一种烧结石自动采样系统的制作方法

本实用新型涉及钢铁厂烧结作业，更具体地说，涉及一种烧结石自动采样系统。

背景技术：

钢铁厂的烧结是原材料加工成钢铁的重要步骤，它通过烧结机将各种矿石依据高炉的需要加入一定的熔剂、燃料，通过点火燃料燃烧，在抽风作用下，在燃料提供热量下，将各种矿石通过液相粘结形成具有一定粒度的烧结矿，供高炉使用。一般来说，钢铁厂的烧结工艺流程主要包括烧结前原料的预混处理、配料、混合加水、布料、点火、烧结、冷却、整粒等环节。钢铁厂烧结区域需要对加工后的烧结矿成品进行截取试样，以便测定各粒度组成、转鼓强度以及分析其他质量问题，现有的操作方式是人工站在皮带旁用铁锹在运行的皮带上截取试样，为了产品分析具有代表性，需要分时段进行取样，由于现场工作环境的温度高，粉尘大，对人体伤害较大，并且人工取样不能够做到均匀采集量，均匀采集频次，这样不利于产品质量分析。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型旨在提供一种用机器手代替现场人工作业，工作稳定，效率高的烧结石自动采样系统。

技术方案：本实用新型所述的烧结石自动采样系统，包括主控制器、物料采集装置、称量系统、传输装置、检测报警系统以及远程监控系统，所述的物料采集装置包括机器手，机器手的末端是一个采样铲，机器手可以较灵活地控制采样铲，通过调整采样铲的速度以及位置角度来达到高效取料的目的，机器手通过现场总线和主控制器实现快速稳定通讯，协议采用标准的PROFIBUS，这样主控器可以通过发送对应指令来控制机器手，也可根据机器手反馈的数据来监控它的工作状态；所述的称量系统包括计量仓，计量仓底部四个边缘点安装有支架，将计量仓架空在传输带的上方，所述计量仓侧面底端设有称重传感器，所述计量仓底部设置有卸料阀，所述卸料阀口沿斜下方设有滑道，采样桶被限位在滑道出口下方，称重传感器的功能是将料的重量转化为模拟量然后传输给机器手，而机器手本身是有模拟量板卡的，这样机器手就知道每次取料的重量，可以根据具体需求设计实现自动调整取料频次，采料铲每次将取到料放入计量仓内，当重量达到要求时机器手将信号传递给主控制器，主控制器可以根据接收到的料满信号来控制卸料阀自动打开，这样计量仓内的料通过滑道全部落入卸料阀口下的采样桶内；所述传输装置包括多段传输带和置于其上方的采样桶，所述多段传输带行程中距离滑道出口向后一个采样桶半径到直径位置之间设有气动闸门，气动闸门由气缸和闸门结构组成，闸门用于将前端空的采样桶限位在卸料阀口下方，当足够料落入采样桶后，主控制器接收到料满输入信号，并通过控制输出寄存器来控制气缸收缩将闸门拉入传输滚轮下方，等到有料采样桶通过闸门后主控制器再控制气缸伸出使得闸门继续拦截下一个空置的采样桶；所述的检测报警系统包括温度传感器、限位传感器以及报警指示灯，温度传感器用于检测现场温度，当温度超过设备的正常使用范围时会产生报警，所述限位传感器设置在气动闸门的前端一个采样桶直径距离，用来判断机器手运作是否正常；所述远程监控系统由远端PC，无线传输装置以及组态监控软件等组成，现场主控制器通过无线发射装置收发数据，对应远端PC也是通过无线发射装置来收发现场主控制器的数据，通过对这些数据的记录和发送可以实现在远端控制现场设备的目的。

优选的，所述机器手为柔性化程度较高的6自由度工业机器手，控制更灵活，工作效率高。

优选的，所述采样铲为尖嘴形，更利于完成铲料作业。

优选的，所述机器手末端还包括一个夹爪，用于夹取特定区域的空采样桶到传输带上。

优选的，所述多段传输带由电机和滚轮组成，所述多段传输带两侧设有档件，可以防止采样桶运动不平稳时倒下。

优选的，所述多段传输装置气动闸门后续的行程中还设有两个光电传感器，一个光电传感器用来计算有料采样桶的数量，一个用来判断有料采样桶是否堆积过多。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型选用机器手替代人工作业，机器手末端设计了一个便于取料的采样铲，可有效代替目前的人工进行取样操作，节约人工的同时保护了人员安全。

(2)采样铲采用为尖嘴形，可以很方便的插入到烧结石料内部，这样可以提高取料效率和均匀性，机器手末端还设置了一个夹爪，和采样铲可以灵活切换，用于夹取搬运空的采样桶到传输带上，大大提高了整个取样过程的灵活性和效率。

(3)称重系统可以更精确的实时测量出采样烧结石料的重量，避免了人眼操作带来的误差，利用机器手的数据运算功能，可以更加灵活的控制取样的频次和取料的均匀。

(4)采用了无线通讯技术，使得现场主控制器的数据可以和远程PC实现共享，这样操作员可以在远端实现对现场的监控，大大提高了人员操作的便捷性和安全性。

(5)整套系统的设计考虑到工厂生产的工艺和运作的连续性，采用PLC自动化控制系统使得整个采样取料过程很好的兼容到工厂的生产中，整个采样环节更有了承上启下的作用，通过光电传感器检测上游设备是否正常给料，通过独立的传输装置以及报警机制可以避免下游设备工作卡顿，PLC有着很强大的计算通讯以及控制功能，除了工作稳定外，它的应用更使得整个采料取料过程变得模块化可很好连接到工厂的MES系统。

附图说明

图1为烧结石自动采样系统的功能框图；

图2为烧结石自动采样系统的示意图；

图3为各种传感器和主控制器的连接方式框图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

如图1-图2所示的烧结石自动采样系统，包括主控制器、物料采集装置、称量系统、传输装置、检测报警系统以及远程监控系统，主控制器(主要参数：100KB工作存储器；24VDC电源，板载DI14x 24VDC漏型/源型，DQ10x 24VDC和AI2；板载6个高速计数器和4路脉冲输出；信号板扩展板载I/O；多达3个用于串行通信的通信模块；多达8个用于I/O扩展的信号模块；0.04ms/1000条指令；PROFINET接口，用于编程、HMI以及PLC间数据通信)通过现场总线与机器手之间通讯连接，协议采用标准的PROFIBUS，主导整个采样系统顺利进行；物料采集装置包括柔性化的6自由度工业机器手1-1，选取型号为ABB的IRB4600的机械臂，机械臂末端连接一个尖嘴形采样铲1-2和一个夹爪1-12，两者可以自由转换，成为一个机器手，当物料通过采样点时，采样铲1-2进行作业，铲取样品并投放到计量仓1-3，当采样点没有物料通过时，机器手转换到夹爪1-12进行作业，将特定区域的空采样桶投放到传送带上；称量系统包括计量仓1-3，计量仓1-3底部四个边缘点安装有支架，将计量仓1-3架空在传输带1-10的上方，所述计量仓1-3侧面底部设有称重传感器1-11，所述计量仓1-3底部设置有卸料阀1-4，所述卸料阀1-4口与滑道1-5相通，采样桶1-9被限位在滑道1-5出口下方，称重传感器1-11的功能是将料的重量转化为模拟量然后传输给机器手，而机器手本身是有模拟量板卡的，这样机器手就知道每次取料的重量，可以根据具体需求设计实现自动调整取料频次，采料铲1-2每次将取到料放入计量仓1-3内，当重量达到要求时，主控制器收到机器手发出的料满信号控制卸料阀1-4自动打开，这样计量仓1-3内的料通过滑道全部落入卸料阀口下的采样桶1-9内；传输装置包括多段传输带1-10、气动闸门1-8和两个光电传感器，气动闸门由气缸和闸门结构组成，气动闸门1-8用于将前端空的采样桶1-9限位在卸料阀1-4口下方，当料满落入采样桶1-9后，主控制器控制气缸收缩将闸门1-8拉入传输滚轮下方，等到有料采样桶通过闸门1-8后主控器再控制气缸伸出使得闸门1-8继续拦截下一个空置的采样桶1-9，而多段传输带1-10由电机和滚轮组成，多段传输带1-10两侧设有档件，可以防止采样桶运动不平稳时倒下，整个传输过程中设有两个光电传感器，均选用德国西克SICKWTB12-3P2431型号的产品，光电传感器一1-6用来计有料采样桶内的数量，光电传感器二1-7用来判断有料采集桶是否堆积过多；检测报警系统由温度传感器、限位传感器以及报警指示灯等组成，温度传感器用于检测现场温度，当温度超过设备的正常使用范围时会产生报警，限位传感器选用德国西克SICK电感式接近传感器IM18-05BDS-ZC1，安装在气动闸门的前端一个桶直径距离，用来判断机器手运作是否正常；所述远程监控系统由远端PC，无线传输装置以及组态监控软件等组成，无线传输装置选择为DTD434M达泰4系无线数据通讯产品，现场主控制器通过无线发射装置收发数据，对应远端PC也是通过无线发射装置来收发现场主控制器的数据，通过对这些数据的记录和发送可以实现在远端控制现场设备的目的。

工作流程如下：

(1)首先在远端操控室打开PC上的组态监控系统，设置好采样所需的取料次数，时间间隔以及样本重量等参数，点击自动开始，或者直接在现场通过按钮控制开始。

(2)机器手开始取料前，会通过传感器检测判断上游皮带上是否有料以及系统是否正常。

(3)若正常生产，传感器会将此信号给到机器人板卡，机器人捕获此信号后计时一段时间然后开始控制采样铲工作，确保烧结石料传输到采样点，若未生产就等待生产开始。

(4)烧结石料传输至采样点，机器手从原点开始执行采样取料动作，末端采样铲根据设置好的路径运动来达到有效取料。

(5)采样铲取料完成后，机器手需回到取料点，需要有一个小幅度的往返运动来振落不稳定的烧结石料，防止运送时料洒落，然后机器手将采样铲运动至计量仓上方，此时会做一个保护判断，必须归至卸料点才能继续下面操作，防止卸料出错。

(6)机器手正常取料完归至卸料点之后，开始调整采样铲卸料至计量仓。

(7)计量仓下有称重传感器实时监测取料重量，并将数据发送给机器人，主控制器会读取远端PC上设置的参数，转换成取料动作的频次信号反馈给机器手，机器手以此对比判断是否需要增减抓取次数；例如其中一次抓取为空，称重系统监测到后会让机器手立即再抓取一次而不做延迟处理。

(8)当计量仓内采样到的料的重量到达15KG或设定的重量时，由于称重传感器会实时将重量数据发给机器手，机器手此时会发送一个料满信号给主控制器，主控制器通过控制计量仓下方的卸料阀的气缸来打开阀门，将计量仓内的料放进采样桶内，然后稍作延迟主控制器控制闸门气缸收缩将已取到料的采样桶放走，传输动作将采样桶传走，等到前方空的采样桶快过来时，主控制器将传输带停下，使得闸门气缸伸出，挡住空的采样桶。

(9)装满所要重量料的采样桶通过计数光电将数量信息反馈给主控制器，并且传输带上还有一个防止堆满报警光电传感器，当此光电传感器被触发时会发送一个开关量信号给主控制器，说明有料采样桶已堆积过多需要及时处理了，主控制器会控制现场的报警灯报警，并将此重要报警状态发送到远端PC上，通过组态画面显示，主控制器会同时监控此道报警的状态对应控制机器手是否需要继续工作。

(10)机器手会通过采样铲上的夹爪将某一区域内的空的采样桶放到传输带上传送至卸料阀滑道口的下方，让闸门阻挡空的采样桶等待下一次的采样卸料动作。

(11)当装料的采样桶到达一定数量(如4个，可根据需求调整)时，系统给出取桶提示让采样员去取，如果超过一定数量还未取则通过上面的堆积光电传感器给出对应报警操作。