关于机械设计制造及其自动化的应用分析

摘 要：针对机械设计制造及其自动化快速发展的现状，对其在锅炉汽包水位控制和冷却器控制中的应用进行深入分析，明确自动化技术实际应用具有的优势，为机械设计制造及其自动化后续发展提供可靠的理论依据。

关键词：机械设计制造；自动化；锅炉汽包水位控制；冷却器控制

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0252-02

机械设计制造及其自动化即将电子与机械技术作为核心，不同技术和学科充分结合与渗透的主要产物，是一门正处快速发展状态的新兴学科，通过机械自动化，能使机械工业对应的生产方式和技术结构都发生本质上的改变，并使现代的工业生产从最初的机械电器化实现机械自动化。

1 在锅炉汽包水位控制中的应用

在蒸汽生产中，锅炉汽包为重要设备，在工业生产中有广泛应用，使汽包液位实际高度处在要求的范围内，是十分重要的。如果水位相对较低，则会对产气量造成影响，使锅炉发生干烧，引起安全事故；如果水位相对较高，则生产的蒸汽中将含有大量的水，对蒸汽质量造成影响。以上都是极为危险的，所以要对汽包液位进行有效控制，以保证生产安全[1]。

1.1 单冲量控制

汽包的水位控制主要是对给水进行控制，按照这一基本原理，可采用如图1所示的控制系统。

所谓冲量，即一种变量，而单冲量实际上就是汽包水位。该系统简单可靠。如果蒸汽负荷明显增加，则会出现假水位的情况，使控制器无法控制给水阀使给水量增加，使锅炉内的物料保持平衡。待假水位的现象消失以后，因蒸汽量有所增加，所以送水量将明显减小，造成剧烈波动，引起安全事故。基于此，对停留时间相对较短和负荷变动剧烈的实际情况，该系统不可使用，难以达到正常水位。从小型锅炉角度讲，因水在汽包当中需要长时间停留，所以蒸汽负荷发生变化时，上述提到的假水位将不明显，加之设有报警系统，所以能保证操作的安全性。可见，该系统可以满足生产的实际要求[2]。

1.2 双冲量控制

在对汽包水位进行控制时，蒸汽负荷发生变化是最主要的干扰之一。若以蒸汽流量为依据来实施校正，则除了能对误动作进行补偿，还能使控制阀及时动作，避免水位发生剧烈波动，对控制品质进行有效改善。基于此，引入蒸汽流量这一信号，即可构成双冲量的水位控制系统。就本质来看，该系统是在单回路基础上引入前馈控制的复合式的系统。其中，前馈属于静态前馈，如果要考虑两条通道在动态方面的差异，要引入相应的补偿环节。

系统连接方面，加法器实际输出可采用以下公式计算得出：

I=C1IC±C2IF±I0（1）

式（1）中，IC表示控制器实际输出；IF表示初始偏置值；C1和C2均表示加法器系数，其中，C1通常取1，而C2的取值需要理论分析得出。此外，设置I0的主要目的在于确保其保持在正常负荷条件下，加法器与控制器实际输出均有适中值。在条件允许的情况下，I0应与C2IF尽可能的接近，以实现相互抵消。

1.3 三冲量控制

通过以上分析可知，对于双冲量控制，它存在以下两项缺陷：①控制阀实际工作特性并不完全属于线性特性，使静态补偿的难度很大；②无法克服给水系统方面造成的扰动。基于此，可通过对给水流量信号的再次引入来构成一个新的控制系统[3]。

在实际情况中，三冲量控制有很多实施方案，以其中一种为例，即串级控制和前馈控制相结合的控制，以汽包水位为主要冲量，而给水流量为次要冲量。如果汽包的实际停留时间相对较短，或存在严重的虚假水位情况，则应引入流量信号具有的微分作用。此信号必须是负微分，防止因负荷突变而造成停机。

该系统加法器对应的运算关系和上述提到的双冲量控制基本相同，其参数设置为：

（1）C1既可取1，也可取比1略显的值；

（2）如果采用气开阀，则C2应取正值，根据物料平衡关系实施计算；

（3）I0取值应和以上控制系统相一致。

在本系统当中，水位与流量的控制器，其参数整定方式和普通串级控制基本一致。部分装置中，运用了较为简单的系统，仅装设一台加法器与控制器，在控制器的前段连接加法器。当然，也可将加法器安装在控制器以后。

对于加法器，其正负号表示采用气关阀与正作用控制器实际情况。采用气关阀与正作用控制器直接相连的方法，能减少仪表的数量，仅装设一个控制器就可以达到要求；而若系数的设置无法保证物料达到平衡，在负荷发生变化时，实际水位将产生余差。采用在水位装设正作用控制器的连接方法，虽然水位没有余差，但需要使用很多的仪表，无论是系数设置，还是投运，都比之前的方法复杂。因此，在实际情况中要根据具体要求选择适宜的连接方法。

2 在冷却器控制中的应用

2.1 冷却剂流量控制

对冷却剂流量有效控制而言，其作用机理为通过对传热面积的改变来达到预期控制目的。控制系统必须保持平稳，充分利用现有的冷量，而且对压缩机而言，其入口压力应没有太大的影响。然而，该方法在灵活性上较差，蒸发空间难以保证，容易使压缩机遭到损坏。基于此，建议采用串级控制系统，在运用该系统时，可有效限制液位，确保蒸发空间达到充足。

2.2 气氨排量控制

对气氨排量的有效控制而言，其作用机理为通过对平均温度的改变来控制出口端实际温度，该系统灵活迅速，而制冷系统应能允许入口侧产生的压力波动。除此之外，该系统对冷量的实际利用也不够充分。为保证系统能够安全、稳定的运行，应采取液位控制方案，避免液氨进入管道当中，对压缩机造成损坏[4]。

通过上述分析可以看出，被控設备与自动控制能构成基本无人参与的控制系统。现场的操作人员在操作控制室中，即可对装置实际变化进行实时观察，能从本质上保证生产安全，减少劳动量，降低出错率。近年来，我国工业生产规模明显扩大，对自然环境的破坏与污染越来越严重，而自动化控制能从根本上减少污染，使工业生产得到快速发展。

3 结束语

从以上应用效果看，机械设计制造及其自动化的合理应用，不仅能提高机械设计制造与控制的技术水平，还能从根本上减少劳动力，保证生产制造过程中的安全性与可靠性，避免发生质量问题和安全隐患。

参考文献

[1]潘 伟，安 鹏，车军平.机械设计制造及其自动化的设计原则及发展趋势[J].南方农机，2017，48（01）：100+108.

[2]何 楠.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].山东工业技术，2016（07）：148～149.

[3]梁喜佳，张洪伟.浅析机械设计制造及其自动化的特点与优势及发展趋势[J].科技创新与应用，2016（06）：126.

[4]赵 岩.机械设计制造及自动化专业创新性应用型人才培养模式探索[J].北京联合大学学报，2013，27（04）：87～90.

收稿日期：2018-5-12

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