智能制造技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用策略

　　[摘 要]在當(dāng)今社會(huì)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(dòng)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(dòng)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(duì)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)

　　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(jì)劃對(duì)一臺(tái)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(dòng)化運(yùn)行。經(jīng)過(guò)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(cè)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(guò)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(guò)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(duì)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(gè)。

　　(1)3D掃描云臺(tái)。

　　(2)無(wú)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(jì)與開發(fā)中，所有的硬件設(shè)備都是國(guó)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(guó)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(lái)自于3D掃描儀中的實(shí)時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，便會(huì)通過(guò)相應(yīng)的軟件算法對(duì)其進(jìn)行加工和處理，通過(guò)這樣的方式，便可將整個(gè)廢鋼料坑以及廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)車輛通過(guò)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(duì)料坑中的最佳吸料點(diǎn)和車輛最佳放料位置進(jìn)行計(jì)算。在該系統(tǒng)中，唯一的執(zhí)行工具就是無(wú)人化智能廢鋼轉(zhuǎn)運(yùn)天車，具體運(yùn)行中，天車將會(huì)按照上位機(jī)調(diào)度軟件所下達(dá)的指令來(lái)進(jìn)行作業(yè)。借助于精確定位控制模型，可使天車自動(dòng)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(guò)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(wú)人運(yùn)行效果。

　　2 基于智能制造技術(shù)的天車自動(dòng)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(duì)模擬量和通信數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。基于此，在本次的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)力配電回路的設(shè)計(jì)。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(dòng)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(lái)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(lái)進(jìn)行吊鉤高度讀取，借助于總線控制和各個(gè)變頻器中的防搖軟件來(lái)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(shí)，在對(duì)變頻器進(jìn)行改造的過(guò)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(dòng)電阻，且需要與變頻器相配套。

　　2.3 車輛位置監(jiān)測(cè)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(dòng)操作，需要在地面上進(jìn)行專門的停車位和檢測(cè)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(shí)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(shí)輸入。本次項(xiàng)目中，每個(gè)地面操作與控制系統(tǒng)中需要配置3個(gè)操作臺(tái)、3個(gè)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(dòng)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(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)友好型的操作界面，以此來(lái)達(dá)到全自動(dòng)裝車效果。對(duì)于處理系統(tǒng)中的采集圓盤剪，應(yīng)做好其操作臺(tái)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(dòng)模式，第二是駕駛模式，第三是遙控模式。同時(shí)，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(duì)應(yīng)。

　　2.5 電子稱重裝置

　　改造設(shè)計(jì)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(huì)下降到確定的激光掃描高度上，然后開始自動(dòng)的吸磁以及延時(shí)起吊。在稱重裝置感應(yīng)的重量達(dá)到設(shè)定限值時(shí)，便會(huì)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(shí)會(huì)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(jì)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(gè)定滑輪下方都需要進(jìn)行一個(gè)重量傳感器設(shè)置，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)大小車吸料重量的智能化精確測(cè)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(jì)中，選用的是SICK公司所研發(fā)的DL1000型激光測(cè)距儀，其最大測(cè)距范圍可達(dá)到1500 m。具體安裝中，需要將一個(gè)反射膠貼安裝在廠房中的一面墻上，將測(cè)距儀安裝在天車上，以此來(lái)達(dá)到良好的激光發(fā)射和接收效果，再借助于時(shí)間飛行函數(shù)，便可對(duì)天車到廠房的距離進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。通過(guò)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(jì)中，特將SICK公司所研發(fā)的DL100型激光測(cè)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(cè)距儀安裝到大梁上，且其安裝位置應(yīng)該和小車軌道相對(duì)應(yīng)，以此來(lái)達(dá)到良好的激光發(fā)射和接收效果，再借助于時(shí)間飛行函數(shù)，便可對(duì)天車到廠房的距離進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。通過(guò)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(chǎng)的實(shí)際需求，可將其數(shù)據(jù)通信按照有線和無(wú)線兩種來(lái)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(wú)線通信是對(duì)天車實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋。為達(dá)到這一目標(biāo)，就需要將相應(yīng)的無(wú)線裝置設(shè)置在地面控制站和行車控制站之間，以此來(lái)達(dá)到良好的無(wú)線通信效果。天車位置識(shí)別系統(tǒng)、絕對(duì)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(duì)于各個(gè)部件，都應(yīng)對(duì)其進(jìn)行各自的地質(zhì)編號(hào)設(shè)置，該地址需要在站中進(jìn)行設(shè)置，并通過(guò)主站PLC進(jìn)行組態(tài)，之后再儲(chǔ)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(wú)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(shí)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(shí)別達(dá)到智能化效果。①智能化的料倉(cāng)掃描，具體設(shè)計(jì)中，需要將激光掃描儀安裝到雙邊剪上，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)料坑中的廢鋼位置及其高度等的準(zhǔn)確識(shí)別。在現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)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(gè)模型對(duì)比，便可獲得到庫(kù)區(qū)中輪廓發(fā)生變化的區(qū)域，再通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，便可對(duì)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(dòng)裝載和運(yùn)輸效果，需要借助激光來(lái)進(jìn)行車輛以及車斗掃描，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)其所在位置與裝卸位置的識(shí)別。在此過(guò)程中，可借助攝像頭對(duì)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(huì)根據(jù)相應(yīng)的路線來(lái)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(shì)。①在設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)的應(yīng)用，在此過(guò)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(duì)各種設(shè)備具體的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的智能化監(jiān)控。同時(shí)，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(guò)分析后臺(tái)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備運(yùn)行情況的全面了解，并及時(shí)在設(shè)備故障出現(xiàn)之前告知用戶，以此來(lái)盡最大限度降低故障發(fā)生幾率，節(jié)約異常處理時(shí)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(guò)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(duì)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(lái)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)信息的采集。同時(shí)應(yīng)將監(jiān)控?cái)z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(yǔ)

　　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(shì)十分顯著。基于此，鋼鐵企業(yè)一定要對(duì)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(guò)這樣的方式，才可以讓鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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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