智能制造技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用策略

鄧君 廖濟(jì)紅

[摘 ? ?要]在當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展中，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展也十分迅速。在科學(xué)技術(shù)的推動下，各種先進(jìn)的技術(shù)也開始在鋼鐵行業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。其中，智能制造技術(shù)就是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)形式。將該技術(shù)合理應(yīng)用到當(dāng)今的鋼鐵行業(yè)中，便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的自動化與智能化控制。為實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)中智能制造技術(shù)的良好應(yīng)用，以某鋼鐵廠中的廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車為例，對該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，以促進(jìn)智能制造技術(shù)的應(yīng)用與鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]鋼鐵行業(yè);智能制造技術(shù);智能化廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車系統(tǒng)

[中圖分類號]TF31 [文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作中，為實(shí)現(xiàn)5m寬厚板廠鋼區(qū)廢料轉(zhuǎn)運(yùn)天車運(yùn)行成本的進(jìn)一步節(jié)約，并實(shí)現(xiàn)操作崗位工作人員的合理裁減，該企業(yè)計劃對一臺50/10t形式的廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車進(jìn)行智能化改造，使其實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。經(jīng)過改造之后，需達(dá)到的幾項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)如下。

（1）掃描測量精度應(yīng)控制在100 mm以內(nèi)。

（2）電子秤的承重精度應(yīng)控制在5‰以內(nèi)。

（3）吸吊以及卸放料作業(yè)過程中的定位精度應(yīng)控制在100 mm以內(nèi)。

（4）從吸取到卸放料這一過程中的作業(yè)效率應(yīng)高出人工作業(yè)的10%及以上。

本文主要對該項(xiàng)目中智能制造技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 智能化廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車系統(tǒng)概述

在本次所研究的智能化廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車系統(tǒng)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(jiān)控。

（4）上位機(jī)調(diào)度軟件。在該系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)中，所有的硬件設(shè)備都是國際一線品牌生產(chǎn)的設(shè)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(yīng)用中，在上位機(jī)接收到了來自于3D掃描儀中的實(shí)時點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，便會通過相應(yīng)的軟件算法對其進(jìn)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(zhuǎn)運(yùn)車輛通過3D圖形的形式呈現(xiàn)在操作界面上，并將圖形具體高程數(shù)據(jù)作為依據(jù)，對料坑中的最佳吸料點(diǎn)和車輛最佳放料位置進(jìn)行計算。在該系統(tǒng)中，唯一的執(zhí)行工具就是無人化智能廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車，具體運(yùn)行中，天車將會按照上位機(jī)調(diào)度軟件所下達(dá)的指令來進(jìn)行作業(yè)。借助于精確定位控制模型，可使天車自動運(yùn)行至目標(biāo)位置，并執(zhí)行吸料以及裝車等的各項(xiàng)操作指令。通過這樣的方式，便可讓廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車達(dá)到良好的智能化無人運(yùn)行效果。

2 基于智能制造技術(shù)的天車自動控制分析

2.1 控制系統(tǒng)

在該鋼鐵企業(yè)中，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)屬于常規(guī)形式的繼電器接觸器回路，該控制系統(tǒng)并不能對模擬量和通信數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?；诖耍诒敬蔚目刂葡到y(tǒng)設(shè)計中，就需要加設(shè)相應(yīng)的PLC裝置，并重新進(jìn)行電氣控制回路和動力配電回路的設(shè)計。本次項(xiàng)目改造中的電氣回路設(shè)備使用清單見表1。

2.2 驅(qū)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(fā)的ACS880型具有防搖軟件的變頻器，以此來進(jìn)行大小車和起升機(jī)構(gòu)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(jìn)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(yùn)行曲線，這樣便可達(dá)到良好的防搖與高精度定位效果。同時，在對變頻器進(jìn)行改造的過程中，所有涉及到的電機(jī)均需要換成變頻電機(jī)，并做好增量型編碼器的加設(shè)，原本的串電阻調(diào)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(jiān)測與操作系統(tǒng)

為正確引導(dǎo)地面車輛的停放位置，使其自動操作，需要在地面上進(jìn)行專門的停車位和檢測元件設(shè)置，并將相應(yīng)的操作系統(tǒng)設(shè)置在停車位旁邊，司機(jī)下車之后可及時輸入相應(yīng)的裝車指令，也可以將停車區(qū)域等網(wǎng)絡(luò)接口及時輸入。本次項(xiàng)目中，每個地面操作與控制系統(tǒng)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(tǒng)

為了讓地面上的中控室操作達(dá)到全自動效果，需要將其在雙剪控制室中進(jìn)行設(shè)置，做好上位機(jī)的配套設(shè)置，同時應(yīng)設(shè)計一個友好型的操作界面，以此來達(dá)到全自動裝車效果。對于處理系統(tǒng)中的采集圓盤剪，應(yīng)做好其操作臺配備。操作系統(tǒng)需進(jìn)行三種控制模式設(shè)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(yīng)該在系統(tǒng)中設(shè)置好相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口，使其和地面上的車輛停放位置相對應(yīng)。

2.5 電子稱重裝置

改造設(shè)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(wěn)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(yīng)的重量達(dá)到設(shè)定限值時，便會立即上升到設(shè)定好的高度1;如果感應(yīng)到的重量并未達(dá)到設(shè)定限值，便可認(rèn)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(jìn)行吸料操作，一直到其重量達(dá)到設(shè)計好的限值，才可以執(zhí)行相應(yīng)的目標(biāo)卸放。在此裝置中，每一個定滑輪下方都需要進(jìn)行一個重量傳感器設(shè)置，以此來實(shí)現(xiàn)大小車吸料重量的智能化精確測量。

3 智能制造技術(shù)在廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車系統(tǒng)中的具體應(yīng)用分析

3.1 在天車定位技術(shù)模塊中的應(yīng)用

在鋼鐵轉(zhuǎn)運(yùn)天車系統(tǒng)中，智能制造技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)其智能化定位。首先是大車定位，因本次項(xiàng)目中的1#天車工作區(qū)間的距離在450 m左右，所以在具體設(shè)計中，選用的是SICK公司所研發(fā)的DL1000型激光測距儀，其最大測距范圍可達(dá)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(dá)到良好的激光發(fā)射和接收效果，再借助于時間飛行函數(shù)，便可對天車到廠房的距離進(jìn)行準(zhǔn)確計算。通過這樣的方式，便可達(dá)到精準(zhǔn)的智能化定位效果。

其次是小車定位，本次項(xiàng)目中，小車的跨距為24 m，為實(shí)現(xiàn)小車行程上的電磁鐵準(zhǔn)確定位，具體設(shè)計中，特將SICK公司所研發(fā)的DL100型激光測距傳感器應(yīng)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(yīng)該和小車軌道相對應(yīng)，以此來達(dá)到良好的激光發(fā)射和接收效果，再借助于時間飛行函數(shù)，便可對天車到廠房的距離進(jìn)行準(zhǔn)確計算。通過這樣的方式，便可達(dá)到精準(zhǔn)的智能化定位效果。

3.2 在天車通信技術(shù)模塊中的應(yīng)用

將智能制造技術(shù)應(yīng)用到廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車的通信模塊中，也可以達(dá)到良好的智能化控制效果。在本次項(xiàng)目中，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際需求，可將其數(shù)據(jù)通信按照有線和無線兩種來進(jìn)行劃分。其中，有線通信主要是與廠方目前的系統(tǒng)之間完成數(shù)據(jù)交換;無線通信是對天車實(shí)現(xiàn)無線覆蓋。為達(dá)到這一目標(biāo)，就需要將相應(yīng)的無線裝置設(shè)置在地面控制站和行車控制站之間，以此來達(dá)到良好的無線通信效果。天車位置識別系統(tǒng)、絕對位置編碼器以及變頻器都需要借助于PROFINET與PLC進(jìn)行連接。對于各個部件，都應(yīng)對其進(jìn)行各自的地質(zhì)編號設(shè)置，該地址需要在站中進(jìn)行設(shè)置，并通過主站PLC進(jìn)行組態(tài)，之后再儲存到PLC中的硬件組態(tài)內(nèi)。在地面操作站上，需進(jìn)行W788-1PRO，無線接入點(diǎn)的設(shè)置;在天車上，需要進(jìn)行W748-1PRO客戶端設(shè)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(dá)到1 km。

3.3 在天車物料識別技術(shù)模塊中的應(yīng)用

將智能制造技術(shù)應(yīng)用到廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車中，也可使其物料識別達(dá)到智能化效果。①智能化的料倉掃描，具體設(shè)計中，需要將激光掃描儀安裝到雙邊剪上，以此來實(shí)現(xiàn)整個料坑中的廢鋼位置及其高度等的準(zhǔn)確識別。在現(xiàn)場庫區(qū)里，應(yīng)進(jìn)行三維基準(zhǔn)模型圖的建立，將每次掃描獲得的數(shù)據(jù)與這個模型對比，便可獲得到庫區(qū)中輪廓發(fā)生變化的區(qū)域，再通過相應(yīng)的計算，便可對天車下次需要起吊或放吊的坐標(biāo)位置加以科學(xué)確定。②智能化的車輛掃描，為了讓天車達(dá)到自動裝載和運(yùn)輸效果，需要借助激光來進(jìn)行車輛以及車斗掃描，以此來實(shí)現(xiàn)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(jìn)行觀察，若需要人工干預(yù)，管理人員可直接在中控室里進(jìn)行相應(yīng)的指揮與操作。如果有廢鋼掉落在了地面上，在管理人員發(fā)出相應(yīng)指令之后，天車會根據(jù)相應(yīng)的路線來進(jìn)行地面上的廢鋼清理，并將其放入到廢鋼坑內(nèi)。

3.4 在天車調(diào)度管理技術(shù)模塊中的應(yīng)用

在天車的調(diào)度管理中，智能制造技術(shù)也可以發(fā)揮出充分的應(yīng)用優(yōu)勢。①在設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)的應(yīng)用，在此過程中，需要將合適的程序編寫到PLC中，根據(jù)上位機(jī)的顯示，應(yīng)用各種邏輯，便可對各種設(shè)備具體的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，以此來實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的智能化監(jiān)控。同時，也需要將獨(dú)立的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在該系統(tǒng)中，通過分析后臺數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備運(yùn)行情況的全面了解，并及時在設(shè)備故障出現(xiàn)之前告知用戶，以此來盡最大限度降低故障發(fā)生幾率，節(jié)約異常處理時間，實(shí)現(xiàn)天車運(yùn)行效率的良好保障。②在起重機(jī)安全信息管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，在此過程中，需要根據(jù)《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》GBT 28264—2012中的相關(guān)要求，對工程師站中的軟件和硬件進(jìn)行配置。然后將橋式冶金起重機(jī)的具體監(jiān)控狀態(tài)作為參考，來進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)信息的采集。同時應(yīng)將監(jiān)控攝像頭設(shè)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(jié)束語

在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)制造中，智能化制造技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢十分顯著。基于此，鋼鐵企業(yè)一定要對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入研究，并將其合理應(yīng)用到智能化生產(chǎn)中。通過這樣的方式，才可以讓鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、智能化的發(fā)展，在滿足其實(shí)際生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上有效促進(jìn)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

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