防氧化喷涂智能控制系统的研制.pdf
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1、2023年10月西安交通工程学院学术研究Oct.2023第 8 卷第3 期Academic Research of Xian Traffic Engineering InstituteVol.8No.3作者简介:作者简介:李睿敏,女,高级工程师,硕士,研究方向:电气工程及其自动化。防防氧氧化化喷喷涂涂智智能能控控制制系系统统的的研研制制李睿敏(西安交通工程学院 陕西西安 710300)摘摘要要:塞棒、水口等功能性耐火材料防氧化层的喷涂质量直接影响钢坯的连铸技术水平,目前国内大都采用人工喷涂方式,喷涂效率低、质量不可控。基于此,本文提出了一种防氧化喷涂控制系统的新方法,介绍了防氧化喷涂系统的组成
2、,阐述了防氧化喷涂智能控制系统的工作原理及其软硬件设计。根据功能性耐火材料防氧化层的喷涂特点和技术要求,控制系统以工业控制计算机为控制核心、多个控制单元共同组成。该系统采用超声波式距离传感器检测塞棒、水口等连铸功能性耐火材料外部形状信息进行计算生成喷涂控制程序;采用先进的配有硬件控制算法的专用运动控制板卡,以位置脉冲控制方式取代模拟量控制方式,提高喷涂手的运动控制精度。实验结果表明,该智能控制系统运行稳定可靠,防氧化层喷涂质量高,各项技术指标均满足或超过设计要求,具有一定推广应用价值。关关键键词词:超声波测距;工控机;喷涂;耐火材料中中图图分分类类号号:O121.8;G558 文文献献标标识识
3、码码:AThe Development ofAnti-oxidation Spraying IntelligentControl SystemLI Ruimin(Xian Traffic Engineering Institute,Xian Shaanxi 710300,China)Abstract:Most of the billets in the world are produced by continuous casting technology.Spout and stopper are the key functionalrefractory materials for high
4、reliability continuous casting,and their performance directly affects the efficiency of continuous castingand the quality of billets.As functional refractory materials such as water spout and stopper are easily oxidized and lost at hightemperature,anti-oxidation coating should be sprayed on their ou
5、ter surface in order to reduce material loss.At present,most of thedomestic use of manual spraying method,spraying efficiency is low and quality is uncontrollable.Based on this,this paper putsforward a new method of anti-oxidation spray control system,introduces the composition of the anti-oxidation
6、 spray system,andexpounds the working principle and software and hardware design of the anti-oxidation spray intelligent control system.According tothe spraying characteristics and technical requirements of functional refractory anti-oxidation layer,the control system is composedof industrial contro
7、l computer as the control core and several control units.The system uses ultrasonic distance sensor to detect theexternal shape information of functional refractories such as stoppers and water spout to calculate and generate spraying controlprogram.Advanced special motion control board equipped wit
8、h hardware control algorithm is adopted to replace analog control withposition pulse control to improve the motion control precision of spraying hand.The intelligent control system adopts computercontrol technology,ultrasonic ranging technology,motion board control technology,frequency conversion co
9、ntrol technology,servocontrol technology and other advanced control technology to improve the motion control precision of spraying hand.Theexperimental results show that the intelligent control system is stable and reliable,and the quality of anti-oxidation coating is high.All the technical indexes
10、meet or exceed the design requirements,and it has certain application value.Key Words:ultrasonic ranging;industrial computer;spraying;refractory引引言言目前世界上大多数钢坯采用连铸技术生产,水口、塞棒等是实现高可靠性连铸的关键功能性耐火材料,其性能好坏直接影响连铸效率和钢坯质量。由于水口、塞棒等功能性耐火材料在高温下极易氧化耗损,为了减少材料损耗量,需在其外表面喷涂防氧化层6。国内基本采用手工喷涂方式,这种喷涂方式技术水平落后、工作环境恶劣、工作效率低
11、、喷涂质量不易把控。针对我国防氧化喷涂技术的现状,本文研制了一套防氧化喷涂智能控制系统,该75防氧化喷涂智能控制系统的研制控制系统采用计算机控制技术、超声波式测距技术、运动板卡控制技术、变频控制技术、伺服控制技术、气动控制技术等先进控制技术,大大提高了防氧化喷涂的自动化程度和质量4。1 防氧化喷涂系统组成及喷涂原理1.1 喷喷涂涂系系统统组组成成防氧化喷涂系统组成如图 1 所示,该系统主要由供水系统、供料系统、喷涂手系统、干燥系统、防倒装置、大盘转位驱动系统、小盘转位驱动系统、封闭门驱动系统等组成1。23456789ABCDEF11供水系统 2喷涂手 3大盘 4小盘5供料系统 6阀门 7气缸
12、8防倒装置9封闭门图图 1 防防氧氧化化喷喷涂涂系系统统组组成成示示意意图图工作时,供料系统将按一定比例混合搅拌好的涂料送到喷枪,喷涂手系统中的喷枪将供料系统提供的物料雾化(喷涂手系统中的喷涂手主要是在规定的时间内将喷枪送到指定位置进行喷涂)。干燥系统中的干燥固化设备采用高红外快速加热,设计与运行管理简便,操作方便,并且易于实现自动化控制。护圈防倒装置是为了防止在大盘或小盘旋转时,水口或塞棒在偏心和惯性的作用下倒下,出现倒坯现象。封闭门驱动装置使用的是气动封闭门,通过控制电磁阀改变气缸进气出气的方向,从而使封闭门打开和关闭。大盘转位驱动装置主要用于控制喷涂系统工位的转换。小盘转位驱动装置主要用
13、于控制被喷涂工件的自身旋转等2。1.2 喷喷涂涂原原理理本文研究的防氧化喷涂控制系统的核心部分就是仿形喷涂,即根据工件的表面形状自动调整喷枪进行喷涂2。仿形技术是采用数字化扫描方法提取工件或者已成型产品的轮廓数据,经处理转换成喷涂加工程序。本文研究的喷涂对象主要是水口、塞棒等耐火材料,这些材料大都是柱体或一些标准回转体,而且需要喷涂的都是工件的表面,因此只需要采集工件表面的轮廓数据,然后将所采集到的轮廓数据自动换算成控制数据,之后控制计算机根据工件的形状参数和涂层的厚度参数来设计喷涂的仿形算法。在确定工件形状参数时,首先根据工件高度,设定等间距的采样点;然后利用超声波距离测量传感器,在每一个采
14、样点测量出工件表面到回转台中心的距离或者是工件表面到喷枪水平“零”位置的距离,将这些距离数据记录下来,整个工件的形状参数就可以确定下来,最后将形状参数数据进行处理5。进行仿形喷涂最重要的是建立仿形控制算法,其过程一般是:1)将采样得到的工件表面形状数据进行曲线逼近,建立拟和曲线方程。2)进行轨迹规划。喷涂作业的轨迹需要采用连续轨迹控制。3)采用插补算法。本系统中,工件自身有回转运动,喷枪是在一个 XY 平面内作曲线运动,所以仿照数字增量插补建立了分段直线插补算法。即本系统根据采样得来的数据直接进行分段,每一段内又分若干微小直线段调用脉冲增量直线插补算法,对其进行连续轨迹控制3。Ps(0,0)P
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