劉 嘉，燕榮耀

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000；2.上海寶信軟件股份有限公司，上海 201203）

引言

鋼鐵冶金是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展關(guān)系著中國(guó)經(jīng)濟(jì)命脈，受到社會(huì)層面專家學(xué)者的高度重視。企業(yè)通過轉(zhuǎn)變觀念，借助大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)機(jī)器人等新興智能制造技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行智能改造和升級(jí)，來適應(yīng)發(fā)展要求［1］。目前集中管控、遠(yuǎn)程運(yùn)維、專家系統(tǒng)、機(jī)器人及視覺識(shí)別、北斗導(dǎo)航、5G技術(shù)等是我國(guó)高爐煉鐵智能制造的發(fā)展方向［2］。沙鋼煉鐵廠通過管控中心集中管控操作，實(shí)現(xiàn)了煉鐵資源整合，全力實(shí)現(xiàn)煉鐵“低成本、高效率、全智能、更安全”的目標(biāo)［3］。

1 現(xiàn)狀

馬鋼煉鐵廠爐前泥炮的炮泥填充采用人工裝填方式，每次堵口炮泥的使用量為400～600 kg，約40～60塊，中間需進(jìn)行至少4次頂泥作業(yè)。每次裝填炮泥需2人配合，作業(yè)時(shí)間20 min左右，每天需作業(yè)10～12 次，合計(jì)人工搬運(yùn)量為每天6 t。爐前加炮泥作業(yè)是高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)，惡劣的作業(yè)環(huán)境、高頻率的人機(jī)接觸，易造成人身傷害等事故的發(fā)生。

2 改造方案

使用工業(yè)六軸機(jī)器人代替人工完成炮泥的抓取和投放工作，在出鐵場(chǎng)平臺(tái)外側(cè)搭建鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)安裝炮泥分離機(jī)，用于對(duì)噸袋炮泥的分離作業(yè)，同時(shí)將炮泥輸送裝置采用吊掛的方式與鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)焊接，對(duì)分離后的炮泥進(jìn)行輸送。分離后的炮泥通過輸送裝置到達(dá)機(jī)器人工作位，再由機(jī)械手完成炮泥的抓取和投放。為實(shí)現(xiàn)全流程無人化作業(yè)，在炮泥分離機(jī)末端、板鏈末端、機(jī)械手第六軸上分別集成安裝工業(yè)用耐高溫激光傳感器，并與爐前PLC 控制系統(tǒng)通訊聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)炮泥自動(dòng)分離、炮泥自動(dòng)輸送、泥炮機(jī)自動(dòng)開關(guān)蓋及自動(dòng)頂泥等功能，改造后結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 自動(dòng)加炮泥系統(tǒng)改造后結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 系統(tǒng)組成

自動(dòng)加炮泥裝置由裝載機(jī)器人、機(jī)器人多功能夾具、機(jī)器人行走小車、炮泥分離機(jī)構(gòu)、傳送運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、機(jī)器人防護(hù)裝置、電氣控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。

2.1.1 裝載機(jī)器人

裝載機(jī)器人選用ABB 系列，能夠在現(xiàn)場(chǎng)高溫、高粉塵惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作，是自動(dòng)加炮泥實(shí)現(xiàn)炮泥夾取、炮泥投放、檢測(cè)炮泥等一系列動(dòng)作的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.1.2 機(jī)器人多功能夾具

通過設(shè)計(jì)制造專用的抓取工具，實(shí)現(xiàn)炮泥的接取及投放動(dòng)作。該夾具同時(shí)安裝激光測(cè)距儀，進(jìn)行泥炮的準(zhǔn)確定位及建立工作坐標(biāo)，檢測(cè)加泥口是否加滿狀態(tài)，同時(shí)帶有載荷檢測(cè)功能，檢測(cè)是否準(zhǔn)確接取炮泥。

2.1.3 機(jī)器人行走小車

機(jī)器人行走小車由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該小車上裝有裝載機(jī)器人及多功能夾具，負(fù)責(zé)將裝載機(jī)器人在原位和工作位之間來回運(yùn)輸。該小車配備抱閘剎車功能，保證機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中本體穩(wěn)定性。機(jī)器人系統(tǒng)示意圖見圖2。

2.1.4 炮泥分離機(jī)構(gòu)

放置在炮泥分離區(qū)，由多級(jí)電機(jī)控制輥道層層分離，將來料不規(guī)則炮泥逐個(gè)分離，便于后續(xù)裝載機(jī)器人的準(zhǔn)確識(shí)別及抓取。

2.1.5 傳送運(yùn)輸機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)由鏈板及控制電機(jī)組成，負(fù)責(zé)將炮泥分離機(jī)構(gòu)分離好的炮泥傳輸至裝載機(jī)器人工作區(qū)域。2.1.6 電氣控制系統(tǒng)

自動(dòng)加炮泥裝置主控PLC 柜內(nèi)包含PLC 單元、主控開關(guān)、變壓器、直流電源、空氣開關(guān)、接觸器、繼電器等，同時(shí)配備西門子觸摸屏供現(xiàn)場(chǎng)操作人員自動(dòng)加炮泥控制使用。

2.2 工藝布置

由于目前能夠安裝的空間狹小，自動(dòng)加炮泥裝置需要保證不與泥炮運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的空間發(fā)生干涉。根據(jù)生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布局，規(guī)劃分為三個(gè)工作區(qū)域：炮泥分離區(qū)、機(jī)器人待機(jī)位和炮泥裝填區(qū)。

炮泥分離區(qū)為炮泥分離機(jī)構(gòu)的固定安裝位置，由行車將來料炮泥投放至料斗中，并將來料炮泥進(jìn)行逐個(gè)分離并傳送至炮泥裝填區(qū)。

機(jī)器人待機(jī)位為機(jī)器人小車原位等待區(qū)，在非加泥狀態(tài)時(shí)，機(jī)器人及小車退回到該位置，為泥炮運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)避讓空間。

炮泥裝填區(qū)為裝載機(jī)器人及機(jī)器人小車的主要工作區(qū)域，執(zhí)行泥炮的開蓋、檢測(cè)、加泥、關(guān)蓋等主要工作。高爐自動(dòng)加炮泥設(shè)備布置圖見圖3。

圖3 高爐自動(dòng)加炮泥設(shè)備布置圖

2.3 工作流程

自動(dòng)加炮泥裝置工作步驟見表1。

表1 自動(dòng)加炮泥工作步驟表

3 應(yīng)用效果

改造完成后可實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)加炮泥作業(yè)，包括無序炮泥的自動(dòng)分離、一鍵開蓋、加泥、頂泥、關(guān)蓋等，提升了爐前作業(yè)的自動(dòng)化水平，減少了人機(jī)接觸頻率，提升無人化指數(shù)。設(shè)備上線后平均每爐加泥時(shí)間在20 min 以內(nèi)，且機(jī)器人、爐前設(shè)備與操控中心協(xié)同，助力煉鐵總廠實(shí)現(xiàn)“綠色發(fā)展、智慧制造”新高度。

4 結(jié)束語

通過一系列自動(dòng)化設(shè)備及智能化控制實(shí)現(xiàn)爐前自動(dòng)化、智能化作業(yè)模式，從而減少人工作業(yè)帶來的差錯(cuò)及風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化人力資源配置、提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，采用信息化手段、智能化裝備來代替人工作業(yè)是未來趨勢(shì)，滿足了工廠信息化和智慧制造的要求。