工業(yè)機(jī)器人在連鑄系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊龍勝 陸洪周 倪 濤 鄭 直

（1.沙鋼集團(tuán)宏發(fā)煉鋼廠一車間，江蘇 蘇州215600；2.湖南鐳目科技有限公司，湖南 長沙410100）

0 引言

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。自動加渣可以有效避免這些問題，實(shí)現(xiàn)均勻加渣，這對于寬板坯連鑄生產(chǎn)是非常重要的。湖南鐳目科技有限公司專業(yè)從事冶金生產(chǎn)過程自動檢測及控制技術(shù)的研發(fā)，為全球鋼鐵企業(yè)提供先進(jìn)的自動控制解決方案。該公司開發(fā)的機(jī)器人自動加渣系統(tǒng)以工業(yè)機(jī)器人為平臺，利用定量加渣裝置將保護(hù)渣從料倉散布到連鑄結(jié)晶器內(nèi)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)自動化程度高，操作簡便，加渣均勻，運(yùn)行安全可靠。

1 機(jī)器人加渣系統(tǒng)的工作原理、設(shè)備組成及技術(shù)參數(shù)

工作原理：機(jī)器人自動加渣系統(tǒng)以PLC為控制中心，接收觸摸屏指令和面板按鈕操作等，通過與鑄機(jī)PLC的通訊采集必要的信息，并通過與機(jī)器人控制器的通信實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手臂的動作控制，完成按需自動加渣的全過程。系統(tǒng)對保護(hù)渣從加料倉到加渣口的過程進(jìn)行一系列的采集和控制，如倉料檢測、加熱烘干、抖動送渣、伺服控制加渣量等。通過伺服控制實(shí)現(xiàn)加渣平臺小車在待機(jī)位與加渣位之間運(yùn)動的精確定位。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)，通過激光掃描儀監(jiān)測作業(yè)區(qū)域，并通過聲光警示燈在作業(yè)過程中發(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)通過機(jī)器人控制器完成加渣軌跡運(yùn)動，由主控制柜對設(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。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，避開水口和塞棒機(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)。行走小車支撐機(jī)器人本體運(yùn)動，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、送渣軟管和加渣裝置。料倉由操作者手動加入保護(hù)渣，以滿足系統(tǒng)加渣需求。送渣軟管將料倉出口與加渣裝置入口連接起來，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。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)場護(hù)罩。機(jī)器人自動加渣系統(tǒng)在行走、加渣過程中，需要對設(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，在加渣動作過程中，當(dāng)有人員進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)即報(bào)警或停機(jī)，待人員離開該區(qū)域，再自動恢復(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）。

2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（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。控制系統(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）開環(huán)控制系統(tǒng)，保證相對穩(wěn)定的渣層厚度。（5）快速反應(yīng)的事故緊急避讓功能，解決以往自動加渣裝置在中包快換或生產(chǎn)異常處理時(shí)對操作者帶來的影響。

3 機(jī)器人加渣軌跡設(shè)計(jì)

為保證加渣的均勻性，機(jī)器人將沿窄面來回運(yùn)動，同時(shí)在寬面方向上移動，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)動流程如圖3所示。

圖3 機(jī)器人運(yùn)動流程示意圖

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

4 結(jié)語

RAMON機(jī)器人自動加渣系統(tǒng)是針對鋼廠實(shí)際情況開發(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)加渣自動化，提高了連鑄自動控制水平。同時(shí)，本系統(tǒng)只需操作工人在操作箱上進(jìn)行簡單的操作即可根據(jù)現(xiàn)場條件控制加渣區(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