楊龍勝 陸洪周 倪 濤 鄭 直
(1.沙鋼集團(tuán)宏發(fā)煉鋼廠一車(chē)間,江蘇 蘇州215600;2.湖南鐳目科技有限公司,湖南 長(zhǎng)沙410100)
機(jī)器人早已進(jìn)入鋼鐵行業(yè),特別是在鋼鐵冶煉的高溫、高粉塵等惡劣環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器人不僅能更精確、更持久地工作,而且能取代人在惡劣環(huán)境中工作,避免了塵埃、高溫對(duì)人體的傷害,節(jié)約了鋼廠的用人成本。保護(hù)渣在連鑄生產(chǎn)中起著極為重要的作用,如絕熱保溫、防止鋼液二次氧化、潤(rùn)滑鑄坯和改善結(jié)晶器傳熱等。連鑄工藝要求保護(hù)渣在澆鑄過(guò)程中形成熔融層、燒結(jié)層及粉塵結(jié)構(gòu),從而更好地發(fā)揮作用[1]。少加、勤加、均勻加是添加保護(hù)渣的一條重要原則。人工添加保護(hù)渣時(shí)受操作者因素的影響較大,很難保證添加的穩(wěn)定性和均勻性。自動(dòng)加渣可以有效避免這些問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)均勻加渣,這對(duì)于寬板坯連鑄生產(chǎn)是非常重要的。湖南鐳目科技有限公司專(zhuān)業(yè)從事冶金生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)檢測(cè)及控制技術(shù)的研發(fā),為全球鋼鐵企業(yè)提供先進(jìn)的自動(dòng)控制解決方案。該公司開(kāi)發(fā)的機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)以工業(yè)機(jī)器人為平臺(tái),利用定量加渣裝置將保護(hù)渣從料倉(cāng)散布到連鑄結(jié)晶器內(nèi),其特點(diǎn)是系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,操作簡(jiǎn)便,加渣均勻,運(yùn)行安全可靠。
工作原理:機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)以PLC為控制中心,接收觸摸屏指令和面板按鈕操作等,通過(guò)與鑄機(jī)PLC的通訊采集必要的信息,并通過(guò)與機(jī)器人控制器的通信實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手臂的動(dòng)作控制,完成按需自動(dòng)加渣的全過(guò)程。系統(tǒng)對(duì)保護(hù)渣從加料倉(cāng)到加渣口的過(guò)程進(jìn)行一系列的采集和控制,如倉(cāng)料檢測(cè)、加熱烘干、抖動(dòng)送渣、伺服控制加渣量等。通過(guò)伺服控制實(shí)現(xiàn)加渣平臺(tái)小車(chē)在待機(jī)位與加渣位之間運(yùn)動(dòng)的精確定位。根據(jù)采集的人機(jī)界面輸入信息,采用軟件計(jì)算出加渣區(qū)域及加渣量。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)全方面的安全防護(hù),通過(guò)激光掃描儀監(jiān)測(cè)作業(yè)區(qū)域,并通過(guò)聲光警示燈在作業(yè)過(guò)程中發(fā)出相應(yīng)的聲光提示。其控制原理框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)控制原理框圖
設(shè)備組成:整個(gè)系統(tǒng)由總控系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、保護(hù)渣存送系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置等4個(gè)部分組成。(1)總控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)運(yùn)行的核心,主要由主控制柜和機(jī)器人控制器組成。系統(tǒng)通過(guò)機(jī)器人控制器完成加渣軌跡運(yùn)動(dòng),由主控制柜對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程監(jiān)控、故障報(bào)警及復(fù)位等功能。(2)機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括機(jī)器人本體和機(jī)器人行走小車(chē)。機(jī)器人本體將安裝在其機(jī)械臂上的加渣裝置送到指定區(qū)域,并按預(yù)設(shè)的軌跡移動(dòng),避開(kāi)水口和塞棒機(jī)構(gòu)操作手柄,進(jìn)而將加渣裝置送出的保護(hù)渣均勻地灑到結(jié)晶器內(nèi)。行走小車(chē)支撐機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng),適時(shí)地在工作位置和安全位置之間進(jìn)行工位切換。(3)保護(hù)渣存送系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括料倉(cāng)、送渣軟管和加渣裝置。料倉(cāng)由操作者手動(dòng)加入保護(hù)渣,以滿足系統(tǒng)加渣需求。送渣軟管將料倉(cāng)出口與加渣裝置入口連接起來(lái),形成一個(gè)可彎曲的保護(hù)渣通道,使保護(hù)渣順暢地落入加渣裝置的入渣口。加渣裝置采用螺旋式彈性定量裝置,由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。彈性定量螺旋軸能有效減少顆粒保護(hù)渣被碾碎的現(xiàn)象,從而更好地保證顆粒渣的效果。(4)安全防護(hù)裝置。該裝置主要包括激光掃描儀和現(xiàn)場(chǎng)護(hù)罩。機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)在行走、加渣過(guò)程中,需要對(duì)設(shè)備附近區(qū)域進(jìn)行安全防護(hù),以保障人員及設(shè)備本身的安全。安全激光掃描儀是一種可編程、可控制型設(shè)備,可以在機(jī)器人周邊劃定安全防護(hù)區(qū)域,在加渣動(dòng)作過(guò)程中,當(dāng)有人員進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)即報(bào)警或停機(jī),待人員離開(kāi)該區(qū)域,再自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
技術(shù)參數(shù):最大加渣斷面2 800 mm×320 mm;出渣量3 g/r;最大加渣速度4.5 kg/min;最大存渣量450 L(約2 h用量,顆粒渣)。
(1)按標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)和制造,與工業(yè)機(jī)器人高精密結(jié)合。整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性和極低的維修率??刂葡到y(tǒng)帶有可與工廠上位機(jī)相連的標(biāo)準(zhǔn)接口和故障自診斷系統(tǒng)。(2)加渣均勻,符合少量、多次添加的結(jié)晶器保護(hù)渣工藝要求。(3)智能化的控制系統(tǒng),能針對(duì)不同鋼種或不同斷面實(shí)時(shí)調(diào)整加渣軌跡和出渣量。(4)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),保證相對(duì)穩(wěn)定的渣層厚度。(5)快速反應(yīng)的事故緊急避讓功能,解決以往自動(dòng)加渣裝置在中包快換或生產(chǎn)異常處理時(shí)對(duì)操作者帶來(lái)的影響。
為保證加渣的均勻性,機(jī)器人將沿窄面來(lái)回運(yùn)動(dòng),同時(shí)在寬面方向上移動(dòng),機(jī)器人加渣的主要軌跡如圖2所示。
圖2 加渣軌跡示意圖
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)流程如圖3所示。
圖3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)流程示意圖
系統(tǒng)主程序:
PROC main()
rInit All;
IF di3=1 THEN
Reset do2;
rCerInter;
rCer PS;
WHILE TRUE DO
rCer Mov;
rCer PS;
ENDWHILE
ENDIF
ENDPROC
加渣軌跡子程序:
PROC r AP1()
MoveJ Offs(p1,l1,-w,0),v1000,fine,tool1\WObj:=wobj1;
Set do1;
MoveL Offs(p2,l2,w,0),v1000,z50,tool1\WObj:=wobj1;
MoveL Offs(p3,l3,-w,0),v1000,z50,tool1\WObj:=wobj1;
……
MoveL Offs(p23,l23,w,0),v1000,z50,tool1\WObj:=wobj1;
MoveL Offs(p24,l24,-w,0),v1000,z50,tool1\WObj:=wobj1;
ENDPROC
RAMON機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)是針對(duì)鋼廠實(shí)際情況開(kāi)發(fā)的智能控制設(shè)備,可以替代人工添加保護(hù)渣,實(shí)現(xiàn)加渣自動(dòng)化,提高了連鑄自動(dòng)控制水平。同時(shí),本系統(tǒng)只需操作工人在操作箱上進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作即可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件控制加渣區(qū)域大小、加渣時(shí)間和加渣量,大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,并能保證適時(shí)適量加渣,提高了鋼坯的質(zhì)量。
[1]李殿明,邵明天,楊憲禮,等.連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣應(yīng)用技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008