【导读】尽管国际金融危机的汹涌来袭给国内机械制造业企业蒙上一层阴影，但随着《工程机械制造业三年振兴规划》的出台以及扩大内需的4万亿投资对工程机械行业的推动，国内工程机械行业仍然稳步前行。在利好的刺激下，整个工程机械行业格局也在不断调整，各大企业也加大了对人才培养、技术创新上的投入。工程机械良好的发展态势，也在影响着其上游行业——自动化行业的发展，自动化厂商纷纷选择进军工程机械行业，以期获得更大的行业市场与客户资源。　　谈到工程机械行业应用的自动化产品，我们会想到与此相关的许多产品指标，诸如高可靠性、高防护等级、良好的电磁兼容性等等。但除却这些性能因素，在国内制造业节能、环保、高效生产的倡导下，越来越多的工程机械制造商们已经将目光锁定在“绿色”、“智能”两大关键词上。同时，这样的发展趋势对于自动化产品来说，也是一个极大的利好消息。为此，我们邀请到三一重工智能控制设备有限公司硬件开发研究所工程师姚洪涛先生，请他为自动化企业支招。发动机底盘与执行机构存在节能空间　　相对于一般行业，工程机械行业对自动化产品的要求较为苛刻。“由于工程机械设备一般体积较为庞大，而且应用环境又十分恶劣。高可靠性与高防护等级是自动化产品最基本的要求，同时还应具有抗振、防潮、防浪涌冲击、防电击等特点。因此，应用在工程机械行业的自动化产品的价格也相对较高。”姚洪涛介绍说。　　但是如果要在节能方面有所突破，仅仅拥有上述的性能还远远不够。发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，尤其在振动、噪声和排放指标方面，同时，发动机也是 “耗能大户”。据了解，目前工程机械行业提倡发动机与传动系统、工作系统和行走系统的合理匹配，这样可以达到良好的节能效果。企业当前的目标是研究不同的工程机械对应什么类型的发动机，这样其功率曲线才能达到节能的效果。　　姚洪涛说：“目前，我们在研究如何获取发动机底盘信息与改善执行机构的项目。尽管相关产品没有实现批量生产，但是这个项目已经被列在我们的技术研究规划中。”众所周知，传感器产品已经广泛应用于工程机械发动机工控控制领域，例如位置传感器、压力传感器、温度传感器等等。在这个应用中，传感器、分布式IO模块等数据采集相关产品将得到更为广泛的应用与推广。姚洪涛指出，从发动机以及执行部件上找到能耗的根源，才能从根本上解决工程机械设备耗能大、污染大的问题，也将节能环保的工作提升到更高的技术层次。专用控制器的研发需关注智能化　　控制器及其相关控制系统是工程机械行业关键核心技术之一，直接决定了产品的性能。通用的可编程逻辑控制器（PLC）在很多方面难以满足工程机械行业严酷的作业环境与各项功能的要求，而具备高防护等级的专用控制器更具有行业针对性，目前已经普遍应用于挖掘机械、路面机械、起重机械等领域。　　姚洪涛介绍，专用控制器首先要适应恶劣作业环境的能力，也要能够承受大电流与高电压的冲击；同时，可以提供工程机械控制所需的各类输出驱动接口，以及车载系统所需的各类采集接口；还应该能提供针对工程机械控制的各种高级应用软件算法模块。　　随着工程机械市场规模的日益扩大，以及信息技术等相关技术的发展，应用在专用控制器上的新技术也层出不穷。“比如说，我们研究的五截臂工程机械设备的运动控制项目，要求每个截臂的连接处可以灵活运动，只需要在末端点安装一个传感装置，就可以实现每段截臂精确而又随心所欲的动作。这就要求截臂能够实现路径的规划等功能，也对专用控制器提出了很高的要求，在智能化方面要有一个质的飞跃。”姚洪涛介绍。随着控制器处理能力的不断提高，许多复杂的算法尤其是智能控制算法可以得到充分的应用。这大大推动了控制领域自动化程度的提高，也使得控制器越来越人性化，对于操作人员的经验与熟练程度的要求逐渐降低，而操作效率却不断提升。服务门类有待细分　　据姚洪涛介绍，三一重工的各大部门各有分工，但彼此之间的业务也是交叉的，这一方面助推了彼此经验的共享，同时对客户的服务项目上划分更加详细，也得到了用户的广泛认可与好评。这样的组织架构与服务模式，也值得自动化企业借鉴。　　“在三一重工，针对嵌入式、电气、硬件、软件、系统应用等都有专门的研究所，这样的组织架构几乎涵盖了所有的技术门类，也满足了工程机械行业的技术需求。在我们硬件开发研究所，主要的任务就是为各类以‘工程’为主题的机械装备提供关键、特色控制部件和系统，并结合工业控制领域专用技术提供工程机械的智能控制综合解决方案，同时给予相应的技术和服务支持。”姚洪涛解释道。细分技术部门，并实现服务细分，优势不言而喻，在贴近行业需求的同时，也开拓了更大片的工程机械“蓝海市场”。　　近年来，国内工程机械行业的快速发展极大地带动了其上游产业，这也促进了工程机械行业自动化水平的成熟。目前，与国外一台先进设备上装有几十只，甚至几百只传感器的现状相比，国内工程机械不论在传感器数量、种类以及采集的范围方面都存在差距。姚洪涛认为，自动化企业可以抓住机遇，继续推动传感器技术的发展，在材料、工艺、使用寿命、抗干扰能力及智能化方面进行进一步的研究。同时，在网络通讯及远程诊断技术方面，可以将网络技术应用于工程机械设备内部各系统间的连接和通讯中。这样不光可以减少线路连接，提高系统可靠性，也可进行实时诊断、测试和报警，进而实现集中显示、历史查询和自诊断功能。通过网络通信还可实现机械故障远程诊断，节约维修时间与成本。　　当下，工程机械行业在中国市场的发展形势可谓如火如荼，自动化产品的客户认知度与市场基础也随着该行业的发展而逐渐成熟与稳固。在行业整体向绿色、智能转型的同时，自动化厂商也应该更关注工程机械行业的走势，研发出更适合行业发展的新产品与新技术。艾默生CT Unidrive SP产品应用于采矿挖掘　　■艾默生CT　　位于贝尔格莱德东南部约90公里处的Kostolac大型露天煤矿，采用了艾默生CT的重载交流驱动器。　　经过激烈的竞争，艾默生CT的本地驱动专家，来自Subotica的MasterInzenjering d.o.o.及其长期系统合作伙伴和电机系统制造商ATBSever共同赢得了这一享有盛誉的合同。这是一份基于包括价格、技术解决方案、经验和本地支持在内的复杂评分系统的政府合同。ATBSever的项目经理Petar Mikovic评论道：“我们与艾默生CT、Master Engineering之间的密切工作关系，以及此类方案的经验和客户支持等各方面共同促成了该合同的签订。”　　ATBSever为客户提供了一个完整的交钥匙解决方案，包括电子控制面板、软件、电机、所有电气和现场调试工作。　　政府拥有的Te-KoKostolac矿是塞尔维亚第二大露天煤矿，直接为附近的燃煤电站供应燃煤。此项应用可驱动和控制大型两件式传动带系统，以去除煤层上方的泥土和岩石。该装置提供了四个315kW的重载Unidrive SP独立驱动器，每个驱动器均配备可直接与中央PLC和ESAHMI面板通信的Profibus模块。紧凑的尺寸以及易于安装和维护的模块化格式是选择这些驱动器的关键因素，该驱动器可以安装在输送站上有限的清洁的电气开关室之中。　　这四个驱动器均可在艾默生CT独特的开环RFC模式下运行，并控制两个碾压鼓，每个碾压鼓的一端都具有一台315kW、1490r/min的电机。控制系统可监控负载，并调整驱动器的速度，以确保电机功率的均匀分配。　　发生故障时，该系统可以三台甚至两台电机运行。大多数情况下，传送带以50Hz，4.5m/s的全速运行，但为了减少能耗，轻载时该系统则自动降低速度。挖掘机将泥土装入1.6m宽的负载传送带系统，该系统将装载物输送到分配传送带上。可通过履带系统将这两个传送带移到所需位置，总长度可达2km。日常运行24小时期间的负载相当均匀，根据装载泥土和岩石的特性，系统能力在3000t/h和5000t/h之间变化。　　UnidriveSP独立控制室以小空间外壳和极具竞争力的价格提供了预制解决方案，至今客户深信经过现场强有力验证的产品。该产品也提供了业界领先的通信、反馈选件、多种操作模式（包括节能四象限操作）和高度的可编程性。PetarMikovic补充说：“此项目进展非常顺利，我们已经着眼于下一个重要方案。”库伯勒为移动工程车辆提供一站式服务　　■库伯勒（北京）自动化设备贸易有限公司　　公共作业车辆一般都在苛刻的环境下工作，用于测量速度、定位以及倾角测量的传感器都裸露在相同的苛刻环境中。通常的市场需求包括：宽泛的工作温度使用环境，高冲击和震动，抵御潮湿、蒸汽喷射清洗、路面洒水、路面洒盐、露水的车辆环境，抵御粉尘的环境，诸如道理灰尘、田地尘土和石头颗粒，抵御紫外线和阳光辐射的环境。　　编码器和直线测量技术在定位　　测量中的应用　　准确和强壮是库伯勒产品显著的特点。定位测量必须满足移动车辆自动化的各个分支环节。库伯勒用简单而强壮的磁性测量系统，以及高精度的光学原理传感器，很方便地满足了市场的需求。所有的常用的通讯接口都能提高和满足，比如：模拟量电压与电流输出、CANopen/SAE J1939、SSI以及其他接口。库伯勒“圣蒂科思”（Sendix）编码器系列可提供灵活的选项以满足各种移动施工机械理想的解决方案。　　转速和速度测量传感器　　在设备工作中，准确的速度信息的检测是非常重要的。测量系统提供这个重要的速度信息需要在苛刻的恶劣环境下获得，并要求不能有任何的可靠性损失。库伯勒增量型编码器可以承受强震动或极端温度变化的环境而安全可靠的工作。　　倾角仪和数显技术　　一脉相承、一站式服务的传感器和数显技术，倾角仪提供模拟量输出和CANopen总线输出，可以检测设备运行的竖直和水平姿态。　　“科蒂科思”（Codix）多功能计数器可以显示长度、速度、角度和位置等物理量。可编程的输出可作为运行程序控制和限位开关使用。模拟量数显仪表“科蒂科思”（Codix）55x与573，用于测量温度、压力和称重，集成极限值开关，确保安全和设备急停。电子和机电的维护计数器，用于检测设备的开关周期或运行时间。　　在传统中创新是库伯勒产品得益于50年工程自动化领域的经验。多年以来，库伯勒持续研发，不断优化产品在驱动、户外和重载工业领域的应用。细节决定胜负，库伯勒产品特性智能化、高品质，这些都给客户应用提供了巨大优势，同时在结构上，也针对移动设备的性能和安全性做了专门的设计。　　巴鲁夫BIL磁感应式位置传感器为大众产品提供质量保障　　■巴鲁夫（上海）贸易有限公司　　在位于开姆尼茨的发动机装配厂里，大众萨克森公司有两条平衡轴壳装配线。这种平衡轴壳包括轴承壳套，在平衡轴壳的自动生产线上，设备必须要能够辨识轴承外壳是否安装，并且安装在正确的位置上。为提高设备的精度与可靠性，之前的测量系统的分辨率必须要提升。提升分辨率主要源于大众对于紧密度公差与高品质的需求，现在大众使用的系统在巴鲁夫改装部门的协助下进行了相应的修改。　　不接触就可测量高度变化　　平衡轴壳的生产包括将每一个轴承壳套插入外壳的高低部分，轴壳一半位于底座部分，这个底座由液压缸推动，靠在与弹簧栓配套的上部对立板上。塑料活塞可伸至平衡轴壳内部，对轴承壳套的位置进行施压。如果轴壳通过液压向上移动，弹簧就向后弹起，进而触到作为位置指示器的磁性板。BIL位置传感器与磁性板并不直接接触，但却又“连接”在一起，这能够检测磁性板位置的变化以及指示模拟输出量，这一输出值是轴承壳套位置与类型的测量值。如果由于轴承壳套没有安装或者安装位置错误，导致预定压力值与之不符，控制器将记录这一输出值为NOK，平衡轴壳将会被带离原处，送至手动工作站。　　控制器的信号处理　　尽管模拟信号不可直接传递给控制器，但却能通过BES处理器绕行送至控制器。这是因为在大众，现有的控制器没有模拟输入模式，所以传感器信号不能直接被处理。由于要进行部分进行修改而不是全局更换，就要为28个BIL传感器安装处理器板卡，这样就能从测量值中产生交换点，并通过二进制转换信号的方式传到控制器。　　在这些情况或相似的任务中，经常会使用接触探针，而线性量度系统相对少见。通过使用接触探针，大众可以节省日常所需要的机械维修费用，因为牢固的探针包括了在顶端装弹簧的小件。但是接触探针相对较贵，尤其是在要求高分辨率的情况下更为明显。而且，他们提供模拟输出信号来做预处理，如果这样就会相应产生的额外的昂贵技术费用。由于巴鲁夫改装部门的努力，一种经济而又可靠的选择就成为了现实，在提供适当的交换信号的同时，还可以简化装备部门的机械设计工作。　　从改装到标准产品　　另一个证明BIL系统比接触探针更具备优势的因素是其高功能密度。传感器长度与磁感应式传感器检测距离的比率可达160mm，满足工作范围要求。同样，外形的因素也是应用中的一大优势，尽管内置电子处理器件，但外形却十分紧凑。BIL传感器产品的其他优势还包括非接触式结构与完全的测量原则，使用被动位置标志，使得系统无磨损，传感元器件与电子元件都集成在轴壳内，这使得产品对于震动与颤动十分灵敏，在特别严峻的工业环境下是理想之选。　　通过改装现有设备，大众在改善产品质量的同时，在平衡轴装配线上大大提高了零件的生产能力。尽管需求逐渐增多，但是却进一步地保证了大众的“零缺陷”生产。胜者不仅仅是位于开姆尼茨的发动机生产公司，同时巴鲁夫自身也是胜者，因为改装的成功已经使得更多的标准产品成系列地进行生产。