周亮亮

太原 030024

摘要：近年來，國內各大鋼廠不斷加大智能化建設投入。鑄造起重機是鋼廠生產線重要的物料搬運和上下游連接設備。他們智能化水平的提高，對整個煉鋼車間的智能化發展至關重要。具有重要意義。本案例項目通過一鍵自動操作、世界網絡互通、操作權限管理、智能運維等一系列功能的成功開發，在提高起重機操作效率、降低人員工作強度方面取得了預期效果.

關鍵詞：鑄造起重機；智力; 自動運行；智能維護

CLC 編號：TH218 文檔代碼：A 文章編號：1001-0785 (2020) 20-0094-05

0 前言

隨著“中國制造2025”戰略規劃的全面實施，鋼鐵行業在產能結構優化和產業發展等方面做出相應布局和調整，積極推進智能化轉型，推動高質量發展。在2019年中國鋼鐵工業協會年會上，大力發展適用于冶金工業過程的智能制造被列為鋼鐵行業下一階段的重點工作。國內多家鋼鐵生產企業提出建設智能鋼廠的目標，智能示范工廠建設需求不斷增加。作為液態金屬處理的核心設備，鑄造起重機是煉鋼生產中的重要環節。提高鑄造起重機的智能化水平是建設智能鋼廠的必要前提。鑄造起重機工作水平高，工作環境惡劣，事故隱患大。實現智能化鑄造起重機的目標，可以減輕崗位人員的勞動強度，提高設備安全管控，減少人員對生產線的干預，降低事故發生率。連鑄、吊裝多部門橫向工藝協同能力，優化工藝流程，提高作業效率。工作環境惡劣，事故隱患大。實現智能化鑄造起重機的目標，可以減輕崗位人員的勞動強度，提高設備安全管控，減少人員對生產線的干預，降低事故發生率。連鑄、吊裝多部門橫向工藝協同能力，優化工藝流程，提高作業效率。工作環境惡劣，事故隱患大。實現智能化鑄造起重機的目標，可以減輕崗位人員的勞動強度，提高設備安全管控，減少人員對生產線的干預，降低事故發生率。連鑄、吊裝多部門橫向工藝協同能力，優化工藝流程，提高作業效率。

針對國內鑄造起重機的智能化需求，結合多年專業研發經驗，以提高鑄造起重機智能化水平、減少人員干預程度、提高生產效率為目標，開展了大量研究工作在起重機的自動化操作和智能維護方面，開發了具有智能概念的250t鑄造起重機。

1 設備主要性能及創新點

250噸鑄造起重機具有多項領先技術和功能。起重機電動采用“上位工控機+PLC+基本變頻驅動”三級系統控制方式：上位工控機是一個綜合監控系統，監控整車運行及故障狀態， PLC實現整車運行的時序邏輯控制，變頻驅動驅動各機構協調動作，實現運行可控。采用先進可靠的三維定位傳感器技術，輔助操作人員實現精準定位。基于無線通信的網絡拓撲結構，起重機可與地面集控室有效連接，實現數據交換。此外，在運維方面，起重機也更加智能化。該設備的主要創新點如下。

1.1 無人駕駛自動巡航與安全路徑

起重機接收來自上位控制平臺的工作指令信息，基于三維定位系統進行坐標轉換。“一鍵確認”后，起重機可自動巡航至工作面目標位置。在巡航過程中，起重機會實時判斷當前位置和安全性。路徑之間的關系可以自動避開不安全區域，從而提高工作效率，減輕操作人員的工作量。

1.2 操作權限管理功能

操作人員的指紋信息預先存儲在起重機控制系統中。操作人員在操作起重機時，首先需要進行指紋識別。鑒定通過后起重機圖片，起重機方可運行。起重機的控制系統可以記錄和保存操作人員的身份信息和操作信息，以便將責任分配到個人。

1.3 基于全廠的智能控制

傳統起重機作為一個個體獨立控制。本文中起重機作為全廠智能控制的對象，接收地面的控制指令，參與工廠的智能化生產；此外，起重機的狀態信息也會發送到地面。室內，參與地面設備的控制。

1.4 雙向視頻監控功能

在起重機關鍵位置安裝攝像頭進行狀態監控，在主梁末端安裝多臺攝像頭對吊裝點進行監控。此外，特別是起重機還可以根據需要在地面上顯示相關站點的視頻圖像，起重機還可以根據需要將車載圖像發送到地面控制室。

2 與國外同類型產品技術性能比較

據國外調研反饋，國外鑄造起重機在當地仍采用人工操作。雖然起重機上各個子系統的自動化水平都比較高，但是整機的智能化程度并不高。科尼和德馬格起重機在機器智能化和遠程運維服務方面擁有一系列面向市場的解決方案起重機圖片?一種智能化鑄造起重機的研發，主要在港口、汽車生產和垃圾再生能源等領域。國內對冶金起重機智能化的研究主要集中在與鋼卷庫智能倉儲系統配套的鉗式起重機。鑄造起重機的智能化發展還處于起步階段。

3 解決關鍵技術的具體措施和技術方案

250噸智能鑄造起重機集國內外最先進、最成熟的機電技術于一體。具有結構設計合理、重量輕、安裝維修方便、運行穩定、故障可追溯、使用安全可靠、簡單方便等優點。

橋架為四梁四軌鉸接式，由兩根外主梁、兩根副主梁、端梁鉸鏈和連桿組成。鉸接端梁橋解除了結構中的冗余約束，將超靜定結構改為超靜定結構，使橋架端梁和主梁頭部不承受水平彎曲應力，避免了可能的結構特性中的過早疲勞裂紋，延長了結構的壽命。

3.1 多傳動全變頻調速系統

主起升系統配置差速行星減速機，并配有專用的高溫強制油冷循環系統。油溫控制在60℃以下。油冷循環泵采用一用一備配置。切換到另一種方式繼續工作。使用差速行星減速器的優點是驅動器使用兩個電機。當一臺驅動電機出現故障時，另一臺電機可在滿負荷下長時間以半速運行。

在電氣驅動方面，采用雙電機、雙脈沖編碼器、雙驅動控制系統進行起重，形成2個完整、獨立的傳動系統。采用“整流反饋裝置+逆變器”的多傳動變頻調速方案，調速采用矢量閉環控制方式。可通過駕駛室聯動平臺上的主音量選擇開關選擇單電機或雙電機運行，兩臺電機和兩組逆變器組成兩個獨立的控制系統。當主提升機兩臺電機中的一臺發生故障時，另一臺電機仍可滿負荷長期工作。確保盛滿鋼水的鋼包在事故狀態下安全放置在地上或需要的地方。電機軸端裝有超速開關，提供超速保護。另外，工作制動器采用雙接觸器串聯控制方式，防止接觸器觸點粘連的發生。

當副起升機構逆變器發生故障時，大車運行機構中的一組逆變器可繼續作為副起升機構的備用裝置運行一個工作循環。大車和主小車運行機構采用兩套控制系統。當一組逆變器或一臺電機出現故障時，另一組逆變器可以控制另外兩臺電機驅動運行。當副小車運行機構逆變器發生故障時，主小車運行機構的一組逆變器可作為副小車運行機構的備用裝置，繼續運行一個工作循環。整流反饋裝置+逆變器多驅變頻系統單線圖見圖1。

圖1 整流反饋裝置+逆變器的多驅動變頻系統單線圖

3.2 起重機三維定位系統及安全路徑

根據不同起重機機構的運行特點，考慮到鑄造起重機在高溫、高粉塵、強電磁場環境下工作的特點，起重機采用多種不同的位置檢測方式，確保檢測的準確性和可靠性。起升機構采用卷筒軸端安裝絕對值編碼器測量起升高度，小車運行機構采用灰色母線，主副小車采用激光測距儀。為確保準確測量，每個機構都增加了一個高度或位置校正開關，以避免累積誤差。由于廠房結構限制，起重機在部分區域需要避讓。為此原因，避讓區域的坐標在人機界面上設置。起重機自動運行時，實時將當前位置坐標與避讓區內設定的坐標進行比較。，當起重機接近劃定的危險區域時，相應的機構可以停止運行并發出聲光報警信號。同時通過程序邏輯判斷起重機是否可以合理避開這些區域，如果可以的話，可以通過改變起升高度和主副小車的位置來避開這些區域。安全路徑可以在CMS界面進行設置，分??為臨時設置路徑和固定設置路徑。將當前位置坐標與回避區域中設置的坐標進行實時比較。，當起重機接近劃定的危險區域時，相應的機構可以停止運行并發出聲光報警信號。同時通過程序邏輯判斷起重機是否可以合理避開這些區域，如果可以的話，可以通過改變起升高度和主副小車的位置來避開這些區域。安全路徑可以在CMS界面進行設置，分??為臨時設置路徑和固定設置路徑。將當前位置坐標與回避區域中設置的坐標進行實時比較。，當起重機接近劃定的危險區域時，相應的機構可以停止運行并發出聲光報警信號。同時通過程序邏輯判斷起重機是否可以合理避開這些區域，如果可以的話，可以通過改變起升高度和主副小車的位置來避開這些區域。安全路徑可以在CMS界面進行設置，分??為臨時設置路徑和固定設置路徑。通過程序邏輯判斷起重機能否合理避開這些區域，如果可以的話，可以通過改變起升高度和主副小車的位置來避開這些區域。安全路徑可以在CMS界面進行設置，分??為臨時設置路徑和固定設置路徑。通過程序邏輯判斷起重機能否合理避開這些區域，如果可以的話起重機圖片，可以通過改變起升高度和主副小車的位置來避開這些區域。安全路徑可以在CMS界面進行設置，分??為臨時設置路徑和固定設置路徑。

3.3 起重機糾偏系統傳感器檢測與電機控制技術

大車側端梁上安裝四個傳感器，檢測軌道與車輪的相對位置，并將實際位置信息傳送給糾偏控制器。偏差校正控制器根據位置偏差結合算法改變小車兩側電機逆變器的驅動。速度和加速度用于調整大車的運行軌跡，控制大車輪輞與運行軌跡的間隙，防止車輪啃軌，提高車輪的使用壽命。

3.4 網絡配置及配置

為實現地面與車輛的數據通信，起重機在地面鋼水接收跨上安裝了多組無線通信AP模塊，并在起重機上架設無線網絡客戶端，使起重機與地面集中控制室可通過無線局域網進行有效組合。起重機主控部分PLC采用冗余雙網配置；它使用Y-link組件連接第三方外設。起重機配備起重機監控系統遠程客戶端，地面安裝服務器。起重機網絡拓撲如圖2所示。

圖 2 網絡拓撲

3.5 智能潤滑系統

主要包括主控柜（S7-200PLC、觸摸屏）、油泵站（壓力表）、智能配油箱（控制面板、體積流量計、電磁注油器）、主控柜、油泵站和智能配油罐 載波電纜通信用于采集壓力和容量信號。潤滑系統的顯示和設置可在CMS上位機上進行。

根據實際潤滑點數量和分布距離，可靈活配置油泵站數量和油分配罐數量。油泵站上安裝壓力表，一個油泵站可以為多個智能配油罐供油。智能配油罐上有5個電磁給油器，每個電磁給油器都裝有一個容積式流量計，可以統計每個電磁給油器流出的油量。自動供油時，從第一點開始潤滑，按設定的時間或油量進行供油操作。當達到預定時間或油量時，停止供油，從第二個點開始潤滑，直到所有潤滑點都完成，然后等待下一個供油周期。潤滑時，可按設定的潤滑量或潤滑時間加油，到時停止。在潤滑過程中，可實時檢測各潤滑點的狀態，如漏油或堵塞等。

3.6 操作權限管理

起重機系統中預存了5名操作人員的指紋信息。在操作起重機時，操作人員首先需要進行指紋識別。鑒定通過后，起重機方可運行。當起重機各機構在動作10分鐘內不動作時，主指揮系統將失效。操作人員通過輸入指紋再次激活起重機的操作，起重機控制系統可以實時記錄操作權限的登錄信息，有利于加強起重機運行管理的信息化水平起重機。

3.7 雙向視頻監控

為了在起重機上顯示地面不同站點的狀態信息，視頻系統設置了一個獨立的圖像傳輸無線網絡通道：起重機操作室安裝了兩臺視頻監視器，一臺用于顯示車輛上的視頻信息和地面工作人員的位視頻信息。起重機和地面集控??室分別配備硬盤錄像機，兩臺硬盤錄像機通過無線網絡連接，通過硬盤錄像機上的輸入信號切換顯示畫面。

3.8 智能維護管理

上位機搭載基于WINCC軟件平臺開發的起重機專用信息管理系統。PLC采集電機、減速機溫度和振動信號、電氣室和高壓室溫度信號等，信息管理系統與起重機的PLC可編程控制器、潤滑系統控制器等通過以太網實現數據交換。通過嵌入式故障分析軟件，可為運維提供設備運行狀態報告、故障預警和電氣元件壽命評估。等待。

4 經濟和社會效益

該起重機以高起點、高性能、高效率、高可靠性為前提，在設備配套、結構原理、性能等方面進行了重大創新；在參數確定、方案設計、原材料選擇、工藝設計、外協配件選型、質量控制等方面均達到國內領先水平。相關技術可推廣應用到其他類型的起重機產品中，有助于提升我國起重機的核心技術水平，提高起重機制造企業的利潤率，增強企業效益。

智能鑄造起重機關鍵技術研究對我國鋼鐵行業推進節能高效、綠色環保和智能鋼廠建設具有重要意義，有助于制造業轉型發展。行業。

5 結論

該項目是鑄造起重機智能化研發的一次新嘗試。起重機自2018年投入使用以來，在提高作業效率、減輕操作人員工作量等方面取得了預期效果。受限于現有技術水平，出于安全性和可靠性的考慮，鑄造起重機無人化的研究進展緩慢。相信隨著研發的不斷深入和AI技術在工業應用領域的不斷推進，鑄造起重機的智能化水平將進一步提升。

參考

[1] GB/T 3811-2008起重機設計規范[S].

[2] GB/T 6067.5-2014《起重機械安全規程》第五部分：橋式起重機和門式起重機[S].

[3] GB/T 7688.5-2012《冶金起重機技術條件》第五部分：鑄造起重機[S].