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楼主 2019-01-16 04:20:22
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科技月报

2018年第3


一.工程快报

石灰石矿白灰车间竖窑除尘PLC系统升级改造

        本钢石灰石矿白灰车间共有5套竖窑大布袋除尘系统,每套除尘系统生产工艺完全相同,2001年投入使用,采用2套AB公司早期 PLC产品对5套竖窑除尘系统进行控制,当其中1套PLC控制系统出现故障时,将影响其它除尘系统正常工作;况且由于竖窑除尘AB PLC控制系统投入使用时间已久远,控制器件老化严重,性能下降,控制器件频发故障,由于控制器件产品已经更新换代,市场上买不到备品备件,所以对竖窑除尘PLC控制系统进行升级改造势在必行。

        2017年11月,升级改造工作开始实施,每套除尘系统配备独立的西门子S7-300系列PLC控制系统,5套PLC控制系统配置完全相同,互不影响,控制核心处理单元选用315-2DP  CPU,主机架与扩展机架连接采用IM365接口模板;中央控制室配置上位机操作站2套,采用西门子Wincc组态软件进行组态,其中一套做为工程师站兼操作员站,另一套为操作员站。PLC系统控制站与控制站之间、控制站与上位机操作站之间采用工业以太网络进行数据通讯。

         升级改造后,每套PLC系统实现了除尘主风机启/停控制、反吹风机启/停控制、反吹切换阀、三状态阀开/关控制、激振器/卸料器/刮板机启/停控制及状态检测、除尘器进出口及箱体差压数据采集及分析、竖窑除尘系统工艺设备过程连锁等完善的生产控制功能。

二.论文写作   

通用型科技论文写作方法

三.科技园地

(一)工业机器人结构、驱动及技术

1、常用运动学构形  

1.1 笛卡尔操作臂  

 优点:很容易通过计算机控制实现,容易达到高精度。

 缺点:妨碍工作, 且占地面积大, 运动速度低, 密封性不好。


①焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。 

②特别适用于多品种,便批量的柔性化作业,对于稳定,提高产品质量,提高劳动生产率,改善劳动条件和产品的快速更新换代有着十分重要的作用。

1.2 铰链型操作臂(关节型) 

       关节机器人的关节全都是旋转的, 类似于人的手臂,工业机器人中最常见的结构。它的工作范围较为复杂。 


①汽车零配件、模具、钣金件、塑料制品、运动器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速检测及产品开发。 

②车身装配、通用机械装配等制造质量控制等的三坐标测量及误差检测。 

③古董、艺术品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。

④汽车整车现场测量和检测。

⑤人体形状测量、骨骼等医疗器材制作、人体外形制作、医学整容等。

1.3 SCARA操作臂 

        SCARA机器人常用于装配作业, 最显著的特点是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性, 而沿z轴具有很强的刚性, 所以, 它具有选择性的柔性。这种机器人在装配作业中获得了较好的应用。

 

①大量用于装配印刷电路板和电子零部件

②搬动和取放物件,如集成电路板等 

③广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域. 

④搬取零件和装配工作。

1.4 球面坐标型操作臂 

特点:中心支架附近的工作范围大,两个转动驱动装置容易密封,覆盖工作空间较大。但该坐标复杂, 难于控制,且直线驱动装置存在密封的问题。

1.5 圆柱面坐标型操作臂 

优点:且计算简单;直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力; 能够伸入型腔式机器内部。

缺点:它的手臂可以到达的空间受到限制, 不能到达近立柱或近地面的空间。 


        直线驱动部分难以密封、防尘;  后臂工作时, 手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。

1.6 冗余机构 

        通常空间定位需要6个自由度,利用附加的关节可以帮助机构避开奇异位形。下图为7自由度操作臂位形 

1.7 闭环结构 

        闭环结构可以提高机构刚度,但会减小关节运动范围,工作空间有一定减小。


①运动模拟器;

②并联机床;

③微操作机器人;

④力传感器;

⑤生物医学工程中的细胞操作机器人、可实现细胞的注射和分割;

⑥微外科手术机器人;

⑦大型射电天文望远镜的姿态调整装置;

⑧混联装备等,如SMT公司的Tricept混联机械手模块是基于并联机构单元的模块化设计的成功典范。


工业机器人的几种常用结构形式(图)

2、机器人的主要技术参数 

        机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况,是设计、应用机器人必须考虑的问题。机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。 


2.1 自由度 

        机器人具有的独立坐标轴运动的数目。 机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数目。手指的开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。.机器人的自由度数一般等于关节数目。 机器人常用的自由度数一般不超过5~6个。  


2.2 关节(Joint)

         即运动副,允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。

2.3 工作空间 

        机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域。其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。机器人的工作空间通常用图解法和解析法两种方法进行表示。


2.4 工作速度 

       机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中,机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。  


2.5 工作载荷 

         指机器人在工作范围内任何位置上所能承受的最大负载,一般用质量、力矩、惯性矩表示。 还和运行速度和加速度大小方向有关,一般规定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。


2.6 分辨率 

         能够实现的最小移动距离或最小转动角度。


2.7 精度 

        重复性或重复定位精度:指机器人重复到达某一目标位置的差异程度。或在相同的位置指令下,机器人连 续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度,即重复度。


3、机器人常用材料  

      (1)碳素结构钢和合金结构钢  这类材料强度好,特别是合金结构钢,其强度增大了4~5倍,弹性模量E大,抗变形能力强,是应用最广泛的材料。  


      (2)铝、铝合金及其他轻合金材料  这类材料的共同特点是重量轻,弹性模量E并不大,但是材料密度小,故E/ρ之比仍可与钢材相比。有些稀贵铝合金的品质得到了更明显的改善,例如添加3.2%(重量百分比)锂的铝合金,弹性模量增加了14%,E/ρ比增加了16%。   


       (3)纤维增强合金  这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等,其E/ρ比分别达到11.4×107和8.9×107。这种纤维增强金属材料具有非常高的E/ρ比,但价格昂贵。   


       (4)陶瓷  陶瓷材料具有良好的品质,但是脆性大,不易加工,日本已经试制了在小型高精度机器人上使用的陶瓷机器人臂样品。 

 

       (5)纤维增强复合材料  这类材料具有极好的E/ρ比,而且还具有十分突出的大阻尼的优点。传统金属材料不可能具有这么大的阻尼,所以在高速机器人上应用复合材料的实例越来越多。  


       (6)粘弹性大阻尼材料  增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法。目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼,其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大阻尼材料对原构件进行约束层阻尼处理。


4、机器人主要结构

机器人驱动装置 

概念:要使机器人运行起来, 需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置。 

作用:提供机器人各部位、各关节动作的原动力。


驱动系统:可以是液压传动、气动传动、电动传动, 或者把它们结合起来应用的综合系统; 可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。 


5、 机器人的控制系统

5.1 机器人的控制系统 

        控制”的目的是使被控对象产生控制者所期望的行为方式。 .“控制”的基本条件是了解被控对象的特性。 “实质”是对驱动器输出力矩的控制。

5.2 机器人示教原理

        机器人的基本工作原理是示教再现;示教也称导引,即由用户导引机器人,一步步按实际任务操作一遍,机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数/工艺参数等,并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后,只需给机器人一个启动命令,机器人将精确地按示教动作,一步步完成全部操作。 


5.3 机器人控制的分类 :

       ① 按照有无反馈分为:开环控制、闭环控制;

       开环精确控制的条件:精确地知道被控对象的模型,并且这一模型在控制过程中保持不变。 

       ② 按照期望控制量分为:位置控制,力控制,混合控制 ;

         位置控制分为:单关节位置控制(位置反馈,位置速度反馈,位置速度加速度反馈)、多关节位置控制、多关节位置控制分为分解运动控、集中控制;力控制分为:直接力控制、阻抗控制、力位混合控制 ;

       ③ 智能化的控制方式 :模糊控制、自适应控制、最优控制、神经网络控制、模糊神经网络控制 、专家控制以及其他;


5.4 控制系统硬件配置及结构:

        由于机器人的控制过程中涉及大量的坐标变换和插补运算以及较低层的实时控制,所以,目前的机器人控制系统在结构上大多数采用分层结构的微型计算机控制系统,通常采用的是两级计算机伺服控制系统。

⑴  具体流程: 

       主控计算机接到工作人员输入的作业指令后,首先分析解释指令,确定手的运动参数。然后进行运动学、动力学和插补运算,最后得出机器人各个关节的协调运动参数。这些参数经过通信线路输出到伺服控制级,作为各个关节伺服控制系统的给定信号。关节驱动器将此信号D/A转换后驱动各个关节产生协调运动。 传感器将各个关节的运动输出信号反馈回伺服控制级计算机形成局部闭环控制,从而更加精确的控制机器人手部在空间的运动。 

⑵  基于PLC的运动控制 两种控制方式: 

        ① 利用PLC的某些输出端口使用脉冲输出指令来产生脉冲驱动电机,同时使用通用I/O或者计数部件来实现电机的闭环位置控制。

        ② 使用PLC外部扩展的位置控制模块来实现电机的闭环位置控制主要是以发高速脉冲方式控制,属于位置控制方式,一般点到点的位置控制方式较多。


(二)本钢热连轧厂工艺介绍 

        本钢热连轧厂始建于上世纪70年代,经历了近四十年的发展,通过不断的技术引进和设备改造,目前已经成为装备三套先进热轧机组,年产能力达到1200万吨的,具有国际竞争力的热轧板材生产基地。

 1、本钢1700mm机组世界主流工艺技术

        本钢1700mm热带钢连轧机是我国自行设计、制造和安装的第一套大型宽带钢轧机,主要设备有5座加热炉、10架轧机、1台切头切尾飞剪、1套层流冷却装置、3台卷取机;设备总重量28.83万吨,装机容量133663千瓦。

1700mm生产线具有以下先进工艺技术:

① 新建3-5#步进式加热炉,自动化烧钢,采用连铸坯热装工艺。

② 粗轧、精轧高压水的压力180bar,有效的保证高压水除鳞控制点的有效性。

③ E1、 E2、E3上传动强力立辊轧机, E1 板坯一道次侧压量最大达100mm,全部具有调宽控宽(AWC)和短行程(SCC)控制功能。

④ 双剪刃转鼓式飞剪,保证切头切尾质量。 

⑤ F1-F7液压压下,7机架液压AGC控制。 

⑥ F2-F7液压弯辊,弯辊力1000KN/侧。

⑦ F2-F4 CVC板形控制装置。

⑧ 精轧机机架间喷水冷却及喷淋除尘系统。

⑨ F1-F7主传动电机采用交流同步电机,变频调速新技术。 

⑩ 精轧机可润滑轧制。

⑪ 带踏步控制的全液压2#卷取机。

⑫  板凸度仪、平直度仪、表面质量检查仪和新测厚仪等各种检测仪表。

2、本钢1880mm机组世界先进工艺技术

3、本钢2300mm机组先进的工艺技术

        本钢2300mm热带钢连轧机拥有四座组合蓄热步进梁式加热炉。一台定宽压力机,最大道次减宽量350mm。E1、E2两台立辊轧机,可实现自动宽度控制(AWC)及短行程控制(SSC)。R1二辊可逆轧机、R2四辊可逆轧机。在R2后设有长度为72m的保温罩装置。飞剪控制系统提供带有带钢头、尾成像的优化剪切控制及切分功能。在精轧除鳞机布置有蒸气除鳞装置,供轧制不锈钢时使用。精轧机F1的入口设置有立辊轧机,用于中间坯的导向和宽度控制。F1-F7全液压压下,7机架的液压AGC控制。F1-F7液压弯辊。F1-F7 CVCplus板形控制装置。全液压活套。F1-F7轧制润滑。强冷系统布置在层流冷却后,其长度约12m,水压约3 bar。3台地下卷取机采用可抽出式设计,可以离线进行检修和维护工作。3#卷取机可卷取石油管线钢X80,规格20.0×2150mm。

       本钢热连轧厂2300mm机组生产线具有以下先进工艺技术:

① 四座组合蓄热步进梁式加热炉,采用连铸坯热装工艺。

② 定宽压力机,最大道次减宽量350mm。

③ E1、E2轧机机械设备具有完全互换性的两台立辊轧机。可实现自动宽度控制(AWC)及短行程控制(SSC),为全液压侧压系统。 

④ R1二辊可逆轧机最大轧制力30000KN,主电机功率2×5000KW。 

⑤ R2四辊可逆轧机最大轧制力55000KN,主电机功率2×9500 KW,粗轧能力强。 

⑥ 在R2后设有长度为72m的保温罩装置。 

⑦ 飞剪控制系统提供带有带钢头、尾成像的优化剪切控制及切分功能。 

⑧ 在精轧除鳞机布置有蒸气除鳞装置,供轧制不锈钢时使用。 

⑨ 精轧机F1的入口设置有立辊轧机,用于中间坯的导向和宽度控制。 

⑩ F1、F2机架后高压水除鳞,高压水压力约100bar。 

⑪ F1~F7全液压压下,7机架的液压AGC控制。 

⑫F1~F7液压弯辊,弯辊力1500KN/侧。 nF1~F7 CVCplus板形控制装置,窜辊最大行程为±150mm。 

⑬ 全液压活套,其中F4~F6差动张力(DTL)活套,增加自动调平功能(ALC),活套器两边的压力传感器检测带钢横向张力的不平衡,并利用ALC调整。 

⑭ F1~F7轧制润滑。 

⑮ 强冷系统布置在层流冷却后,其长度约12m,水压约3 bar。 

⑰ 地下卷取机采用可抽出式设计,可以离线进行检修和维护工作。3#卷取机可卷取石油管线钢X80,规格为20.0×2150mm。

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