論文完成時(shí)間： 2012 年 3 月 10 日 中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 發(fā)給學(xué)員 王洋 1設(shè)計(jì)(論文)題目： 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的分析 2學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限： 2012 年 3 月 30 日 3設(shè)計(jì)(論文)課題要求： (1) 查閱機(jī)械自動(dòng)化相關(guān)專

2、業(yè)書籍，理解機(jī)械設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng) 用，以及如何利用相關(guān)知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合。 (2) 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔的書寫工作，要求格式規(guī)范，內(nèi)容完整、結(jié)果 正 確，語言流暢。 4實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容： 上機(jī)完成文獻(xiàn)查閱、文檔書寫等任務(wù)。 5文獻(xiàn)查閱要求： 查閱機(jī)械自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)書籍，理解機(jī)械設(shè)計(jì)在 實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，以及如何利用相關(guān)知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合。 6發(fā)出日期： 2011 年 9 月 10 日 7學(xué)員完成日期： 2011 年 12 月 15 日 指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： 注： 1、任務(wù)書應(yīng)附于完成的設(shè)計(jì)（論文）中，并與設(shè)計(jì)（論文）一并提交答辯委員會(huì)； 2、除任務(wù)書外，學(xué)生應(yīng)從指導(dǎo)教師處領(lǐng)取

3、整個(gè)設(shè)計(jì)（論文）期間的工作進(jìn)度日程安排 表（包括各階段的工作量及完成日期） ； 3、任務(wù)書須由指導(dǎo)教師填寫。 審批意見： 系主任簽名： 年 月 日 摘 要 本文主要對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造和機(jī)械自動(dòng)化相比較，提出了具有智能化的特征 是現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)的機(jī)械在功能上的本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)機(jī)械自動(dòng)化在各行各業(yè)的應(yīng)用和 發(fā)展，顯現(xiàn)出了機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)和效益。即多功能化、高效率、高可靠性、省 材料、省能源，不斷滿足人們生活和生產(chǎn)多元化需求。 文章從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及過控技 術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。著重例舉了鍋爐汽包水位的控制和冷卻劑流量和氣氨排量的 最佳控制方案。提出了過

4、程自動(dòng)化控制今后的主要目標(biāo)，指明了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自 動(dòng)化的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：機(jī)械自動(dòng)化；發(fā)展趨勢(shì)；技術(shù) 目 錄 第 1 章 前 言.1 1.1 機(jī)械自動(dòng)化的產(chǎn)生和定義.1 1.2 機(jī)械自動(dòng)化的科學(xué)技術(shù).1 1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則.2 1.3.1 滿足對(duì)機(jī)器的功能要求.2 1.3.2 利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新.2 第 2 章 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用.4 2.1 鍋爐汽包水位控制方面的研究.4 2.1.1 單沖量控制系統(tǒng).4 2.1.2 雙沖量控制系統(tǒng).5 2.1.3 三沖量控制系統(tǒng).5 2.2 冷卻器控制方案的研究.7 2.2.1 控制冷卻劑的流量.7 2.2.

5、2 控制氣氨排量.8 第 3 章 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn).10 3.1 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高.10 3.2 使用安全性和可靠性提高.10 3.3 調(diào)整和維修方便，使用性能改善.10 3.4 具有復(fù)合功能，適用面廣.11 3.5 改善勞動(dòng)條件，有利于自動(dòng)化生產(chǎn).11 3.6 節(jié)約能源，減少耗材.11 第 4 章 機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì).12 4.1 機(jī)電一體化.12 4.2 智能化.12 4.3 模塊化.12 4.4 網(wǎng)絡(luò)化.12 4.5 微型化.13 4.6 綠色化.13 4.7 人格化.13 第 5 章 結(jié)論.14 參考文獻(xiàn).15 致 謝.16 第第 1 章章 前前 言言 1.1 機(jī)械自動(dòng)化的

6、產(chǎn)生和定義機(jī)械自動(dòng)化的產(chǎn)生和定義 機(jī)械自動(dòng)化，主要是指在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工對(duì)象的連續(xù) 自動(dòng)生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)優(yōu)化有效的自動(dòng)化生產(chǎn)過程，從而加快生產(chǎn)投入原料的加工變換和流 動(dòng)速度。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，是機(jī)械制造業(yè)升級(jí)和進(jìn)步的主要手段，是未 來機(jī)械制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要方向。 制造自動(dòng)化技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的重要組成部分，也是當(dāng)今制造業(yè)中涉及面廣， 研究十分活躍的技術(shù)，它代替人的體力勞動(dòng)，輔助人的腦力勞動(dòng)，協(xié)調(diào)、管理、控制 和優(yōu)化制造系統(tǒng)中人及整個(gè)系統(tǒng)，它的功能是多方面的，已形成了一個(gè)有機(jī)體系，它 不僅涉及到具體的生產(chǎn)制造過程，而且涉及到產(chǎn)品的所有過程。 早在 1971 年日本的

7、機(jī)械設(shè)計(jì)雜志副刊上刊登了機(jī)電一體化這一名詞，后來隨 著機(jī)電一體化的發(fā)展而被廣泛的應(yīng)用。美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)于 1984 年為現(xiàn)代機(jī)械下了 如下定義：“由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流 等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)” 。它與前面提及的機(jī)電一體化 是一致的，因此可以說現(xiàn)代機(jī)械就是指機(jī)電一體化系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 90 年代國際機(jī)器與機(jī)構(gòu)理論聯(lián)合會(huì)給出了這樣的定義，機(jī)電一體化是精密 機(jī)械工程、電子控制和系統(tǒng)思想在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的協(xié)同結(jié)合，因此又可以說 機(jī)電一體化就是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化基礎(chǔ)上的發(fā)展。 1.2 機(jī)械自動(dòng)化的科學(xué)技術(shù)機(jī)械自動(dòng)化的科學(xué)

8、技術(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)為主體，多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、 相互結(jié)合的產(chǎn)物，是正在發(fā)展和逐漸完善的一門新興的邊緣學(xué)科，機(jī)械自動(dòng)化使機(jī)械 工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使 工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電器化”邁入了以“機(jī)械自動(dòng)化”為特征的發(fā)展階段。 它的發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展，還將不斷被賦予新的內(nèi)容。但其最基本的特征可概括為：機(jī)械自動(dòng)化的設(shè)計(jì)制造 是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 信息技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技

9、術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，在多功能、高質(zhì)量、高可靠 性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。 需要強(qiáng)調(diào)的是，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合性技術(shù)， 而不是機(jī)械技術(shù)，以及其他新技術(shù)的簡單組合、拼湊，這就是現(xiàn)代機(jī)械與機(jī)械電氣化 在概念上的根本區(qū)別?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造出的產(chǎn)品，不僅是人和手與肢體的延伸，還 是人的感官與頭腦的延伸，具有智能化的特征是現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化和傳統(tǒng)的機(jī)械在功能 上的本質(zhì)區(qū)別。 1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則 1.3.1 滿足對(duì)機(jī)器的功能要求滿足對(duì)機(jī)器的功能要求 任何一種產(chǎn)品

10、都是為滿足人們的某種需要而開發(fā)的，都必須具有某種主要功能， 不同的產(chǎn)品具有不同的主要功能。概而言之，都能對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息（即所 謂工業(yè)三大要素）進(jìn)行某種處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。因此，機(jī) 械自動(dòng)化系統(tǒng)也必須具有對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息進(jìn)行某種處理，從而輸出具有所 需特性的物質(zhì)、能量與信息的主功能。如圖 1-1 所示： 工業(yè)三大 要素具有所需特性 圖 1-1 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)功能示意圖 如上所述，機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)綜合的概念，包含了機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一 體化產(chǎn)品兩個(gè)方面的內(nèi)容。作為產(chǎn)品，又包含著設(shè)計(jì)、制造和特定的功能以滿足使用 要求，而功能是由其內(nèi)部有機(jī)聯(lián)系的結(jié)構(gòu)所決定

11、的。 1.3.2 利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新 根據(jù)產(chǎn)品或系統(tǒng)的主功能不同，可對(duì)產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行分類： 1、以物料搬運(yùn)、加工為主。輸入物質(zhì)、能量和信息，經(jīng)過加工處理，主要輸出改 物 質(zhì) 能 量 信 息 系統(tǒng)主要功能 （變換、傳遞、存 儲(chǔ)） 物 質(zhì) 能 量 信 息 控制( 人 ） 變了位置和形態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)（或產(chǎn)品）稱為加工機(jī)。如各種機(jī)床、交通運(yùn)輸機(jī)械、食 品加工機(jī)械、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、輕工機(jī)械等。 2、以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量和信息，輸出不同能量的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）稱為動(dòng)力 機(jī)，其中輸出機(jī)械能的為原動(dòng)機(jī)。如電動(dòng)機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。 3、以信息處理為主，輸入信息和能量。主要輸出

12、某種信息。如數(shù)據(jù)、圖像、文字、 聲音等的產(chǎn)品稱為信息機(jī)。如各種儀器、儀表、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)以及各種辦公機(jī)械等。 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)除了具備上述必須的主功能外，還應(yīng)具備其它內(nèi)部功能，即動(dòng)力 功能、檢測(cè)功能、控制功能、構(gòu)造功能。 基于上述的功能構(gòu)成原理，既有利于設(shè)計(jì)或分析各種機(jī)械自動(dòng)化的產(chǎn)品，又有利 于開拓思路，便于創(chuàng)造發(fā)明和創(chuàng)新。例如，根據(jù) 3 種不同的主功能及其不同的輸入， 組合起來可形成 9 大類型的系統(tǒng)產(chǎn)品。如表 1-1 所示： 表 1-1 不同主功能及輸入的組合 類型 主要功能輸入輸出組合實(shí)例 1變換物質(zhì)材料加工或處理機(jī) 2傳遞物質(zhì)交通運(yùn)輸機(jī) 3儲(chǔ)存物質(zhì)自動(dòng)化倉庫、包裝機(jī) 4變換能量動(dòng)力機(jī)械

13、5傳遞能量機(jī)械或流體傳動(dòng) 6儲(chǔ)存能量機(jī)械或流體儲(chǔ)能器 7變換信息電子計(jì)算機(jī)、儀表 8傳遞信息通信系統(tǒng)、傳真機(jī) 9儲(chǔ)存信息儲(chǔ)存器、錄像機(jī) 此外，對(duì)于不同主功能的加工機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)方式不同，也構(gòu)成不同用途的機(jī)械。 例如，金屬切削機(jī)床是根據(jù)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生切削作用的原理進(jìn)行工作的。因 此，工件與刀具的運(yùn)動(dòng)方式不同，便產(chǎn)生不同用途的機(jī)床。所以說機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展 空間非常廣闊，需要我們利用先進(jìn)技術(shù)符合科學(xué)原理來不斷創(chuàng)新，設(shè)計(jì)制造出一流的 自動(dòng)化產(chǎn)品。 第第 2 章章 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 生產(chǎn)過程中，對(duì)各個(gè)工藝過程的物理量（或工藝變量）有著一定的控制要求。

14、有 些工藝變量直接表現(xiàn)生產(chǎn)過程，對(duì)產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量起著決定性的作用。例如，精餾 塔的塔頂或塔釜溫度，一般在操作壓力不變的情況下必須保持一定，才能得到合格的 產(chǎn)品；加熱爐出口溫度的波動(dòng)不能超過允許范圍，否則將影響后一工段的效果；化學(xué) 反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達(dá)到指標(biāo)。有些工藝變量雖不直接地影 響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，然而保持其平穩(wěn)卻是使生產(chǎn)獲得良好控制的前提。 2.1 鍋爐汽包水位控制方面的研究鍋爐汽包水位控制方面的研究 鍋爐汽包是生產(chǎn)蒸汽的設(shè)備，幾乎是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備，保持鍋爐汽包的 液位高度在規(guī)定范圍內(nèi)是非常重要的，若水位過低，則會(huì)影響產(chǎn)氣量，且鍋爐易燒干 而發(fā)生事故；若水

15、位過高，生產(chǎn)蒸汽含水量高，會(huì)影響蒸汽質(zhì)量。這些都是危險(xiǎn)的， 因此對(duì)汽包的液位嚴(yán)加控制是保證鍋爐正常生產(chǎn)必不可少的措施。 2.1.1 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng) 汽包水位控制手段是控制給水，基于這一原理，可構(gòu)成如圖 2-1 所示的單沖量控 制系統(tǒng)。 lt lc 蒸 汽 給 水 省 煤 器 汽 包 圖 2-1 汽包單沖量控制系統(tǒng) 這里的“沖量”一詞是指變量，單沖量即汽包水位。這種控制系統(tǒng)是典型的簡單 控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時(shí)，由于假水位現(xiàn)象，控制器不但不能開大給 水閥來增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，而是關(guān)小控制閥的開度，減小給水量。 等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減

16、小，將使水位嚴(yán)重下降，波動(dòng)很 厲害，嚴(yán)重時(shí)汽包水位降到危險(xiǎn)程度以至發(fā)生事故。因此對(duì)于停留時(shí)間短、負(fù)荷變動(dòng) 較大的情況，這樣的系統(tǒng)不能適應(yīng)，水位不能保證。然而對(duì)于小型鍋爐，由于水在汽 包中的停留時(shí)間較長，在蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，假水位的現(xiàn)象并不顯著，配上一些聯(lián)鎖報(bào) 警裝置，也可以保證安全操作，故采用這種單沖量控制系統(tǒng)尚能滿足生產(chǎn)要求。 2.1.2 雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng) 在汽包水位的控制中，最主要的擾動(dòng)是蒸汽負(fù)荷的變化。如果根據(jù)蒸汽流量來進(jìn) 行校正，不僅可以補(bǔ)償“虛假水位”所引起的誤動(dòng)作，而且使給水位控制閥的動(dòng)作十 分及時(shí)，從而減少水位波動(dòng)，改善控制品質(zhì)。將蒸汽流量信號(hào)引入，就構(gòu)成了雙沖量 控制

17、系統(tǒng)，如圖 2-2 所示。從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個(gè)前饋（蒸汽流量）控 制加單回路反饋控制的復(fù)合控制系統(tǒng)。這里的前饋僅為靜態(tài)前饋，若需要考慮兩條通 道在動(dòng)態(tài)上的差異，需引入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 (雙沖 量 控 制 原理 圖 ) lt lc 汽 包 給 水 蒸 汽 ic if i 省 煤 器 ft (雙沖 量 控制 方 框 圖 ) gmd if c2 c1gcgvgp gml x -+icio w l gf d 圖 2-2 汽包雙沖量原理圖及方框圖 圖 2-2 所示的連接方式中，加法器的輸出 i 是 ic1icc2ifi0 (2-1) 式中 ic液位控制器的輸出； if蒸汽流量變送器（一般經(jīng)開方

18、器）的輸出； i0初始偏置值； c1、c2 加法器系數(shù)。c1的設(shè)置一般取 1，c2的值應(yīng)考慮到靜態(tài)前饋補(bǔ)償，可現(xiàn) 場湊試，也可經(jīng)理論推導(dǎo)得出。 設(shè)置 i0的目的是使其在正常負(fù)荷下，控制器和加法器的輸出都有一個(gè)比較適中的 數(shù)值。最好在正常負(fù)荷下，i0 和 c2if項(xiàng)接近而相互抵消。 2.1.3 三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)還有兩個(gè)弱點(diǎn)：控制閥的工作特性不一定能成為線性特性，這樣 要做到靜態(tài)補(bǔ)償就比較困難，同時(shí)，對(duì)于給水系統(tǒng)的擾動(dòng)仍不能克服，為此可再將給 水流量信號(hào)引入，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。 三沖量控制系統(tǒng)的實(shí)施方案較多，如圖 2-3 所示為其中的典型控制方案之一。 lt lc 汽

19、 包 蒸 汽 ic ft d dt fc ft 給 水 省 煤 器 圖 2-3 汽包三沖量控制系統(tǒng) 從圖 2-3 可以看出，這是前饋控制與串級(jí)控制組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。其中，汽包 水位是主沖量（主變量） ，蒸汽、給水流量為輔助沖量。在汽包停留時(shí)間較短、 “虛假 水位”嚴(yán)重時(shí)，需引入蒸汽流量信號(hào)的微分作用。這種微分信號(hào)應(yīng)是負(fù)微分作用，以 避免由于負(fù)荷突然增加和減少時(shí)，水位偏離設(shè)定值過高或過低而造成鍋爐停車。 圖 2-4 所示為三沖量控制系統(tǒng)的方框圖，加法器的運(yùn)算關(guān)系與雙沖量控制時(shí)相同， 各系數(shù)設(shè)置如下： a 系數(shù) c1通?？扇?1 或稍小于 1 的數(shù)值； b 若采用氣開閥；c2取正值，c2的值可按

20、物料平衡關(guān)系進(jìn)行計(jì)算； c i0的設(shè)置和取值仍與雙沖量控制系統(tǒng)相同。 -+ w io ic -+ gp1gp2gfcgvglc gfgmd l x if gmw d gml 圖 2-4 汽包三沖量系統(tǒng)方框圖 在三沖量的控制系統(tǒng)中，水位控制器和流量控制器的參數(shù)整定方法與一般串級(jí)控 制系統(tǒng)相同。在有些裝置中，采用了比較簡單的三沖量控制系統(tǒng)，只用一臺(tái)控制器及 一臺(tái)加法器，加法器可接在控制器之前，如圖 2-5(a)所示，也可接在控制器之后，如圖 2-5(b)所示。 ltftft c2 +- 給 水蒸 汽水 位 c3c1 - lc 正 作 用 氣 關(guān) 閥 lc ltftft c2 +- 給 水蒸 汽水

21、位 氣 關(guān) 閥 正 作 用 c3c1 - (a) (b) 圖 2-5 汽包三沖量控制系統(tǒng)的簡化接法 圖 2-5 中加法器的正負(fù)號(hào)是針對(duì)采用氣關(guān)閥及正作用控制器的情況。圖 2-5(a)接法 的優(yōu)點(diǎn)是使用儀表最少，只要一臺(tái)多通道的控制器即可實(shí)現(xiàn)。但如果系數(shù)設(shè)置不能確 保物料平衡，則當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水位將有余差，圖 2-5(b)的接法，水位無余差，但使用 儀表較前者多，在投運(yùn)及系數(shù)設(shè)置等方面較前者麻煩一些。 2.2 冷卻器控制方案的研究冷卻器控制方案的研究 冷卻器的熱載體是冷卻劑，常采用液態(tài)氨等介質(zhì)作為冷卻劑，利用它們?cè)诶鋮s器 內(nèi)蒸發(fā)進(jìn)吸收工藝物料的大量熱量，使用工藝物料的出口溫度下降來達(dá)到生產(chǎn)工藝要

22、 求，工業(yè)用冷卻器的一般控制方案有以下幾種。 2.2.1 控制冷卻劑的流量控制冷卻劑的流量 氣 氨 物 料 物 料 液 氨 tt tc 圖 2-6 氨冷卻器控制冷卻劑流量的控制方案 圖 2-6 為氨冷卻器控制冷卻劑流量的控制方案，其機(jī)理也是通過改變傳熱速率方 程中的傳熱面積 f 來實(shí)現(xiàn)的。該方案控制平穩(wěn)，冷量（冷卻劑量）利用充分，且對(duì)壓 縮機(jī)入口壓力無影響。但這種方案控制不夠靈活，另外蒸發(fā)空間不能得到保證，易引 起氣氨帶液而損壞壓縮機(jī)。為此，可采用圖 2-7 所示的物料出口溫度與液位的串級(jí)控 制方案，使用這種方案時(shí)，可以限制液位的上限，保證有足夠的蒸發(fā)空間，也可以采 用圖 2-8 所示的選擇性

23、控制方案。 氣 氨 物 料 物 料 液 氨 tt lt tc tc 氣 氨 物 料 物 料 液 氨 tt lt tc tc ls 圖 2-7 溫度與液位串級(jí)控制方案 圖 2-8 溫度與液位選擇性控制方案 2.2.2 控制氣氨排量控制氣氨排量 如圖 2-9 所示，為氨冷卻器控制氣氨排量的控制方案，其機(jī)理是通過改變傳熱速 率方程中的平均溫度來控制工藝物料的出口溫度的，這種方案控制靈敏迅速，但制冷 系統(tǒng)必須許可壓縮機(jī)入口壓力的波動(dòng)。另外，冷量的利用不充分。為確保系統(tǒng)的安全 運(yùn)行，還需要設(shè)置一個(gè)液位控制系統(tǒng)，防止液氨進(jìn)入氨管路而導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞。 液 氨 tt lt tc 氣 氨 tc 物 料 物 料

24、圖 2-9 控制氣氨排量的控制方案 根據(jù)以上分析研究可知，自動(dòng)控制裝置和被控的工藝設(shè)備組成了一個(gè)沒有人直接 參與的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。操作工坐在操作室里，就能觀察到整個(gè)裝置的變化。因此， 保證生產(chǎn)過程的安全，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。 近二十年來，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速發(fā)展，加劇了對(duì)人類生存環(huán)境的污染，因此減小 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染的影響也納入了過程控制的目標(biāo)范圍。 綜上所述，過程自動(dòng)化控制的主要目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面： 1、保證生產(chǎn)過程的安全和平穩(wěn)； 2、達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量； 3、盡可能地減少原材料和能源損耗； 4、把生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的危害降到最小限度。 第第 3 章章 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 隨

25、著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的趨 勢(shì)，與傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品相比，機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品具有高的功能水平和附加值，它將給開發(fā) 生產(chǎn)者和用戶帶來社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。 3.1 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高 機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和檢測(cè)的靈敏度、 精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作，使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響，從而實(shí)現(xiàn) 最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和較高的產(chǎn)品合格率。同時(shí)，由于機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí) 現(xiàn)了工作自動(dòng)化，所以生產(chǎn)力大大提高。例如：數(shù)控機(jī)床對(duì)工件的加工穩(wěn)

26、定性大大提 高，生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高 56 倍。柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備利用率可提高 1.53.5 倍，機(jī)床數(shù)量可減少約 50%，節(jié)省操作人員約 50%，縮短生產(chǎn)周期 40%，使 加工成本降低 50%左右。此外，由于機(jī)械自動(dòng)化工作方式具有可通過調(diào)整軟件來適應(yīng) 需求的良好柔性，特別適合于多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，是縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、加 速更新?lián)Q代的重要途徑。 3.2 使用安全性和可靠性提高使用安全性和可靠性提高 機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品一般都具有自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)等功能。在工作 過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時(shí)，能自動(dòng)采取保護(hù)措施，避免和 減少人身與設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使

27、用安全性，機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品由于采用電子元 器件，減少了機(jī)械產(chǎn)品中的可動(dòng)構(gòu)件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠 性，故障率降低，壽命得到了延長。 3.3 調(diào)整和維修方便，使用性能改善調(diào)整和維修方便，使用性能改善 機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時(shí)，可通過改變控制程序來實(shí)現(xiàn)工作方式的改變，以 適應(yīng)不同用戶對(duì)象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸 入到機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件和零件。對(duì)于具 有存儲(chǔ)功能的機(jī)械自動(dòng)化物品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同 的工作對(duì)象，給定一個(gè)代碼信號(hào)輸入即可按指定的預(yù)定程序進(jìn)行自動(dòng)工作。機(jī)械自動(dòng) 化產(chǎn)品的

28、自動(dòng)化檢驗(yàn)和自動(dòng)監(jiān)視功能可對(duì)工作過程中出現(xiàn)的故障自動(dòng)采取措施，使工 作恢復(fù)正常。由于機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù) 量顯著減少，使得操作大大簡化，并且方便、簡單。機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的工作過程根據(jù) 預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮，系統(tǒng)可重復(fù)實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)作。高級(jí)的機(jī)械自動(dòng)化 產(chǎn)品可通過被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機(jī)自尋最佳工作程序，實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化最優(yōu)化操作。 3.4 具有復(fù)合功能，適用面廣具有復(fù)合功能，適用面廣 機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品跳出機(jī)電產(chǎn)品單技術(shù)、單功能限制，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能， 使產(chǎn)品的功能水平和自動(dòng)化程度大大提高。機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品一般具有自動(dòng)化控制、自 動(dòng)補(bǔ)償、

29、自動(dòng)校驗(yàn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)保護(hù)和智能化等多種功能，能應(yīng)用于不同的場合 和不同領(lǐng)域，滿足用戶需求，應(yīng)變能力較強(qiáng)。 3.5 改善勞動(dòng)條件，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)改善勞動(dòng)條件，有利于自動(dòng)化生產(chǎn) 機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品自動(dòng)化程度高，是知識(shí)密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)品，是將人們從繁 重的體力勞動(dòng)中解放出來的重要途徑，可以加速工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng) 化、交通自動(dòng)化甚至是家庭自動(dòng)化，從而可促進(jìn)我國四個(gè)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。 3.6 節(jié)約能源，減少耗材節(jié)約能源，減少耗材 節(jié)約一次和二次能源是國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，也是用戶十分關(guān)心的問題，機(jī)械自動(dòng)化 產(chǎn)品通過采用低能耗驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行最佳的調(diào)節(jié)控制，以提高設(shè)備的能源利用率，可達(dá) 到明顯的節(jié)能

30、效果。同時(shí)，由于多種學(xué)科的交叉融合，機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的許多功能一 方面從機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到微電子、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，另一方面從硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到軟件系統(tǒng)， 從而使得機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品系統(tǒng)朝著輕小型方向發(fā)展，減少了材料消耗。 所以，無論是生產(chǎn)部門還是使用單位，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用，都會(huì)帶來 顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。正因?yàn)槿绱?，世界各國，首先是日本、美國、歐洲各國都在 大力發(fā)展和推動(dòng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)。 第第 4 章章 機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì) 我國從 20 世紀(jì) 80 年代初才開始這方面的工作研究和應(yīng)用，研究機(jī)構(gòu)及一些大中 型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定的成果。但與日本等

31、先進(jìn)國家相比，仍有相當(dāng)差距。任何一門科學(xué)都是由基礎(chǔ)理論、技術(shù)和工程系統(tǒng)組成 的完善體系。機(jī)械自動(dòng)化在技術(shù)和工程系統(tǒng)方面已有很大的發(fā)展，但基礎(chǔ)理論方面尚 在發(fā)展中，還很不完備，所以今后的發(fā)展方向是： 4.1 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 機(jī)電一體化是機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展和延伸，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品只有向機(jī)電一體化方向 發(fā)展，才是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。 4.2 智能化智能化 智能化是 21 世紀(jì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。這里所說的“智能化” 是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、 模糊數(shù)學(xué)、心里學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法、模擬人類智能，使它具 有判斷推

32、理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得更高的控制目標(biāo)。誠然，使機(jī)械自 動(dòng)化產(chǎn)品具有低級(jí)智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。 4.3 模塊化模塊化 模塊化是一項(xiàng)重要而又艱巨的工程。由于機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多。 研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品單 元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能減速、電動(dòng)機(jī)于一體的 動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元以及各種能完成典型 操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時(shí)也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī) 模。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)

33、機(jī) 械自動(dòng)化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機(jī)械自動(dòng)化企業(yè) 帶來美好的前程。 4.4 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 20 世紀(jì) 90 年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展 給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ顜砹司薮蟮淖兏?。?種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一體，企業(yè)間的競爭也趨于全球化。機(jī)械自動(dòng)化的新產(chǎn) 品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)道，質(zhì)量可靠，很快會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)化的普及， 基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)械 自動(dòng)化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)。利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各 種家用電器連接成

34、以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锍浞窒硎芨?種高技術(shù)帶來的便利和快樂。因此，機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 4.5 微型化微型化 微型化興起于 20 世紀(jì) 80 年代末，指的是機(jī)械自動(dòng)化向微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國 外將其稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)，或微機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過 1cm3的機(jī)械 自動(dòng)化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活， 在生物醫(yī)療、軍事、信息、等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的瓶頸在 于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括 光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。 4.6 綠色化綠色化 工業(yè)

35、的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大的變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一 方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染，于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。 綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)，綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制 造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境 無害或危害及少，資源利用率最高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前 途。機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。 4.7 人格化人格化 未來的機(jī)械自動(dòng)化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)械自動(dòng)化的人格化有兩層含義： 一層是機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)械自動(dòng)化的

36、智能、情感、人 性顯得越來越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化，另一層是模 仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品，實(shí)事上，許多機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的 啟發(fā)研制出來的。 第第 5 章章 結(jié)論結(jié)論 因?yàn)楝F(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化在設(shè)計(jì)和制造上具有多功能、高質(zhì)量、高可靠性，低能耗的 意義所以機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造、都是圍繞著機(jī)械自動(dòng)化來進(jìn)行的。 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)所面臨的共性關(guān)健技術(shù)是傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū) 動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、接口技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。所以說，機(jī) 械自動(dòng)化系統(tǒng)就是機(jī)電一體化系統(tǒng)，機(jī)電一體化的發(fā)展就是機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展，所以 廣大設(shè)計(jì)人員應(yīng)清醒的認(rèn)識(shí)到機(jī)械設(shè)計(jì)

37、制造只有向機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造方向發(fā)展，才 是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。所以設(shè)計(jì)人員不能只熱衷于技術(shù)引進(jìn)，不能僅僅安心于 作為新技術(shù)的傳播者，而應(yīng)該作為新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)造者，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開 辟廣闊的天地。 本文首先介紹了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化的產(chǎn)生及其設(shè)計(jì)原則，即要滿足對(duì)機(jī)器的功能要 求和利用先進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新。通過查閱資料，以鍋爐汽包水位控制為例研究了機(jī)械自 動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，其控制系統(tǒng)包括單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和 三沖量控制系統(tǒng)，對(duì)冷卻器的控制要注意控制冷卻劑的流量和氣氨排量。機(jī)械自動(dòng)化 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括能提高生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量、提高使用安全性和可靠性、調(diào)整和維修 方便，使用性能改善、具有復(fù)合功能，適用面廣、改善勞動(dòng)條件，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)、 節(jié)約能源，減少耗材。最后介紹了機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)：機(jī)電一體化、智能化、模 塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色化、人格化。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 劉武發(fā)，劉德平.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京化學(xué)工業(yè)出版社. 2007.5 2 楊世明 騰獻(xiàn)銀 趙鎮(zhèn)宏 段巍機(jī)械設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社出版 20