工业机器人在连铸系统中的应用

2013-08-27杨龙胜陆洪周

机电信息 2013年9期

杨龙胜陆洪周倪涛郑直

（1.沙钢集团宏发炼钢厂一车间，江苏苏州215600；2.湖南镭目科技有限公司，湖南长沙410100）

0 引言

机器人早已进入钢铁行业，特别是在钢铁冶炼的高温、高粉尘等恶劣环境中得到广泛应用。机器人不仅能更精确、更持久地工作，而且能取代人在恶劣环境中工作，避免了尘埃、高温对人体的伤害，节约了钢厂的用人成本。保护渣在连铸生产中起着极为重要的作用，如绝热保温、防止钢液二次氧化、润滑铸坯和改善结晶器传热等。连铸工艺要求保护渣在浇铸过程中形成熔融层、烧结层及粉尘结构，从而更好地发挥作用［1］。少加、勤加、均匀加是添加保护渣的一条重要原则。人工添加保护渣时受操作者因素的影响较大，很难保证添加的稳定性和均匀性。自动加渣可以有效避免这些问题，实现均匀加渣，这对于宽板坯连铸生产是非常重要的。湖南镭目科技有限公司专业从事冶金生产过程自动检测及控制技术的研发，为全球钢铁企业提供先进的自动控制解决方案。该公司开发的机器人自动加渣系统以工业机器人为平台，利用定量加渣装置将保护渣从料仓散布到连铸结晶器内，其特点是系统自动化程度高，操作简便，加渣均匀，运行安全可靠。

1 机器人加渣系统的工作原理、设备组成及技术参数

工作原理：机器人自动加渣系统以PLC为控制中心，接收触摸屏指令和面板按钮操作等，通过与铸机PLC的通讯采集必要的信息，并通过与机器人控制器的通信实现对机械手臂的动作控制，完成按需自动加渣的全过程。系统对保护渣从加料仓到加渣口的过程进行一系列的采集和控制，如仓料检测、加热烘干、抖动送渣、伺服控制加渣量等。通过伺服控制实现加渣平台小车在待机位与加渣位之间运动的精确定位。根据采集的人机界面输入信息，采用软件计算出加渣区域及加渣量。同时，为了实现全方面的安全防护，通过激光扫描仪监测作业区域，并通过声光警示灯在作业过程中发出相应的声光提示。其控制原理框图如图1所示。

图1 系统控制原理框图

设备组成：整个系统由总控系统、机器人系统、保护渣存送系统、安全防护装置等4个部分组成。（1）总控系统。该系统是机器人自动加渣系统运行的核心，主要由主控制柜和机器人控制器组成。系统通过机器人控制器完成加渣轨迹运动，由主控制柜对设备进行控制，实现数据传输、系统运行过程监控、故障报警及复位等功能。（2）机器人系统。该系统主要包括机器人本体和机器人行走小车。机器人本体将安装在其机械臂上的加渣装置送到指定区域，并按预设的轨迹移动，避开水口和塞棒机构操作手柄，进而将加渣装置送出的保护渣均匀地洒到结晶器内。行走小车支撑机器人本体运动，适时地在工作位置和安全位置之间进行工位切换。（3）保护渣存送系统。该系统主要包括料仓、送渣软管和加渣装置。料仓由操作者手动加入保护渣，以满足系统加渣需求。送渣软管将料仓出口与加渣装置入口连接起来，形成一个可弯曲的保护渣通道，使保护渣顺畅地落入加渣装置的入渣口。加渣装置采用螺旋式弹性定量装置，由伺服电机驱动。弹性定量螺旋轴能有效减少颗粒保护渣被碾碎的现象，从而更好地保证颗粒渣的效果。（4）安全防护装置。该装置主要包括激光扫描仪和现场护罩。机器人自动加渣系统在行走、加渣过程中，需要对设备附近区域进行安全防护，以保障人员及设备本身的安全。安全激光扫描仪是一种可编程、可控制型设备，可以在机器人周边划定安全防护区域，在加渣动作过程中，当有人员进入区域时即报警或停机，待人员离开该区域，再自动恢复正常工作。

技术参数：最大加渣断面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（约2 h用量，颗粒渣）。

2 技术创新点

（1）按标准化模块设计和制造，与工业机器人高精密结合。整个系统具有极高的可靠性和极低的维修率。控制系统带有可与工厂上位机相连的标准接口和故障自诊断系统。（2）加渣均匀，符合少量、多次添加的结晶器保护渣工艺要求。（3）智能化的控制系统，能针对不同钢种或不同断面实时调整加渣轨迹和出渣量。（4）开环控制系统，保证相对稳定的渣层厚度。（5）快速反应的事故紧急避让功能，解决以往自动加渣装置在中包快换或生产异常处理时对操作者带来的影响。