钢板深加工线电气自动化控制系统优化研究.pdf

冶金与材料第 44 卷钢板深加工线电气自动化控制系统优化研究渠忠伟（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京210044）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：本研究针对钢板深加工线电气自动化控制系统，旨在提高其效率和可靠性。通过分析现有系统的限制和不足，提出部分优化措施。首先，对控制系统的硬件和软件进行升级，提高数据处理能力和响应速度。其次，引入高级算法，如机器学习和人工智能，以提升系统的自适应能力和故障预测准确性。此外，通过增强系统的人机界面，提升了操作员的使用体验和系统的可操作性。这些优化措施的实施，可以显著提高系统的整体性能，降低维护成本，并增强系统应对复杂生产环境的能力。本研究的成果对于提高钢板深加工线电气自动化控制系统的效率和可靠性具有较为重要的意义。关键词：自动化控制；钢板深加工；系统优化；人工智能；人机界面作者简介：渠忠伟（1993），男，江苏徐州人，主要研究方向：智能制造、电气自动化。随着工业自动化的不断进步和工程机械行业的快速发展，钢铁企业也逐步将市场下沉，通过整合创新对生产的钢板进行延伸加工，同时依托大数据、AI、云计算、5G 等新一代信息技术，建设“JIT”智能工厂，推动企业高质量发展。钢板深加工线将传统的离散型加工和单体加工单元集成改造为柔性制造系统，满足个性化产品的定制生产需求。如何完成产线的各项工作，电气自动化控制系统在此显得尤为重要。文章探讨了通过升级软硬件，引入先进的人工智能技术和改进人机界面，来提升系统效率和可靠性的策略。通过这些创新，旨在解决现有系统在处理复杂工况时的局限性，实现更高效、智能的生产过程。同时为钢板深加工线的自动化控制提供了新的角，对相关领域贡献了一定的参考价值。1现有钢板深加工线控制系统的局限性分析对于自动化加工线来说，物料本身带有的数据信息呈现出多样、复杂、海量的特性，不论是图纸解读之后得出的加工数值，还是工件每时每刻的加工状态，都在各个区域和设备之间不断交互。在对现有钢板深加工控制系统进行全面的性能分析时，不难发现该系统在数据处理和响应速度方面存在一些主要的局限性。这些局限性不仅影响了生产效率，而且对系统的可靠性和稳定性构成了威胁咱1暂。（1）数据处理能力的不足是一个显著的问题。现行系统中的处理器和内存规格限制了数据处理的速度和量。在处理复杂或大量的生产数据时，这种限制会导致处理延迟，从而影响整体的生产效率。（2）响应速度的不足也是一个重要问题。在钢板深加工过程中，对各种生产条件的快速反应至关重要。现行系统在接收到新数据或命令后，处理和执行的时间过长，这可能导致生产流程中的不必要延误。特别是在紧急情况下，如设备故障或生产线故障，快速响应是避免重大损失的关键。比如钻冲机床主轴电机电流的突然升高，如不及时反馈和停止将会造成刀具的严重损耗，造成生产成本的升高。（3）系统的可扩展性和灵活性也存在局限。随着生产需求的变化和技术的发展，现有系统难以适应新的要求或集成先进的技术。这种局限性不利于长期的技术升级和维护。为了具体说明这些问题，收集并分析了一系列数据。如表1。表 1系统在处理不同类型数据时的响应时间和不同生产情景下的性能表现数据类型/生产情景实时监控数据生产参数调整设备状态更新紧急情况响应性能评估较慢慢非常慢非常慢响应时间/ms50080010001000由表 1 可见，尤其是在生产参数调整和紧急情况响应方面，系统的响应时间远远高于理想状态。这不仅降低了生产效率，而且增加了生产过程中的风险。因此，优化现有系统的数据处理能力和响应速度变得至关重要。这需要从硬件升级（如更快的处理器和更大的内存）和软件优化（如更高效的算法和更好的系统架构）两方面入手。通过这些改进措施，可以显著提高系统的整体性能，满足日益增长的生产需求，同时为将来的技术升级打下坚实的基础咱2暂。166第 1 期2硬件与软件优化策略针对钢板深加工线电气自动化控制系统存在的性能限制，实施硬件和软件的优化策略是提升系统效能的关键。在硬件方面，首先考虑的是升级处理器。现有系统中使用的处理器在处理速度和多任务处理能力上受限，无法满足高效数据处理的需求。因此，配备更先进的多核处理器是一个关键点。这些新型处理器不仅提供更高的计算速度，而且在处理并行任务时更为高效。同时，增加系统的内存容量也至关重要，这将允许系统处理更大量的数据，减少数据处理和访问延迟。除了硬件升级，软件优化也是提升控制系统性能的重要环节。首先，高效的数据处理算法，可以减少数据处理的时间，提高系统响应速度。例如，引入并行计算和数据流处理技术可以显著提高数据处理的效率。其次，优化系统架构，包括采用模块化设计和更好的数据管理策略，也是提高系统性能的关键。此外，引入机器学习和人工智能技术可以提升系统的自适应能力和故障预测精度，从而提高整体的生产效率和可靠性咱3暂。为了展示这些优化措施的效果，收集了优化前后系统性能的对比数据。如表 2。表 2硬件升级和软件优化后系统在处理速度和效率方面的改善优化前响应时间/ms50080010001000优化后响应时间/ms200400600600数据类型/生产情景实时监控数据生产参数调整设备状态更新紧急情况响应性能提升显著提升显著提升显著提升显著提升从表 2 可以看出，通过采用多核处理器、增加内存容量、引入高效数据处理算法、优化系统架构和应用机器学习技术，系统的响应时间大幅减少，性能得到了显著提升。这些改进不仅提高了系统的处理能力和响应速度，而且增强了系统对复杂生产情况的适应能力和可靠性。通过这些优化策略，钢板深加工线电气自动化控制系统的整体性能得到了显著的提升，为满足更高的生产效率和质量要求奠定了坚实的基础。3人工智能在自动化控制中的应用人工智能（AI）技术，特别是机器学习，已成为自动化控制领域的一个重要趋势。在钢板深加工线电气自动化控制系统中，应用这些技术可以显著提高系统的自适应能力和故障预测准确性。（1）机器学习技术专注于使用数据和算法，模仿人类学习的方式，逐步提高自身的准确性。它允许系统从历史数据中学习，从而更准确地预测和适应不同的生产条件。例如，淬火过程通过分析水温、压力和通过速度等参数的历史数，机器学习模型可以预测出最佳的淬火生产参数组合，从而优化生产过程。（2）机器学习也在故障预测和诊断方面显示出巨大潜力。传统的故障检测方法依赖于预设的规则和阈值，这些方法往往无法准确地预测复杂和未知的故障模式。而机器学习模型，通过学习设备的正常运行数据和历史故障数据，能够更准确地识别出可能导致故障的异常模式。这样，系统不仅可以在故障发生之前预警，还可以帮助维护人员诊断问题的原因，从而减少停机时间和维护成本。（3）机器学习技术还可以帮助系统做出更加数据驱动的决策。利用 3D 视觉识别，在线硬度计等技术实时分析生产数据，机器学习模型可以及时调整生产参数，以适应生产线上的变化，这种自适应调整有助于保持生产的连续性和稳定性，提高产品质量。（4）实施机器学习技术需要对模型进行适当的训练。通常涉及收集大量的生产数据，包括正常运行数据和故障数据。这些数据用于训练机器学习模型，使其能够识别出各种生产状态和潜在的故障模式。一旦模型被训练并验证其准确性，就可以集成到控制系统中，开始对生产过程进行实时监控和优化。机器学习技术在自动化控制系统中应用的效果评估，如表 3。优化前故障检测准确率70%60%65%优化后故障检测准确率92%85%90%故障预测提前时间/min30表 3引入机器学习技术前后系统性能的对比应用领域生产参数优化故障预测与诊断设备性能监控从表 3可以看出，引入机器学习技术后，系统在故障预测和诊断方面的准确率显著提高，同时能够提前预测故障，避免了潜在的生产停机和损失。综上所述，机器学习和人工智能技术在提升钢板深加工线电气自动化控制系统的自适应能力和故障预测准确性方面发挥着至关重要的作用。这些技术不仅提高了系统的智能性和效率，还大大减少了维护成本和生产风险，为制造业自动化控制系统的发展提供了新的方向。4人机界面的增强与优化人机界面（HMI）是自动化控制系统中的关键组成部分，直接影响使用人员的使用体验和系统的操作效率。针对钢板深加工线控制系统，人机界面的增强和渠忠伟：钢板深加工线电气自动化控制系统优化研究167冶金与材料第 44 卷优化是提升整体性能的重要方向。（1）界面的直观性是提升操作员使用体验的关键。现有的 HMI 往往信息密度过高，界面复杂，不利于操作员快速理解和响应。在当前发展情况下，越来越多的用户界面趋向于扁平化设计，与传统设计不同，这是一种极简主义风格，它能够让信息传达得更加简练、直观。它让事物回归本质，使信息本身凸显出来。但扁平化不是创作思维简单化，而是做到用户理解简单化。（2）对 HMI 的个性化设置是提升操作效率的重要方面。允许操作员根据自己的偏好来定制界面布局和功能，可以使得操作更加顺畅和高效。（3）提升 HMI 的交互性也是关键。采用更先进的交互技术，如触摸屏操作和语音控制，可大幅度提高操作的便捷性和准确性。特别是在复杂操作或紧急情况下，快速准确地交互能有效提升响应速度和减少操作错误。为了评估人机界面优化的效果，收集并分析了优化前后的操作效率数据。如表 4。表 4人机界面优化前后的操作时间和错误率的对比优化内容界面直观性提升个性化设置交互性增强优化前操作时间/s302540优化后操作时间/s15108操作错误率下降/%506060从表 4 中可以看出，通过提升界面的直观性、增加个性化设置选项和增强交互性，操作时间显著减少，同时操作错误率也有了大幅度地下降。这些优化不仅提高了操作员的工作效率，还提升了整个系统的操作效率和安全性。5优化措施的效果评估与实际应用案例为全面评估钢板深加工线电气自动化控制系统优化措施的实际效果，本部分通过具体的应用案例进行分析。这些案例不仅展示了优化措施在实际生产环境中的应用效果，还提供了关于优化成效的量化数据咱4暂遥一个典型的应用案例是对某钢铁企业的深加工线控制系统进行优化。优化措施包括硬件升级（如引入更高性能的处理器和增加内存容量），软件优化（如开发高效的数据处理算法和系统架构优化），引入人工智能技术以及人机界面的改进。实施优化措施后，收集了相关的生产数据来评估效果。如表 5。表 5优化前后的性能比较数据评估指标生产效率系统响应时间/s故障率维护成本操作员满意度优化前70%1.27次/月400元/吨60%优化后90%0.42次/月150元/吨85%改善百分比+28.57%-66.67%-71.43%-62.50%+50.00%如表 5 所示，优化后的系统在多个方面表现出显著的改进。生产效率提升了近 30%，主要得益于更快的数据处理和更高效地生产参数调整。系统的响应时间减少了超过一半，这在紧急情况下尤为关键，能够快速响应并处理问题。故障率的显著降低减少了停机时间和维护成本，提高了整体的生产连续性和可靠性咱5暂。通过这一案例，可以看出优化措施在实际生产环境中的积极影响。6结语通过对钢板深加工线电气自动化控制系统的综合优化，成功地提升了系统的性能，提高了其可靠性和效率。通过硬件升级和软件优化，系统的数据处理能力和响应速度得到了显著提升。引入人工智能技术，特别是在自适应调整、故障预测和质量控制方面，极大提升了系统的智能化水平。这些成果证明了针对自动化控制系统的综合优化策略在提升工业生产效率和可靠性方面的重要价值，无人化智能工厂，黑灯工厂已经实现，未来已来。参考文献1 撒继铭，黄煊.彩色涂层钢板生产线电气自动控制系统C/中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会.2004.2 蒋可可，潘小红.电气自动化工程控制系统应用研究 C/中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会.2020万知科学发展论坛论文集（智慧工程一）.南京机电职业技术学院，2020：11.3 彭乐伟.电气工程及其电气自动化控制系统的应用研究J.光源与照明，2021（1）：116-117.4 刘化民，赵振山.冷弯型钢在板材深加工中的应用 C/全国钢材深加工研讨会，2014.5 孙其俭.冶金电气自动化控制技术特点与应用 J.山西冶金，2023，46（8）：103-104+120.168