工业机器人在LF精炼炉测温取样中的应用

工业机器人在LF精炼炉测温取样中的应用陈贝【摘 要】本文主要介绍了工业机器人在宝武集团韶关钢铁股份有限公司炼钢厂4号LF精炼炉测温取样中的应甩包括机器人自动测温取样系统的工作原理、工作流 程、系统组成、性能参数以及点检维修要点.目前此系统在实际应用中效果良好,能 够满足现场实际需求.【期刊名称】中国金属通报【年(卷),期】2018(000)010【总页数】2页(P84,86)【关键词】工业机器人;LF精炼炉;测温取样;PLC;智能化作 者】 陈贝作者单位】 宝武集团韶关钢铁股份有限公司炼钢厂,广东韶关 512000正文语种】 中文中图分类】 TF769.2众所周知，钢铁冶金工业现场存在大量高温多尘的环境恶劣区域。宝武集团韶关钢铁有限公司(以下简称韶钢)炼钢厂共有6座LF精炼炉，它作为炉外精炼工艺的 一种，具有均成分微调、脱硫、脱氧、去夹杂物和协调转炉与连铸之间的生产节奏 降低铁钢比等作用。测温取样是整个LF炉外精炼环节不可或缺的环节，对钢水成 分及温度控制至关重要。韶钢炼钢厂4号LF精炼炉自建成投产直至2018年11月，一直采用人工的方式进行测温取样。工人需要佩戴好隔热面具和手套，站在炉口手持测枪安装探头并插入约1500C的钢水中。在每个冶炼周期中，通常需要6至8次的测温、取样工作，因此工人劳动强度比较大。另外由于炉口高温多尘， 环境恶劣，且存在钢水爆喷等不可预见的突发情况，因此具有较大的安全隐患。在 这一背景下，用工业机器人代替人工进行测温取样可以减轻工人劳动强度、提高安 全系数，满足打造炼钢智能化的要求。1 技术方案1.1 工作原理韶钢炼钢厂4号LF精炼炉自动测温取样控制系统由上海金自天正信息技术有限公 司进行设计，采用意大利进口柯马Racer 7-1.4型号的6轴工业机器人。整个系统 主要由工业机器人、探头拆装装置、测枪及其定位装置、钢水液面检测装置以及 PLC、工控机等组成，通过数据通讯及信号交接与控制，将各模块之间有机的结合 在一起，把来自操作人员的指令通过PLC传送给机器人和测枪装置，实现无人化 测温取样。图1是系统概况。图1自动测温取样控制系统概况1.2 系统参数(1)机器人本体外观及其工作范围，本系统机器人外观及其工作范围如图 2 所示。 图2 机器人本体外观及其工作范围(2 )机器人本体基本参数。型号：Racer 7-1.4。重量：180Kg。轴数：6。最大 工作半径：1436mm。重复精度：0.05mm。1轴运动范围/速度：165。(2207s)。2轴运动范围/速度：-85。155。( 250。/s)3轴运动范围/速度:0168( 300 /s)o4轴运动范围/速度：210。( 550。/s)o5轴运动范 围/速度：135( 550/s)。6轴运动范围/速度：2700( 600/s)。防护等 级：IP65。配电容量：3KVA。工作温度：0C45C。相对湿度：5%95%。(3 )机器人控制柜基本参数。尺寸：550mmx500mmx550mm。重量：100Kg。电压：400Vac - 10%500Vac +10%。频率：50Hz60 Hz。配电容 量：4KVA6KVA。控制电路电压：24Vdc。防护等级：IP54。操作系统： VxWorks。控制软件：RoBoSIM Pro。编程语言：PDL2。现场总线模块： PROFIbus/DeviceNet/PROFInet/Ethernet/IP/PowerLink。工作温度：5C 45C。相对湿度：5% 95%1.3 工作流程需要测温取样时，操作人员在操作室通过工控机的HMI给PLC发出测温或取样指 令，PLC接收到指令后，再发送给机器人。机器人收到指令后，到测温取样探头 存放架上取探头，之后运送探头给处在原点位置的测枪安装探头。探头安装到位后， 反馈安装信号到HMI，经操作人员确认后，炉盖上的测温取样孔打开，测枪携探 头插入钢水中进行测温或取样。测温或取样完成后，测枪上升到原点，机器人开始 拆除探头。探头拆除完成后，机器人回到原点等待下一个指令。2 应用效果(1) 安全系数与劳动强度。韶钢炼钢厂4号LF炉机器人测温取样系统自安装调 试成功后，可以实现远程操作和自动测温取样，大大减轻了操作人员的劳动强度。同时，由于这一项操作的危险源得到了隔绝和远离，因此也大大降低了出现安全事 故的可能性。(2) 检测精度、检测效率及成功率。由于使用了高精度的工业机器人并采用自动 化的检测方式，排除了人工安装探头的误差、探头插入钢水液面的深度误差以及测 量时间误差，因此杜绝了人的不稳定因素，使整个测温取样作业更加规范化和标准 化，有助于提升检测精度，从而更加精准地控制钢水质量。经现场验证，在同一时 间内采用机器人自动测温和人工测温进行比较，所测得温度相差不大于10C,满 足钢铁冶金行业性能要求。在测温取样成功率方面，机器人自动测温系统在除探头 质量一致性不够高的因素之外，系统本身各部件工作可靠。经过一个月左右的试运 行，此系统综合测温成功率在 92%以上，综合取样成功率在 90%以上，极少需要 人工干预，能够满足冶金现场使用需求。3 维修点检要点 由于冶金现场属于高温多尘的环境恶劣场所，而工业机器人系统各部件较为精密， 对工作环境要求相对较高（部分要求参见本文 1.2 所述），因此必须确立严谨规范 的点检维修标准，以便保护设备不受损坏，提高设备可开动率。本单位技术人员基 于现场实际情况经与机器人厂家技术人员进行研讨，确立点检维修要点大致如下： （1）点检要点。首先，要保持设备清洁，除机器人本体外，对测温探头存放架、 取样探头存放架、机械抓手、电控柜外部可以使用压缩空气进行吹扫，避免灰尘进 入影响设备可靠性和使用寿命。对控制柜进气口的滤网以及背面出风口的滤网应当 每 3 个月进行一次除尘清洁。对抓手对射光栅表面应使用柔软的棉布沾取无水酒 精进行擦拭，避免因光栅表面积灰造成系统工作精度下降。其次，要定期对机器人 系统各重要部件进行检查。机器人固定螺栓、盖板上的螺丝以及外部连接电缆和接 头应当每 3 个月检查一次，若有松动应及时拧紧。对本体内的配线及接头应当每 年至少检查一次。最后，要定期对机器人组件中的易损部件和有使用时间要求的部 件进行更换。机器人本体和控制柜内使用的电池应当每年进行一次更换。（2）维修要点。在对机器人本体进行检修之前，必须先切断电源，在打开控制柜 的门时，也必须先切断一次电源，并充分注意不要让现场的灰尘进入。需要对控制 装置内的零件进行维修更换时，注意不能将灰尘或油污带入，尤其应充分注意避免 静电放电等损坏 IC 零件。基于安全方面的考虑，应当禁止同时进行机器人本体和 控制装置的检修。当需要一边操作机器人本体一边检修时，应考虑在机器人动作范 围内拉好警戒线，禁止无关人员进入动作范围之内。4 结语随着我国工业化建设的推进，打造智能化工厂，在越来越多的岗位上用机器人代替 人工是一种必然趋势。尤其在现场环境恶劣、工艺流程复杂的钢铁冶金企业，工业 机器人不仅仅可以替代人从事繁重的体力劳动，从安全要求和“以人为本”的角度 来说，机器人还可以替代人类在更多危险的环境中开展工作。与此同时，机器人动 作的精确性、快速性以及不同机器人之间的协调配合，将大大提升生产的质量和效 率。随着时代的发展，机器人的应用将越来越普遍，随之而来的是使用成本和门槛 的降低。如何用好机器人，是当前钢铁企业在转型升级和智能化改造中值得深入研 究与实践的重要课题。