一种用于出炉机械手的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于出炉机械手的控制系统，用于实现电解炉出炉，其特征在于所述控制系统通过网络接入安装出炉机械手的车间的工控机，工控机与数据库可实时数据交换，工控机、数据库与公司ERP网络连接；控制系统直接获取数据库中的数据，接收工控机的指令，控制系统将机械手的状态信息和数据实时发送给工控机进行数据处理，发送给数据库进行数据储存；控制系统包含的控制面板具有手动操作模式、自动模式和中控机操作模式；控制系统包括：PLC可编程逻辑控制器(1001)、位置检测元件(1005)、输出力矩控制元件(1004)、HMI人机交互控制面板(1002)、通讯系统(1003)、其它可扩展辅助元件(1016)及执行机构(1017)。

【技术实现步骤摘要】
一种用于出炉机械手的控制系统及控制方法
本专利技术涉及稀土冶金领域，具体涉及一种用于出炉机械手的控制系统及控制方法。
技术介绍
采用氧化物电解技术制备稀土金属及合金在目前中国已经发展了很长时间，坩埚方式仍然是重要的生产方式，采用坩埚方式的电解方式的优点在于：金属出炉耗时短、对电解炉正常工作影响小，不需要长时间等待出炉金属,操作简便。虽然电解炉出金属的技术在不断改进，但在坩埚出炉方式仍然较为落后。传统的人工操作方式，工作环境恶劣，一个是电解炉温度高，辐射热长期辐射容易导致工作人员中暑和灼伤皮肤；再者出炉过程中，劳动强度大，容易操作失误造成工伤、火灾和产品损失；电解产生的有害气体也损伤工人身体健康。为了更好的从电解炉中取出坩埚，提高生产效率，降低生产成本，减少工作人员，改善工作人员工作环境，降低工作强度，有必要研发一种电解炉出炉方法及出炉机械手。CN105904442A记载了一种可旋转升降的机械手，但是该装置没有考虑到实际生产中的具体情况，因而并不实用。一是机械手的设置角度不合理，不方便伸入电解炉；二是对高温工作的恶劣条件估计不足，高温下电子控制设备、光学设备、液压传动设备都可能故障，因此，应当尽量远离接触位置；三是没有考虑生产实践中的细节，例如没有防止将电解液带出造成浪费的操作，也没有注意到要控制力度防止损坏坩埚、电极。特别是第三个与控制相关的现有技术缺陷，如果不提出适当的解决方案，无法提供效果较好的电解炉出炉机械手以及对应的实施方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种用于出炉机械手的控制系统，通过控制系统使得出炉机械手能够更高效工作，有利于提高产品质量，降低人工成本，大幅度降低工人劳动强度，降低人工出金属的工作强度。本专利技术的目的在于提供了一种用于出炉机械手的控制系统，所述控制系统用于实现电解炉出炉，所述控制系统通过网络接入安装出炉机械手的车间的工控机，工控机与数据库可实时数据交换，工控机、数据库与公司ERP网络连接；控制系统直接获取数据库中的数据，接收工控机的指令，控制系统将机械手的状态信息和数据实时发送给工控机进行数据处理，发送给数据库进行数据储存。优选的，所述控制系统包含的控制面板具有手动操作模式、自动模式和中控机操作模式。优选的，所述控制系统包括：PLC可编程逻辑控制器(1001)、位置检测元件(1005)、输出力矩控制元件(1004)、HMI人机交互控制面板(1002)、通讯系统(1003)、其它可扩展辅助元件(1016)及执行机构(1017)。优选的，所述PLC可编程逻辑控制器(1001)为出炉机械手的控制中心，通过I/O接口与控制系统其他部件连接，自身具有存储器，采用所述存储器或者通过通讯接口从上位机中植入控制程序，所述PLC可编程逻辑控制器(1001)作为从PLC接入至工厂电解线工控机的主PLC中，工控机主PLC直接读取从PLC存储器中的内容，或对数据进行调取存储或发送指令程序。优选的，所述位置检测元件(1005)由多个连接至所述PLC可编程逻辑控制器(1001)的位置传感器构成，包括横移方向位置传感器、纵移方向位置传感器、旋转位置传感器以及力传感器，多个所述位置传感器包括接近开关、光电开关、光纤传感器，所述位置传感器的位置根据机械手运动位置确定安装在机械手的横梁纵梁的各个指定位置，所述位置传感器作为信号源为所述PLC可编程逻辑控制器提供控制信号，作为硬限位防止执行机构中的伺服电机失效，起保险作用。优选的，所述输出力矩控制元件(1004)包括横移伺服电机驱动、纵移伺服电机驱动、旋转伺服电机驱动以及夹持伺服电机驱动，采用位置控制、速度模式控制、力矩模式控制多个伺服电机,所述多个伺服电机为横移机构、纵移机构、旋转机构、夹持机构的驱动元件，所述输出力矩控制元件(1004)通过感应器(3)的反馈对夹持伺服电机驱动进行控制，所述输出力矩控制元件(1004)分别与机械手横移、机械手纵移、机械手旋转以及夹持机构夹持连接，采用位置或者位置结合速度控制模式可完成纵移机构(2)、横移机构(3)和旋转机构(4)的控制，采用速度模式控制和力矩模式联合控制所述坩埚夹持机构(1)。优选的，所述HMI人机交互控制面板(1002)实现远距离控制，在避免恶劣环境对控制元器件的损坏之外，改善操纵人员的工作环境，并且对机械手的工作状态及工作数据通过图形表格的方式呈现并进行记录，有助于对设备的改进，并且通过数据可以对生产工艺的改进起指导作用。优选的，所述通讯系统(1003)，采用以MODBUS/TCP网络，实现与工控机的网络通讯功能。优选的，所述其它辅助元件(1016)及其它执行机构(1017)包括安装在机械手上的称重模块和/或，直接得出出炉金属的粗重量，为后期数据处理提供指导作用；还包括图像识别模块，用于确定坩埚的位置并控制机械手移动。本专利技术的目的还在于提供一种控制系统的控制方法，在PLC可编程逻辑控制器(1001)内通过下述方式确定所述输入力矩控制元件(1004)的扭矩系数：夹持过程分为两个过程，过程一为寻找坩埚，过程二为坩埚夹持，所述过程一时，夹持机构多个夹取爪上压力传感器为F1、F2、F3...Fn，其中取所述F1、F2、F3...Fn的绝对值用于计算；坩埚及其内金属重量产生重力为G1，伺服电机的扭矩产生的力矩为F扭，伺服电机的额定扭矩为F额，输入控制伺服的扭矩系数a，卡爪的夹持力传导系数b；贴着阳极片下降过程中，即过程1，需要满足|Fn|≤|m*F额|＝F安全，F安全为给定值，即卡爪张开不会使阳极片被顶破的安全值，已加入安全系数计算，只要有任何一只卡爪不满足判断条件便停止张开，并且机械手控制夹持机构挟持卡爪朝着力的反方向移动并张开，使其继续满足判定条件，当同时存在多个不满足时张开停止，下降到设置高度停止下降，到达夹持位置；所述过程二为夹持过程，坩埚及其内金属重量产生重力为G1，伺服电机的扭矩产生的力矩为F扭，伺服电机的额定扭矩为F额，输入控制伺服的扭矩系数a，各卡爪的平均压力F均，卡爪的夹持力传导系数b,F扭＝a*F额，F均＝b*F扭＝a*b*F额，夹取安全时有F扭>1.5*G1，可得a＝F均/(b*F额)，a>1.5*G1/F额，a>(1.5*G1/F均)1/2；在此基础上，PLC通过PID计算控制输出合适的a，即a＝kp(1+1/m*∫F(t)dt+n*F(t)/dt)，或其简化形式a＝kp(1+1/(TI*t)+TD*t)；由此，使用PID控制力矩模式控制修正a、m，根据所述感应器(3)的信号控制伺服电机以合适的扭力夹住坩埚。本专利技术的有益效果：主要解决了采用放置坩埚在电解炉中电解方式中，人工出炉劳动强度大、工作环境恶劣、出炉时间把控不准，影响电解金属质量问题；其次解决了采用其它辅助设备夹持坩埚出炉，在坩埚电解过程中，由于坩埚受电解液的波动而位置发生移动，夹持设备难准确判定坩埚位置问题。附图说明结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于出炉机械手的控制系统，所述控制系统用于实现电解炉出炉，其特征在于所述控制系统通过网络接入安装出炉机械手的车间的工控机，工控机与数据库可实时数据交换，工控机、数据库与公司ERP网络连接；控制系统直接获取数据库中的数据，接收工控机的指令，控制系统将机械手的状态信息和数据实时发送给工控机进行数据处理，发送给数据库进行数据储存。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于出炉机械手的控制系统，所述控制系统用于实现电解炉出炉，其特征在于所述控制系统通过网络接入安装出炉机械手的车间的工控机，工控机与数据库可实时数据交换，工控机、数据库与公司ERP网络连接；控制系统直接获取数据库中的数据，接收工控机的指令，控制系统将机械手的状态信息和数据实时发送给工控机进行数据处理，发送给数据库进行数据储存。


2.根据权利要求1所述的一种用于出炉机械手的控制系统，其特征在于：所述控制系统包含的控制面板具有手动操作模式、自动模式和中控机操作模式。


3.根据权利要求1所述的一种用于出炉机械手的控制系统，其特征在于所述控制系统包括：PLC可编程逻辑控制器(1001)、位置检测元件(1005)、输出力矩控制元件(1004)、HMI人机交互控制面板(1002)、通讯系统(1003)、其它可扩展辅助元件(1016)及执行机构(1017)。


4.根据权利要求3所述的一种用于出炉机械手的控制系统，其特征在于所述PLC可编程逻辑控制器(1001)为出炉机械手的控制中心，通过I/O接口与控制系统其他部件连接，自身具有存储器，采用所述存储器或者通过通讯接口从上位机中植入控制程序，所述PLC可编程逻辑控制器(1001)作为从PLC接入至工厂电解线工控机的主PLC中，工控机主PLC直接读取从PLC存储器中的内容，或对数据进行调取存储或发送指令程序。


5.根据权利要求3所述的一种用于出炉机械手的控制系统，其特征在于：所述位置检测元件(1005)由多个连接至所述PLC可编程逻辑控制器(1001)的位置传感器构成，包括横移方向位置传感器、纵移方向位置传感器、旋转位置传感器以及力传感器，多个所述位置传感器包括接近开关、光电开关、光纤传感器，所述位置传感器的位置根据机械手运动位置确定安装在机械手的横梁纵梁的各个指定位置，所述位置传感器作为信号源为所述PLC可编程逻辑控制器提供控制信号，作为硬限位防止执行机构中的伺服电机失效，起保险作用。


6.根据权利要求3所述的一种用于出炉机械手的控制系统，其特征在于：所述输出力矩控制元件(1004)包括横移伺服电机驱动、纵移伺服电机驱动、旋转伺服电机驱动以及夹持伺服电机驱动，采用位置控制、速度模式控制、力矩模式控制多个伺服电机,所述多个伺服电机为横移机构、纵移机构、旋转机构、夹持机构的驱动元件，所述输出力矩控制元件(1004)通过感应器(3)的反馈对夹持伺服电机驱动进行控制，所述输出力矩控制元件(1004)分别与机械手横移、机械手纵移、机械手旋转以及夹持机构夹持连接，采用位置或者位置结合速度控制模式可完成纵移机构(2)、横移机构(3)和旋转机构(4)的控制，采用速度模...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚斌，章立志，邓聚金，郭雪锋，龙厚炳，尹英概，郭功清，刘庆旺，
申请(专利权)人：虔东稀土集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36