工程機械自動化更關注綠色與智能化

[來源：中國綠色建設工程機械網-建設工程機械委員會][發布日期：14-10-17]

盡管國際金融危機的洶涌來襲給國內機械制造業企業蒙上一層陰影，但隨著《工程機械制造業三年振興規劃》的出臺以及擴大內需的4萬億投資對工程機械行業的推動，國內工程機械行業仍然穩步前行。在利好的刺激下，整個工程機械行業格局也在不斷調整，各大企業也加大了對人才培養、技術創新上的投入。工程機械良好的發展態勢，也在影響著其上游行業——自動化行業的發展，自動化廠商紛紛選擇進軍工程機械行業，以期獲得更大的行業市場與客戶資源。

談到工程機械行業應用的自動化產品，我們會想到與此相關的許多產品指標，諸如高可靠性、高防護等級、良好的電磁兼容性等等。但除卻這些性能因素，在國內制造業節能、環保、高效生產的倡導下，越來越多的工程機械制造商們已經將目光鎖定在“綠色”、“智能”兩大關鍵詞上。同時，這樣的發展趨勢對于自動化產品來說，也是一個極大的利好消息。為此，我們邀請到三一重工智能控制設備有限公司硬件開發研究所工程師姚洪濤先生，請他為自動化企業支招。

發動機底盤與執行機構存在節能空間

相對于一般行業，工程機械行業對自動化產品的要求較為苛刻?！坝捎诠こ虣C械設備一般體積較為龐大，而且應用環境又十分惡劣。高可靠性與高防護等級是自動化產品最基本的要求，同時還應具有抗振、防潮、防浪涌沖擊、防電擊等特點。因此，應用在工程機械行業的自動化產品的價格也相對較高?！币闈榻B說。

但是如果要在節能方面有所突破，僅僅擁有上述的性能還遠遠不夠。發動機是工程機械所有系統中對環境影響最大的部件，尤其在振動、噪聲和排放指標方面，同時，發動機也是 “耗能大戶”。據了解，目前工程機械行業提倡發動機與傳動系統、工作系統和行走系統的合理匹配，這樣可以達到良好的節能效果。企業當前的目標是研究不同的工程機械對應什么類型的發動機，這樣其功率曲線才能達到節能的效果。

姚洪濤說：“目前，我們在研究如何獲取發動機底盤信息與改善執行機構的項目。盡管相關產品沒有實現批量生產，但是這個項目已經被列在我們的技術研究規劃中?！北娝苤?，傳感器產品已經廣泛應用于工程機械發動機工控控制領域，例如位置傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等等。在這個應用中，傳感器、分布式IO模塊等數據采集相關產品將得到更為廣泛的應用與推廣。姚洪濤指出，從發動機以及執行部件上找到能耗的根源，才能從根本上解決工程機械設備耗能大、污染大的問題，也將節能環保的工作提升到更高的技術層次。

專用控制器的研發需關注智能化

控制器及其相關控制系統是工程機械行業關鍵核心技術之一，直接決定了產品的性能。通用的可編程邏輯控制器（PLC）在很多方面難以滿足工程機械行業嚴酷的作業環境與各項功能的要求，而具備高防護等級的專用控制器更具有行業針對性，目前已經普遍應用于挖掘機械、路面機械、起重機械等領域。

姚洪濤介紹，專用控制器首先要適應惡劣作業環境的能力，也要能夠承受大電流與高電壓的沖擊；同時，可以提供工程機械控制所需的各類輸出驅動接口，以及車載系統所需的各類采集接口；還應該能提供針對工程機械控制的各種高級應用軟件算法模塊。

隨著工程機械市場規模的日益擴大，以及信息技術等相關技術的發展，應用在專用控制器上的新技術也層出不窮?！氨热缯f，我們研究的五截臂工程機械設備的運動控制項目，要求每個截臂的連接處可以靈活運動，只需要在末端點安裝一個傳感裝置，就可以實現每段截臂精確而又隨心所欲的動作。這就要求截臂能夠實現路徑的規劃等功能，也對專用控制器提出了很高的要求，在智能化方面要有一個質的飛躍?！币闈榻B。隨著控制器處理能力的不斷提高，許多復雜的算法尤其是智能控制算法可以得到充分的應用。這大大推動了控制領域自動化程度的提高，也使得控制器越來越人性化，對于操作人員的經驗與熟練程度的要求逐漸降低，而操作效率卻不斷提升。

服務門類有待細分

據姚洪濤介紹，三一重工的各大部門各有分工，但彼此之間的業務也是交叉的，這一方面助推了彼此經驗的共享，同時對客戶的服務項目上劃分更加詳細，也得到了用戶的廣泛認可與好評。這樣的組織架構與服務模式，也值得自動化企業借鑒。

“在三一重工，針對嵌入式、電氣、硬件、軟件、系統應用等都有專門的研究所，這樣的組織架構幾乎涵蓋了所有的技術門類，也滿足了工程機械行業的技術需求。在我們硬件開發研究所，主要的任務就是為各類以‘工程’為主題的機械裝備提供關鍵、特色控制部件和系統，并結合工業控制領域專用技術提供工程機械的智能控制綜合解決方案，同時給予相應的技術和服務支持?！币闈忉尩?。細分技術部門，并實現服務細分，優勢不言而喻，在貼近行業需求的同時，也開拓了更大片的工程機械“藍海市場”。

近年來，國內工程機械行業的快速發展極大地帶動了其上游產業，這也促進了工程機械行業自動化水平的成熟。目前，與國外一臺先進設備上裝有幾十只，甚至幾百只傳感器的現狀相比，國內工程機械不論在傳感器數量、種類以及采集的范圍方面都存在差距。姚洪濤認為，自動化企業可以抓住機遇，繼續推動傳感器技術的發展，在材料、工藝、使用壽命、抗干擾能力及智能化方面進行進一步的研究。同時，在網絡通訊及遠程診斷技術方面，可以將網絡技術應用于工程機械設備內部各系統間的連接和通訊中。這樣不光可以減少線路連接，提高系統可靠性，也可進行實時診斷、測試和報警，進而實現集中顯示、歷史查詢和自診斷功能。通過網絡通信還可實現機械故障遠程診斷，節約維修時間與成本。

當下，工程機械行業在中國市場的發展形勢可謂如火如荼，自動化產品的客戶認知度與市場基礎也隨著該行業的發展而逐漸成熟與穩固。在行業整體向綠色、智能轉型的同時，自動化廠商也應該更關注工程機械行業的走勢，研發出更適合行業發展的新產品與新技術。

艾默生CT Unidrive SP產品應用于采礦挖掘

    ■艾默生CT

位于貝爾格萊德東南部約90公里處的Kostolac大型露天煤礦，采用了艾默生CT的重載交流驅動器。

經過激烈的競爭，艾默生CT的本地驅動專家，來自Subotica的Master?Inzenjering d.o.o.及其長期系統合作伙伴和電機系統制造商ATB?Sever共同贏得了這一享有盛譽的合同。這是一份基于包括價格、技術解決方案、經驗和本地支持在內的復雜評分系統的政府合同。ATB?Sever的項目經理Petar Mikovic評論道：“我們與艾默生CT、Master Engineering之間的密切工作關系，以及此類方案的經驗和客戶支持等各方面共同促成了該合同的簽訂?！?/span>

ATB?Sever為客戶提供了一個完整的交鑰匙解決方案，包括電子控制面板、軟件、電機、所有電氣和現場調試工作。

政府擁有的Te-Ko?Kostolac礦是塞爾維亞第二大露天煤礦，直接為附近的燃煤電站供應燃煤。此項應用可驅動和控制大型兩件式傳動帶系統，以去除煤層上方的泥土和巖石。該裝置提供了四個315kW的重載Unidrive SP獨立驅動器，每個驅動器均配備可直接與中央PLC和ESA?HMI面板通信的Profibus模塊。緊湊的尺寸以及易于安裝和維護的模塊化格式是選擇這些驅動器的關鍵因素，該驅動器可以安裝在輸送站上有限的清潔的電氣開關室之中。

這四個驅動器均可在艾默生CT獨特的開環RFC模式下運行，并控制兩個碾壓鼓，每個碾壓鼓的一端都具有一臺315kW、1490r/min的電機?？刂葡到y可監控負載，并調整驅動器的速度，以確保電機功率的均勻分配。

發生故障時，該系統可以三臺甚至兩臺電機運行。大多數情況下，傳送帶以50Hz，4.5m/s的全速運行，但為了減少能耗，輕載時該系統則自動降低速度。挖掘機將泥土裝入1.6m寬的負載傳送帶系統，該系統將裝載物輸送到分配傳送帶上?？赏ㄟ^履帶系統將這兩個傳送帶移到所需位置，總長度可達2km。日常運行24小時期間的負載相當均勻，根據裝載泥土和巖石的特性，系統能力在3000t/h和5000t/h之間變化。

Unidrive?SP獨立控制室以小空間外殼和極具競爭力的價格提供了預制解決方案，至今客戶深信經過現場強有力驗證的產品。該產品也提供了業界領先的通信、反饋選件、多種操作模式（包括節能四象限操作）和高度的可編程性。Petar?Mikovic補充說：“此項目進展非常順利，我們已經著眼于下一個重要方案?！?

庫伯勒為移動工程車輛提供一站式服務

■庫伯勒（北京）自動化設備貿易有限公司

公共作業車輛一般都在苛刻的環境下工作，用于測量速度、定位以及傾角測量的傳感器都裸露在相同的苛刻環境中。通常的市場需求包括：寬泛的工作溫度使用環境，高沖擊和震動，抵御潮濕、蒸汽噴射清洗、路面灑水、路面灑鹽、露水的車輛環境，抵御粉塵的環境，諸如道理灰塵、田地塵土和石頭顆粒，抵御紫外線和陽光輻射的環境。

編碼器和直線測量技術在定位

測量中的應用

準確和強壯是庫伯勒產品顯著的特點。定位測量必須滿足移動車輛自動化的各個分支環節。庫伯勒用簡單而強壯的磁性測量系統，以及高精度的光學原理傳感器，很方便地滿足了市場的需求。所有的常用的通訊接口都能提高和滿足，比如：模擬量電壓與電流輸出、CANopen/SAE J1939、SSI以及其他接口。庫伯勒“圣蒂科思”（Sendix）編碼器系列可提供靈活的選項以滿足各種移動施工機械理想的解決方案。

轉速和速度測量傳感器

在設備工作中，準確的速度信息的檢測是非常重要的。測量系統提供這個重要的速度信息需要在苛刻的惡劣環境下獲得，并要求不能有任何的可靠性損失。庫伯勒增量型編碼器可以承受強震動或極端溫度變化的環境而安全可靠的工作。

傾角儀和數顯技術

一脈相承、一站式服務的傳感器和數顯技術，傾角儀提供模擬量輸出和CANopen總線輸出，可以檢測設備運行的豎直和水平姿態。

“科蒂科思”（Codix）多功能計數器可以顯示長度、速度、角度和位置等物理量?？删幊痰妮敵隹勺鳛檫\行程序控制和限位開關使用。模擬量數顯儀表“科蒂科思”（Codix）55x與573，用于測量溫度、壓力和稱重，集成極限值開關，確保安全和設備急停。電子和機電的維護計數器，用于檢測設備的開關周期或運行時間。

在傳統中創新是庫伯勒產品得益于50年工程自動化領域的經驗。多年以來，庫伯勒持續研發，不斷優化產品在驅動、戶外和重載工業領域的應用。細節決定勝負，庫伯勒產品特性智能化、高品質，這些都給客戶應用提供了巨大優勢，同時在結構上，也針對移動設備的性能和安全性做了專門的設計。

巴魯夫BIL磁感應式位置傳感器為大眾產品提供質量保障

■巴魯夫（上海）貿易有限公司

在位于開姆尼茨的發動機裝配廠里，大眾薩克森公司有兩條平衡軸殼裝配線。這種平衡軸殼包括軸承殼套，在平衡軸殼的自動生產線上，設備必須要能夠辨識軸承外殼是否安裝，并且安裝在正確的位置上。為提高設備的精度與可靠性，之前的測量系統的分辨率必須要提升。提升分辨率主要源于大眾對于緊密度公差與高品質的需求，現在大眾使用的系統在巴魯夫改裝部門的協助下進行了相應的修改。

不接觸就可測量高度變化

平衡軸殼的生產包括將每一個軸承殼套插入外殼的高低部分，軸殼一半位于底座部分，這個底座由液壓缸推動，靠在與彈簧栓配套的上部對立板上。塑料活塞可伸至平衡軸殼內部，對軸承殼套的位置進行施壓。如果軸殼通過液壓向上移動，彈簧就向后彈起，進而觸到作為位置指示器的磁性板。BIL位置傳感器與磁性板并不直接接觸，但卻又“連接”在一起，這能夠檢測磁性板位置的變化以及指示模擬輸出量，這一輸出值是軸承殼套位置與類型的測量值。如果由于軸承殼套沒有安裝或者安裝位置錯誤，導致預定壓力值與之不符，控制器將記錄這一輸出值為NOK，平衡軸殼將會被帶離原處，送至手動工作站。

控制器的信號處理

盡管模擬信號不可直接傳遞給控制器，但卻能通過BES處理器繞行送至控制器。這是因為在大眾，現有的控制器沒有模擬輸入模式，所以傳感器信號不能直接被處理。由于要進行部分進行修改而不是全局更換，就要為28個BIL傳感器安裝處理器板卡，這樣就能從測量值中產生交換點，并通過二進制轉換信號的方式傳到控制器。

在這些情況或相似的任務中，經常會使用接觸探針，而線性量度系統相對少見。通過使用接觸探針，大眾可以節省日常所需要的機械維修費用，因為牢固的探針包括了在頂端裝彈簧的小件。但是接觸探針相對較貴，尤其是在要求高分辨率的情況下更為明顯。而且，他們提供模擬輸出信號來做預處理，如果這樣就會相應產生的額外的昂貴技術費用。由于巴魯夫改裝部門的努力，一種經濟而又可靠的選擇就成為了現實，在提供適當的交換信號的同時，還可以簡化裝備部門的機械設計工作。

從改裝到標準產品

另一個證明BIL系統比接觸探針更具備優勢的因素是其高功能密度。傳感器長度與磁感應式傳感器檢測距離的比率可達160mm，滿足工作范圍要求。同樣，外形的因素也是應用中的一大優勢，盡管內置電子處理器件，但外形卻十分緊湊。BIL傳感器產品的其他優勢還包括非接觸式結構與完全的測量原則，使用被動位置標志，使得系統無磨損，傳感元器件與電子元件都集成在軸殼內，這使得產品對于震動與顫動十分靈敏，在特別嚴峻的工業環境下是理想之選。

通過改裝現有設備，大眾在改善產品質量的同時，在平衡軸裝配線上大大提高了零件的生產能力。盡管需求逐漸增多，但是卻進一步地保證了大眾的“零缺陷”生產。勝者不僅僅是位于開姆尼茨的發動機生產公司，同時巴魯夫自身也是勝者，因為改裝的成功已經使得更多的標準產品成系列地進行生產。