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传统钢铁行业是一个高能耗、高污染的产业，具有高温、高粉尘、高噪音等恶劣环境和液态熔融金属等高风险的特点，随着人工成本的增加和机器人技术的发展，在钢铁行业进行机器人代替人变得越来越有必要。工业4.0的到来以及国际国内钢铁行业竞争压力的增大使钢铁厂在新技术的研究与应用方面投入越来越大。
电炉在生产过程中主要靠人工进行测温取样，劳动强度较高，且由于受到现场高温、钢渣飞溅及人工操作误差等因素的影响，存在成功率以及准确率不高的现象，同时还有钢渣飞溅烫伤的安全风险。
广州友仪机电设计的工业机器人应用，能够保证测温点固定，提高测温取样的成功率，实现精确测温取样，提高安全保障，避免人工测温烫伤等事故的发生，降低人工作业劳动强度，提高生产效率。
一、必要性
通过机器人系统和现场自动化设备的有机融合，实现钢水的自动测温和取样工作，改善工人的工作环境，同时也促进炼钢智能化水平的提高，主要体现在以下几个方面：
1、消除操作工人身伤害的风险，提高现场安全指数。目前电炉由人工进行测温取样，在工作时可能因钢渣飞溅对人员造成伤害。
2、减轻工人劳动强度。电炉炉前辐射温度高，人工需穿戴防烫伤手套，手持4m长测温枪由取渣口伸入电炉内完成测温取样工作，劳动强度大。由加有耐高温防护的机器人代替人工，可以解决该问题。
3、机器人系统测温取样可以消除人工操作时带来的误差，测量过程反馈及时，数据更加精准。
二、项目目标
机器人在电炉测温取样中的应用需要实现的目标为：
1、实现钢水的自动测温及取样。
2、实现自动更换取样器及测温耦头。
三、系统实现
1、取样准备。进行测温取样前，机器人运行至自动换枪装置的装枪位置，套入测温耦头或取样器后，机器人便运行至等待位置等待。
2、取样过程。进行测温操作时，机器人按照预设的轨迹，将测温耦头伸入炉内。当测温数值读数稳定时，机器人按原路径退出，并在溜槽退下旧的耦头。当进入炉内超过上限时间（现场调试确定）温度数据仍然不稳定时，系统认为测温失败，机器人快速退出，并重新更换测温耦头后再次测温。
进行取样操作时，机器人按照预设的轨迹，将取样器伸入炉内，等待预设的时间（现场调试确定）后按原路径退出，并在溜槽上退下旧的取样器，由人工进行试样的处理及后续操作。如第一次取样失败，则可以通过人工操作面板更换新的取样器后，自动进行第二次取样操作。
四、保护系统
在进行测温取样操作时，机器人带动枪杆进入炉内，当检测到枪杆受到阻力并达到限值，机器人自动快速退出，用以保护枪杆。为使机器人能够在高温环境下稳定运行，在机器人的外部穿防护衣进行隔热防护。
机器人系统设定三种作业方式：自动、手动、维护。自动方式通过操作开始按钮，实现机器人自动按照轨迹运行，并进行测温取样工作。手动方式由操作人员通过现场操作箱，操作机器人进行测温取样的全部动作。维护模式时机器人处于待机位置，系统不动作。测温取样系统故障时，由人工按照原操作方式进行，不影响生产的稳定运行。
五、系统功能描述
1、测温枪。机器人测温时，测温枪进入钢水，测温枪内部会聚集大量热量。因此针对测温枪设计了冷却回路，从外部接入压缩空气进入枪体，在机器人工作时对测温枪进行冷却，防止热电偶及内部线缆因高温损坏。
2、自动换枪装置。该装置用于取样器及测温头的自动更换。测温头及取样器集成于一套设备内，取样器可放置20根以上，测温头可放置30根以上，分别由不同的传动系统输出。该装置自带PLC控制系统，并作为从站与主站进行通信，系统工作时根据上位机的命令选择测温或取样，机器人移至装枪位置，等待自动换枪装置装枪完成。测温或取样完成后机器人移至退枪位置，由自动换枪装置完成退枪。当测温头或取样器的数量不足时，会发出预警通知操作人员添加。
3、防护。因机器人工作区域温度过高，灰尘较大，为了确保机器人安全稳定运行，定制了一套机器人专用耐高温防护衣。
4、系统仿真。根据现场的实际情况建立机器人仿真模型，通过对系统的仿真和模拟碰撞试验，增加了系统的可行性。该系统主要完成电炉的自动测温及取样工作，系统主要由测温取样机器人、自动换枪装置、机器人平台、取样器溜槽、机器人防护等组成。
六、结语
近年来机器人技术得到飞速发展和进一步推广，工业机器人在钢铁行业中逐步取代了一些高危高温高精度高粉尘的工作岗位，不仅提高了自动化水平，还节约了生产成本，提高了企业竞争力。
