廣州友儀機電設計機器人在電爐中的測溫取樣研究

                  2020/6/15 15:04:21admin88

                    傳統鋼鐵行業是一個高能耗、高污染的產業,具有高溫、高粉塵、高噪音等惡劣環境和液態熔融金屬等高風險的特點,隨著人工成本的增加和機器人技術的發展,在鋼鐵行業進行機器人代替人變得越來越有必要。工業4.0的到來以及國際國內鋼鐵行業競爭壓力的增大使鋼鐵廠在新技術的研究與應用方面投入越來越大。

                    電爐在生產過程中主要靠人工進行測溫取樣,勞動強度較高,且由于受到現場高溫、鋼渣飛濺及人工操作誤差等因素的影響,存在成功率以及準確率不高的現象,同時還有鋼渣飛濺燙傷的安全風險。

                    廣州友儀機電設計的工業機器人應用,能夠保證測溫點固定,提高測溫取樣的成功率,實現精確測溫取樣,提高安全保障,避免人工測溫燙傷等事故的發生,降低人工作業勞動強度,提高生產效率。

                  一、必要性

                    通過機器人系統和現場自動化設備的有機融合,實現鋼水的自動測溫和取樣工作,改善工人的工作環境,同時也促進煉鋼智能化水平的提高,主要體現在以下幾個方面:

                    1、消除操作工人身傷害的風險,提高現場安全指數。目前電爐由人工進行測溫取樣,在工作時可能因鋼渣飛濺對人員造成傷害。

                    2、減輕工人勞動強度。電爐爐前輻射溫度高,人工需穿戴防燙傷手套,手持4m長測溫槍由取渣口伸入電爐內完成測溫取樣工作,勞動強度大。由加有耐高溫防護的機器人代替人工,可以解決該問題。

                    3、機器人系統測溫取樣可以消除人工操作時帶來的誤差,測量過程反饋及時,數據更加精準。

                  二、項目目標

                    機器人在電爐測溫取樣中的應用需要實現的目標為:

                    1、實現鋼水的自動測溫及取樣。

                    2、實現自動更換取樣器及測溫耦頭。

                  三、系統實現

                    1、取樣準備。進行測溫取樣前,機器人運行至自動換槍裝置的裝槍位置,套入測溫耦頭或取樣器后,機器人便運行至等待位置等待。

                    2、取樣過程。進行測溫操作時,機器人按照預設的軌跡,將測溫耦頭伸入爐內。當測溫數值讀數穩定時,機器人按原路徑退出,并在溜槽退下舊的耦頭。當進入爐內超過上限時間(現場調試確定)溫度數據仍然不穩定時,系統認為測溫失敗,機器人快速退出,并重新更換測溫耦頭后再次測溫。

                    進行取樣操作時,機器人按照預設的軌跡,將取樣器伸入爐內,等待預設的時間(現場調試確定)后按原路徑退出,并在溜槽上退下舊的取樣器,由人工進行試樣的處理及后續操作。如第一次取樣失敗,則可以通過人工操作面板更換新的取樣器后,自動進行第二次取樣操作。

                  四、保護系統

                    在進行測溫取樣操作時,機器人帶動槍桿進入爐內,當檢測到槍桿受到阻力并達到限值,機器人自動快速退出,用以保護槍桿。為使機器人能夠在高溫環境下穩定運行,在機器人的外部穿防護衣進行隔熱防護。

                    機器人系統設定三種作業方式:自動、手動、維護。自動方式通過操作開始按鈕,實現機器人自動按照軌跡運行,并進行測溫取樣工作。手動方式由操作人員通過現場操作箱,操作機器人進行測溫取樣的全部動作。維護模式時機器人處于待機位置,系統不動作。測溫取樣系統故障時,由人工按照原操作方式進行,不影響生產的穩定運行。

                  五、系統功能描述

                    1、測溫槍。機器人測溫時,測溫槍進入鋼水,測溫槍內部會聚集大量熱量。因此針對測溫槍設計了冷卻回路,從外部接入壓縮空氣進入槍體,在機器人工作時對測溫槍進行冷卻,防止熱電偶及內部線纜因高溫損壞。

                    2、自動換槍裝置。該裝置用于取樣器及測溫頭的自動更換。測溫頭及取樣器集成于一套設備內,取樣器可放置20根以上,測溫頭可放置30根以上,分別由不同的傳動系統輸出。該裝置自帶PLC控制系統,并作為從站與主站進行通信,系統工作時根據上位機的命令選擇測溫或取樣,機器人移至裝槍位置,等待自動換槍裝置裝槍完成。測溫或取樣完成后機器人移至退槍位置,由自動換槍裝置完成退槍。當測溫頭或取樣器的數量不足時,會發出預警通知操作人員添加。

                    3、防護。因機器人工作區域溫度過高,灰塵較大,為了確保機器人安全穩定運行,定制了一套機器人專用耐高溫防護衣。

                    4、系統仿真。根據現場的實際情況建立機器人仿真模型,通過對系統的仿真和模擬碰撞試驗,增加了系統的可行性。該系統主要完成電爐的自動測溫及取樣工作,系統主要由測溫取樣機器人、自動換槍裝置、機器人平臺、取樣器溜槽、機器人防護等組成。

                  六、結語

                    近年來機器人技術得到飛速發展和進一步推廣,工業機器人在鋼鐵行業中逐步取代了一些高危高溫高精度高粉塵的工作崗位,不僅提高了自動化水平,還節約了生產成本,提高了企業競爭力。

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