智能制造技術在鋼鐵行業的應用策略

鄧君 廖濟紅

[摘 ? ?要]在當今社會經濟的不斷發展中，鋼鐵行業的發展也十分迅速。在科學技術的推動下，各種先進的技術也開始在鋼鐵行業中得以廣泛應用。其中，智能制造技術就是一項關鍵的技術形式。將該技術合理應用到當今的鋼鐵行業中，便可實現相應設備的自動化與智能化控制。為實現鋼鐵行業中智能制造技術的良好應用，以某鋼鐵廠中的廢鋼轉運天車為例，對該技術的應用進行分析，以促進智能制造技術的應用與鋼鐵行業的發展。

[關鍵詞]鋼鐵行業;智能制造技術;智能化廢鋼轉運天車系統

[中圖分類號]TF31 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–00–03

[Abstract]In today's continuous social and economic development， the steel industry is also developing very rapidly. Driven by science and technology， various advanced technologies have also begun to be widely used in the steel industry. Among them， intelligent manufacturing technology is a key form of technology. If this technology is reasonably applied to today's steel industry， automation and intelligent control of corresponding equipment can be realized. In order to realize the good application of intelligent manufacturing technology in the iron and steel industry， the article specially analyzes the application of this technology by taking a steel scrap transfer crane in a steel plant as an example. It is hoped that this analysis can provide a corresponding reference for the application of intelligent manufacturing technology and the development of the steel industry.

[Keywords]iron and steel industry; intelligent manufacturing technology; intelligent scrap steel transfer crane system

在某鋼鐵企業的生產運作中，為實現5m寬厚板廠鋼區廢料轉運天車運行成本的進一步節約，并實現操作崗位工作人員的合理裁減，該企業計劃對一臺50/10t形式的廢鋼轉運天車進行智能化改造，使其實現自動化運行。經過改造之后，需達到的幾項重點技術指標如下。

（1）掃描測量精度應控制在100 mm以內。

（2）電子秤的承重精度應控制在5‰以內。

（3）吸吊以及卸放料作業過程中的定位精度應控制在100 mm以內。

（4）從吸取到卸放料這一過程中的作業效率應高出人工作業的10%及以上。

本文主要對該項目中智能制造技術的具體應用進行分析。

1 智能化廢鋼轉運天車系統概述

在本次所研究的智能化廢鋼轉運天車系統中，主要的組成部分有4個。

（1）3D掃描云臺。

（2）無人天車。

（3）視頻監控。

（4）上位機調度軟件。在該系統的設計與開發中，所有的硬件設備都是國際一線品牌生產的設備，比如西門子系列的PLC可編程邏輯控制器、德國SICK掃描儀、ABB高性能變頻器等。具體應用中，在上位機接收到了來自于3D掃描儀中的實時點云數據之后，便會通過相應的軟件算法對其進行加工和處理，通過這樣的方式，便可將整個廢鋼料坑以及廢鋼轉運車輛通過3D圖形的形式呈現在操作界面上，并將圖形具體高程數據作為依據，對料坑中的最佳吸料點和車輛最佳放料位置進行計算。在該系統中，唯一的執行工具就是無人化智能廢鋼轉運天車，具體運行中，天車將會按照上位機調度軟件所下達的指令來進行作業。借助于精確定位控制模型，可使天車自動運行至目標位置，并執行吸料以及裝車等的各項操作指令。通過這樣的方式，便可讓廢鋼轉運天車達到良好的智能化無人運行效果。

2 基于智能制造技術的天車自動控制分析

2.1 控制系統

在該鋼鐵企業中，現有的控制系統屬于常規形式的繼電器接觸器回路，該控制系統并不能對模擬量和通信數據進行處理。基于此，在本次的控制系統設計中，就需要加設相應的PLC裝置，并重新進行電氣控制回路和動力配電回路的設計。本次項目改造中的電氣回路設備使用清單見表1。

2.2 驅動部件

為充分滿足電磁防搖以及高精度定位需求，本次選擇了ABB公司研發的ACS880型具有防搖軟件的變頻器，以此來進行大小車和起升機構等的變頻改造。采用總線控制的方法，借助于主起升變頻器來進行吊鉤高度讀取，借助于總線控制和各個變頻器中的防搖軟件來選擇大小車的具體運行曲線，這樣便可達到良好的防搖與高精度定位效果。同時，在對變頻器進行改造的過程中，所有涉及到的電機均需要換成變頻電機，并做好增量型編碼器的加設，原本的串電阻調速電阻器都需要更換成制動電阻，且需要與變頻器相配套。

2.3 車輛位置監測與操作系統

為正確引導地面車輛的停放位置，使其自動操作，需要在地面上進行專門的停車位和檢測元件設置，并將相應的操作系統設置在停車位旁邊，司機下車之后可及時輸入相應的裝車指令，也可以將停車區域等網絡接口及時輸入。本次項目中，每個地面操作與控制系統中需要配置3個操作臺、3個急停按鈕和500 mKVVP7×1.5型控制電纜。

2.4 地面操作和控制系統

為了讓地面上的中控室操作達到全自動效果，需要將其在雙剪控制室中進行設置，做好上位機的配套設置，同時應設計一個友好型的操作界面，以此來達到全自動裝車效果。對于處理系統中的采集圓盤剪，應做好其操作臺配備。操作系統需進行三種控制模式設置：第一是自動模式，第二是駕駛模式，第三是遙控模式。同時，也應該在系統中設置好相應的網絡接口，使其和地面上的車輛停放位置相對應。

2.5 電子稱重裝置

改造設計中，需要將原有的超載限制器換為具備模擬量輸出功能的電子秤。在大小車穩定停放之后，磁盤便會下降到確定的激光掃描高度上，然后開始自動的吸磁以及延時起吊。在稱重裝置感應的重量達到設定限值時，便會立即上升到設定好的高度1;如果感應到的重量并未達到設定限值，便可認為車輛沒有吸到料，此時會將車輛上升至高度2，使其換位置之后再重新下降并進行吸料操作，一直到其重量達到設計好的限值，才可以執行相應的目標卸放。在此裝置中，每一個定滑輪下方都需要進行一個重量傳感器設置，以此來實現大小車吸料重量的智能化精確測量。

3 智能制造技術在廢鋼轉運天車系統中的具體應用分析

3.1 在天車定位技術模塊中的應用

在鋼鐵轉運天車系統中，智能制造技術的應用可實現其智能化定位。首先是大車定位，因本次項目中的1#天車工作區間的距離在450 m左右，所以在具體設計中，選用的是SICK公司所研發的DL1000型激光測距儀，其最大測距范圍可達到1500 m。具體安裝中，需要將一個反射膠貼安裝在廠房中的一面墻上，將測距儀安裝在天車上，以此來達到良好的激光發射和接收效果，再借助于時間飛行函數，便可對天車到廠房的距離進行準確計算。通過這樣的方式，便可達到精準的智能化定位效果。

其次是小車定位，本次項目中，小車的跨距為24 m，為實現小車行程上的電磁鐵準確定位，具體設計中，特將SICK公司所研發的DL100型激光測距傳感器應用其中。具體安裝中，需要將反射膠貼安裝在小車的端梁上，將激光測距儀安裝到大梁上，且其安裝位置應該和小車軌道相對應，以此來達到良好的激光發射和接收效果，再借助于時間飛行函數，便可對天車到廠房的距離進行準確計算。通過這樣的方式，便可達到精準的智能化定位效果。

3.2 在天車通信技術模塊中的應用

將智能制造技術應用到廢鋼轉運天車的通信模塊中，也可以達到良好的智能化控制效果。在本次項目中，結合現場的實際需求，可將其數據通信按照有線和無線兩種來進行劃分。其中，有線通信主要是與廠方目前的系統之間完成數據交換;無線通信是對天車實現無線覆蓋。為達到這一目標，就需要將相應的無線裝置設置在地面控制站和行車控制站之間，以此來達到良好的無線通信效果。天車位置識別系統、絕對位置編碼器以及變頻器都需要借助于PROFINET與PLC進行連接。對于各個部件，都應對其進行各自的地質編號設置，該地址需要在站中進行設置，并通過主站PLC進行組態，之后再儲存到PLC中的硬件組態內。在地面操作站上，需進行W788-1PRO，無線接入點的設置;在天車上，需要進行W748-1PRO客戶端設置。在定向天線連接之后，地面操作站和天車之間的通信距離最大值可達到1 km。

3.3 在天車物料識別技術模塊中的應用

將智能制造技術應用到廢鋼轉運天車中，也可使其物料識別達到智能化效果。①智能化的料倉掃描，具體設計中，需要將激光掃描儀安裝到雙邊剪上，以此來實現整個料坑中的廢鋼位置及其高度等的準確識別。在現場庫區里，應進行三維基準模型圖的建立，將每次掃描獲得的數據與這個模型對比，便可獲得到庫區中輪廓發生變化的區域，再通過相應的計算，便可對天車下次需要起吊或放吊的坐標位置加以科學確定。②智能化的車輛掃描，為了讓天車達到自動裝載和運輸效果，需要借助激光來進行車輛以及車斗掃描，以此來實現其所在位置與裝卸位置的識別。在此過程中，可借助攝像頭對廢鋼坑以及地面上的車輛情況進行觀察，若需要人工干預，管理人員可直接在中控室里進行相應的指揮與操作。如果有廢鋼掉落在了地面上，在管理人員發出相應指令之后，天車會根據相應的路線來進行地面上的廢鋼清理，并將其放入到廢鋼坑內。

3.4 在天車調度管理技術模塊中的應用

在天車的調度管理中，智能制造技術也可以發揮出充分的應用優勢。①在設備運行管理系統的應用，在此過程中，需要將合適的程序編寫到PLC中，根據上位機的顯示，應用各種邏輯，便可對各種設備具體的運行情況進行判斷，以此來實現設備運行的智能化監控。同時，也需要將獨立的遠程監控系統設置在該系統中，通過分析后臺數據來實現對各設備運行情況的全面了解，并及時在設備故障出現之前告知用戶，以此來盡最大限度降低故障發生幾率，節約異常處理時間，實現天車運行效率的良好保障。②在起重機安全信息管理系統中的應用，在此過程中，需要根據《起重機械安全監控管理系統》GBT 28264—2012中的相關要求，對工程師站中的軟件和硬件進行配置。然后將橋式冶金起重機的具體監控狀態作為參考，來進行相應參數信息的采集。同時應將監控攝像頭設置在天車中的吊具位置以及其他車間中的重要工位處。

4 結束語

在鋼鐵企業的生產制造中，智能化制造技術的應用優勢十分顯著。基于此，鋼鐵企業一定要對此項技術進行深入研究，并將其合理應用到智能化生產中。通過這樣的方式，才可以讓鋼鐵企業實現自動化、智能化的發展，在滿足其實際生產需求的基礎上有效促進鋼鐵行業的發展與進步。

參考文獻

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[3] 侯帥松，張潤澤，趙志軍，等.智能化在鋼鐵行業中的發展及應用[J].設備管理與維修，2021（12）：92-94.