无人驾驶捅风眼机电气设计与应用

1 前言

在转炉送风(氧化还原反应)过程中，内部反应特别剧烈，且放出大量的热量，在风口进风过程中，风口水平管温度较低，风口水平管的容易氧化成有磁性的四氧化三铁，再加上风口区域温度相对偏低，位于水平风管的前端容易被熔体粘结而堵塞，导致风管通风的横截面积变小，送风压力也会上升，炉内送风量下降，严重时会引起炉内熔体喷溅，在炉口和周围的水套上面形成块状物，有可能随时脱落的危险，甚至于导致送风机发生喘振。所以需要进行捅风眼作业工作，将水平风管内部的粘结物清理掉，使水平风眼畅通，降低炉体内压力。

行业内转炉的捅风眼的方式基本上都是人工操作，作业人员置身于危险的环境中，所以实现无人驾驶意义重大。

歧义现象不仅出现于汉语中，韩国语、英语等众多语言中也存在。接下来本文将对中韩两种语言的词汇歧义现象进行对比。

2 工作原理

无人驾驶捅风眼机工作原理是：启动前安放两根钎杆在捅风眼机上，操作人员回到监控室内后再在触摸屏上一键启动无人驾驶捅风眼机，通过电气控制以及机械传动组的联动，无人驾驶捅风眼机依次运行到指定位置，最后在气缸的推动下对风眼进行精确捅打。

3 一系统转炉情况调查

一系统共有六台转炉，冰铜处理量均为260t/炉，炉体尺寸为¢4500㎜×13000㎜。

本发明公开了一种利用钼尾矿制备微晶玻璃研磨球的方法。其原料按质量份数计：钼尾矿42～48份，石英砂16～18份，氧化铝4～8份，石灰石15～19份，纯碱5～7份，氧化锆2～5份，碳酸钡2～4份，硼酸1～3份，三氧化二锑0.2～1份；将所得玻璃配合料熔化得到玻璃液；通过两块对扣的半球模具组件将落入其中玻璃熔体挤压成规则的玻璃球体；放入晶化炉微晶化过程包括核化和晶化两个阶段；然后退火、冷却进行表面研磨得到成品。钼尾矿在微晶玻璃研磨球体中的用量高，降低生产成本，提高了产品新能和价值，扩大其用途范围，增加了效益。发展了微晶玻璃生产工艺与技术，增加了尾矿微晶玻璃新产品，应用范围广，社会效益明显。

每天生产4.2炉左右的粗铜，单炉次的吹炼周期为5.1～5.9小时，在吹炼期间，S1期、S2期、B1期、B2期分别需要进行0.5小时、0.6小时、0.4小时、0.3小时左右的捅风眼作业。每台转炉配备2位捅风眼操作工，六台转炉四台生产一共有8位工人。

4 无人驾驶捅风眼机的意义

研究一台可以无人驾驶捅风眼机，可以避免作业人员置身于高温、高粉尘、高危险的作业环境，消除安全隐患。

为了保护PLC信号稳定，防止使用伺服电机时带来的干扰，我们通过三个不同方面来处理干扰问题：一，伺服电机的主回路中，增加了滤波器，消除伺服电机本身对于电源的干扰；二，伺服电机主动力线上安装磁环，减少伺服动力线对于外部设备的干扰；三，外部信号输送至plc的线路中，增加抗干扰电路，消除干扰信号，只识别正常信号。

5 无人驾驶捅风眼机电气控制要求

考虑到捅钎的效率，1个汽缸分别单独驱动2个钎子。

采用双钎模式。该捅风眼机安装有PLC、伺服、触摸屏。伺服电机用于驱动无人驾驶捅风眼机的左右行走。伺服电机功率为4KW，过载系数为300%。伺服采用以太网通讯的网络型伺服。

当出现卡钎子的时，钎子不能在规定的时间退回，钎子后退限位未检测到，系统出现报警，系统自动切换成手动模式。提醒操作人员进行人工处理，处理完后可以就地切换到自动模式。继续执行未完工作，直至工序结束。

在S7-1214c PLC中，通过以太网组态对V90伺服驱动器对接控制。凭借绝对值编码器的校正指令对伺服驱动器V90 PN EPOS的定位数值进行校正回零。V90伺服驱动器中设置控制模式为EPOS，EPOS界面功能可以控制伺服电机进行归零，绝对定位，正反转等操作。

首先，“传记史学”的概念可以成立，国内外学界已开始使用。笔者检索到的中国最早使用“传记史学”一词的是台湾历史学家张玉法，在其《历史学的新领域》的附录里收录了一篇《从传记文学到传记史学——评介李云汉先生近著三种》的文章，此文原发表于1973年出版第三年第六期的《新知杂志》上，作者在文中对传记文学与传记史学做了区分，提出了传记史学的独立化，传记史学应与传记文学划清界限，以利于本学科发展，并对李云汉先生的三本传记史学著作一一作了评介,然而在这篇文章中，张玉法先生并没有对传记史学的定义给出解释。

无人驾驶捅风眼机的定位由伺服电机编码器确定，利用伺服的自学习功能，先人工操作一遍，记录好每一个风眼的具体坐标位置。一台炉子仅需要自学习一遍就能记录好每个风眼的位置。自动作业时无人驾驶捅风眼机的移动，按该坐标位置进行绝对定位。默认情况下，无人驾驶捅风眼机每次走两个风眼的位置。单钎模式下，无人驾驶捅风眼机每次走一个风眼的位置。

无人驾驶捅风眼机在控制室内安装有触摸屏，触摸屏与PLC进行以太网通讯。画面上有自动与手动选择功能。自动功能包括自动启动、停止功能。捅风眼机自动启动后，捅风眼自动操作，从第一个风眼捅打至最后一个风眼，再从最后一个风眼捅至第一个风眼，一直自动往复捅下去，当人工发出停止信号时，风眼机才停止工作，并回到初始位置。也有设置捅一部分风眼的功能。

触摸屏上可以设置每一个风眼状态的按钮，每个风眼有三种颜色的状态，分别是：黄色、灰色和白色，每种颜色代表：黄色，有故障的风眼，该故障风眼可以是人为设定为故障风眼，有故障的风眼，钎子不执行捅杆作业。当故障处理好后，需要人为解除故障信号；灰色：待捅的风眼；白色：捅完后的风眼。当捅风眼机完成全部风眼捅打后，所有风眼又由白色变成灰色。

无人驾驶捅风眼的深度可以根据工艺需求进行设置。

无人驾驶捅风眼机为一键式启动，可以和炉体PLC通讯或是信号联系。启动按钮在操作台上，条件满足在触摸屏上显示。

20日晚上，在“访惠聚”工作队宿舍，大家兴高采烈地向黄斌主席汇报自己“亲戚”家今年的家庭近况。这时，曾华谈到了她的“亲戚”，她“亲戚”家由于缺乏劳动力，目前还有大量红枣还挂在树上。黄主席听到这个情况后，立即和各小组组长进行碰头，决定第二天全体结亲干部一起帮助曾华“亲戚”家捡红枣。

控制系统与操作箱放置于转炉操作室，捅风眼机车上不设置控制箱，只设置端子箱。现场不设置操作箱和端子箱。不使用无线网络，提高可靠度。

由于捅风眼机控制柜未安装在捅风眼机机身上，需要通过移动吊挂电缆连接，吊挂电缆与捅风眼机端子箱之间通过多孔航空插头对接。吊挂电缆采用柔性，扁平电缆。

无人驾驶捅风眼机上配置有视频监控系统，作业人员在控制室内就可以清楚监视作业过程。

SAE包含10层网络，即一个输入层，8个隐藏层和一个输出层。8个隐藏层被分成4个组，每个组有2个隐藏层并且每个组中的节点数是相同的。第l层的第i个神经元通过上一层(l-1层)的各个神经元的输出和对应的权重W并加上偏置项b，再由激活函数输出得到：

6 无人驾驶捅风眼机的设计难点

实现捅风眼机的无人驾驶首先要解决的技术难点就是捅风眼机的定位问题。由于转炉生产是经常有熔体喷溅，喷溅物会洒落在风眼机的轨道和齿条上，影响捅风眼机的行走，造成捅风眼机的定位不准。贵冶的转炉生产运行超过20年，现场的轨道和齿条出现变形和高低不平，这也将影响无人驾驶捅风眼机的定位。

生产要求的定位精度+/-2mm。

转炉的生产是高温，高振动，捅风眼作业也会对每个风眼座有打击力，造成风眼座的变形和损坏，无人驾驶捅风眼机要具备，自动躲开坏风的功能。

要实现无人驾驶，捅钎的控制也是十分关键，钎杆捅入转炉的深度较长，停留时间较长时，就会容易粘钎。

7 无人驾驶捅风眼机作业中电气设计的技术方案

7.1 电气控制系统的设计

电气设备分为三部分：操作台、吊挂电缆和机侧控制部分。操作台安装有PLC、触摸屏、伺服驱动器和监控设备；吊挂电缆分为滑轨和电缆，用于连接操作台与捅风眼机。吊挂电缆采用柔性，扁平电缆；机侧安装有碰杆限位，传感器和伺服电机。伺服采用网络型伺服，网络类型采用以太网。机架中心安装有一个监控摄像头，可以在操作台上实时监控。

7.2 驱动电机的选择

由于转炉环境的制约和负载的特性，对伺服电机的选型要求很高。通过现场环境的评估和机械特性的分析。最终选定西门子的V90伺服电机。

西门子V90伺服驱动器以西门子PROFINET通信的方式控制伺服电机，再加上S7-1214c PLC,组合为了一套完整的运动控制系统，可以完美的实现速度控制和定位控制。

在罗马共和国时代，随着贵族侵吞平民的土地，致使贫民更加贫困，罗马对外作战又进一步加重平民的经济负担，促使平民破产沦为无产者。无产者群体开始扩大。因不满自身所处的地位，无产者发起了平民与贵族之间的平民运动，促使罗马在公元前32年颁布了“波提利阿法”。这为无产者的社会地位提供了法律保障。到共和国末期的西塞罗时代，“平民”已经上升为“人民”的最低等级，财产等级与军事义务之间的关联逐渐弱化，而“无产者”是指那些没有财产只能去服兵役的人。[注]库朗热：《古代城邦：古希腊罗马的祭祀、权利与政制研究》，第223页。

V90伺服驱动器与PLC之间通过以太网连接，数据传输快且维护方便，更换一根网线即可解决所有问题。驱动中集成了定位功能与加减速调节功能，速度也可以在PLC中进行设置，可以设置绝对定位模式。

调试中，能够对闭环控制参数一键优化，自动调整为当前最优的参数数值。

健康有效的水利工程是发挥水利效益的基础，目前，灌区改造更新工程由于受资金的限制，部分只能带病运行，埋下了很多安全隐患。据调查，我国已有220个大型灌区存在老化失修的情况，有超过105个大型水库存在各种程度的险情，其中超过70%的严重老化损坏，水利效益无法完全发挥，不但影响了供水的持续性，还无法满足农业需求。

伺服驱动器与伺服电机的过载能力为300%。伺服电机转矩波动范围小，加减速响应快，运行稳定。有更高的精度和稳定性要求，还可以选择高惯量伺服电机。

7.3 PLC的选择与保护

选定好伺服后，就需要选定一款和V90伺服具有兼容强的PLC。

由之前的分析可知，在添加10%碳酸钠和8%硼砂下渣相中的Al2O3的百分含量相对于添加10%氧化硼要低很多，主要是因为液相渣中出现NaAlO2，如图6所示。添加8%硼砂，NaAlO2的含量在1 000 ℃后增加，在1 100 ℃后缓慢减少；添加10%碳酸钠，NaAlO2的含量在1 100 ℃后急剧增加。

如果在64个风眼中有损坏，则在PLC控制屏幕上直接把他设置成黄色的故障风眼，无人驾驶捅风眼机将自动跳过该故障眼继续完成捅风眼作业。

采用全无人驾驶捅风眼，避免人为捅风眼的误操作，提高了生产的可靠性，减少了人为操作失误而造成的风眼座的损坏、减少钎杆的损耗。

7.4 硬件集成和组态

在博途软件中，新建一个项目，然后添加新设备，选择CPU 1214，网络视图界面指定V90PN。将CPU和V90PN设置成同一个网段，再与西门子profinet的远程IO控制设备连接在一起，最后把硬件组态下载到PLC中。

一个是把产品通过媒体传播，推广给消费者。除了媒体记者，各国明星也会出现在两大表展上。斯沃琪集团每年都会邀请一些当红中国明星，到巴塞尔表展上走一圈，随后娱乐媒体上便会出现表展的相关信息，比如2018年的黄景瑜和美度，陈学冬和天梭。

功能块FB284的功能很强大，轴的暂停和继续运行非常好用，通过ConfigEPOS管脚可以传递参数，通过这个管脚传递了原点，限位信号。而且可以随时传送每一个风眼的位置信息，实现小车的绝对定位，非常方便。

手动操作既可以在遥控器上操作，也可以在无人驾驶捅风眼机上按钮操作。按钮可以操作：捅风眼机向左、捅风眼机停止、捅风眼机向右、气缸捅杆、自动启动、急停。触摸屏只进行数据设置、状态监控、故障显示。

运行时，PLC将电机启动信号，运行速度，加减速时间，定位坐标等通过以太网传输至V90伺服驱动器中，再由伺服驱动器控制伺服电机进行运转。

7.5 驱动装置改进

作业的时候，要使无人驾驶捅风眼机的机械本体在加速行走和减速停止的过程中保持平稳，就必须在软件中，对伺服驱动器改进，并且对工艺对象进行整定。在作业过程中不断改进运行状态曲线，使无人驾驶捅风眼机本体达到高速响应，运行稳定的效果，降低了故障率。

在水利工程建设工作中，小面积的渗漏很容易被忽视，而大面积的渗漏通常是小面积渗漏发展而来的，一旦出现大面积深口，就十分容易造成水坝崩溃，最终出现决口。所以，施工团队必须格外注意渗漏问题。就当前来看，应用帷幕灌浆技术，不仅可有效地缓解渗漏情况，还能明显提高水利工程的整体性。

7.6 超声波与深度控制

转炉炉后作业环境恶劣，常有高温喷溅，渣块粘结掉落现象，综合了实际情况，排除了伺服杆移动限位和红外线检测等办法，最种选择了以超声波探测为主，感应限位为辅的深度控制方式。

经过长期的实践研究最终确定了一、二轮复习课的模式 ，教师要熟练掌握和运用，以适当调整变通，突出时间分配的变式。

原来的捅钎方式是通过人工按按钮控制电磁换向阀，使其工作的，这样就存在操作人员的经验和熟练程度不同的情况，对比人工靠手感控制捅钎的深度，超声波反馈的信号更加及时和稳定，通过传输到PLC中进行数据处理，输出控制气缸电磁阀的方式控制捅钎的深度，每次操作都是固定的。不存在熟练与不熟练的情况，基本杜绝人工一下深一下浅的捅钎情况，也很好的控制钎子的损耗。

原点位置的标定，将捅风眼机手动开至第一个风眼位置，用视觉传感器扫描第一个风眼位置，位置扫描正确后，在触摸屏上点击原点位置确认按钮，完成原点位置找正。

数学概念、定理内涵丰富、外延广泛，学生对它的认识不可能一蹴而就，需要经历一个由感性认识到理性认识的循环往复的过程，因此，教师要为学生提供合适的时间和思维空间，挖掘“微型探究”资源，使学生在反思中达成对知识本质的再认识，领悟其奥妙，揭示其深刻性，从而不断升华对概念、定理的理解，完善认知结构，提升数学素养.

7.7 触摸屏的功能

在转炉操作室内的无人驾驶捅风眼机操作台触摸屏上可以进行多种参数的设置，例如：风眼状态的设置，黄色为有问题的风眼，灰色待捅风眼和白色的捅完风眼；电机行走的速度以及加速度；每一个风眼的数据地址；避让区间；清扫齿条压力风的范围以及实时更改捅风眼机的捅钎深度。

使用西门子报文111，驱动改为EPOS基本定位控制,使用西门子报文111，按照说明配置每一个管脚，连接成功。

7.8 实时监控与自动手动双拔钎模式

转炉吹炼时，卡钎是很常见的情况，特别是在炉内反应比较剧烈的时期。卡钎情况复杂，钎子粘结程度不同。

无人驾驶捅风眼机上电气配备了实时监控设备，见图2，供转炉监控室进行作业监察，一旦出现卡钎情况，为了快速拔出，超声波检测到卡钎的瞬间PLC就会自动发出三次拔钎信号，将轻度卡住的钎子退回，然后继续作业，遇上牢固粘结，可以快速切换至手动方式拔出，然后清理或者更换钎子后，监控室触摸屏一键继续作业。

7.9 捅风眼逻辑设置

在正常条件下，无人驾驶捅风眼机从转炉的操作室侧开始计算，1.2.3.4……63.64,在程序中表示捅完一次，64.63.62……2.1,在程序中表示又捅完一次。

西门子S7-1214c PLC有体积小，运算效率高，抗干扰能力强等特点，而且支持多种通讯协议，可以确保设备的可靠运行。该PLC以易于扩展其功能的原则而设计，符合工业通信最高标准的通信接口，易于与工业控制系统形成一个整体。

无人驾驶捅风眼机是采用单双钎杆两种工作模式，没有改变原来的工作方式，双钎即一次性捅两个风眼，如果设置的故障风眼是偶数个，捅风眼正常做和正常停止，当设置的故障风眼是奇数个，则电机步进152mm与前一个风眼共同捅。在双钎模式下，如果区域内三个风眼出现两个坏风眼夹一个正常风眼的情况，则该正常风眼不能进行捅钎默认跳过。单钎模式也是和人工操作一样，拿下一根钎杆，逐个风眼进行作业，遇故障风眼自动跳过。

7.10 安全防护护栏与警报灯

安装防护护栏防止作业时人员靠近捅风眼机时造成机械伤害。两侧焊接极限限位，确保无人驾驶捅风眼机不会开出护栏区。光电区域保护以无人驾驶捅风眼机两侧双层安装光电检测限位形成网状检测空间，一旦有人体接近，无人驾驶捅风眼机立刻停止。

警报灯安装在无人驾驶捅风眼机后方，一旦开始作业警报灯立刻亮起并伴随警示音，随无人驾驶捅风眼机停止作业而停止。

8 实施效果

通过以上技术措施的实施和现场反复的调试，最终实现了捅风眼机的无人驾驶。

无人驾驶捅风眼机的速度和人工捅风眼的速度是一致的，没有影响到转炉的作业时率。

捅风眼的质量和熟练工人的操作质量时一致的，可以达到工艺生产的要求。

无人驾驶捅风眼机在安装在现场，使得现场变得更加清爽，更符合清洁生产的需要。

实现操作人员在操作室直接输入命令实现捅风眼自动捅风眼或自动清风眼作业；

捅风眼机实现自动精准定位、捅打、故障自动退出、安全警示等功能；

微风促进气体交换、改善光照和光合作用，但强风使树木嫩枝、花果吹落，大枝折断、倒伏、甚至整株拨起[7]。和田地区风沙大、多，增加土壤和树体蒸腾，加剧失水。苹果种植区晴天天气瞬间风速平均达到1. 7 m/s，最高达到2. 7 m/s，影响果树定植成活率和生长。

实现炉子各时期各区域风眼捅打深度的自动调节功能；

操作模式实现手动、半自动、自动三种模式，操作方式实现风眼机驾驶室、操作台、遥控器三种操作方式。

9 结语

通过转炉工艺人员三年来不断的反馈与日常检修记录，无人驾驶捅风眼机能够良好的执行日常捅风眼作业，可以成功替代人工捅风眼的情况。现在全厂9台转炉已经全部配备无人驾驶捅风眼机，电气系统也受到操作人员以及维修人员的一致好评，效果突出，操作简明，易于维修，安全作业。通过此次创新应用，极大的提升了电气技术人员的创新意识、业务水平和组织协调能力，为我厂打造一个全面、有体系的智能化工厂，奠定了基石。

[1]贺磊．贵溪冶炼厂自动捅风眼机的研发和设计[J]．世界有色金属．2020(10)：26-27．

[2]杨林．谦比西铜冶炼公司捅风眼机电气技术改造实践[J]．有色矿冶，2018，34(4)：45-49．

[3]SIMATICS7-1200可编程控制器-工业支持中心-西门子中国．

[4]S7-1500-V90-工业支持中心-西门子中国．