鋼鐵工業(yè)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就必須節(jié)約和有效利用自然資源，為實(shí)現(xiàn)這一要求，寶鋼集團(tuán)在國(guó)內(nèi)率先采用了目前世界上最成熟的Corex熔融還原煉鐵工藝，取代原有高爐煉鋼工藝。Corex是一種達(dá)到工業(yè)成熟化非高爐冶煉工藝，能夠以鐵礦和煤為原料，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保地生產(chǎn)鐵水。與傳統(tǒng)的高爐煉鋼相比，Corex工藝不需要煉焦和燒結(jié)設(shè)備，各種污染排放物也大幅減少，SO2排放僅為高爐的4.9%。
圖1 Gimbal新型動(dòng)態(tài)布料器
在Corex工藝中，所有冶金過(guò)程在兩個(gè)獨(dú)立的工藝反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行——還原豎爐和熔融氣化爐。 在這個(gè)新工藝中，采用了兩個(gè)叫做Gimbal的創(chuàng)新加料系統(tǒng)(一個(gè)系統(tǒng)是向還原豎爐中裝入鐵礦爐料，另一個(gè)系統(tǒng)是向熔融氣化爐中裝入煤)。
Gimbal新型動(dòng)態(tài)布料器是一種計(jì)算機(jī)控制的高壓自動(dòng)加料系統(tǒng)，用戶(hù)可以將爐料加到料線(xiàn)上的任意點(diǎn)(中心、旋轉(zhuǎn)或環(huán)形、局部布料)，從而形成任何期望的爐料分布(圖1)。在布料過(guò)程中采用靈活精確的控制手段，嚴(yán)格控制布料的分布，不僅為操作人員提供了控制、影響和改善爐況的有效手段，而且提高了原料和能源的利用效率，減少了鋼鐵冶煉中的污染排放，為鋼鐵工業(yè)的成本控制提供了有效的手段，符合鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展新方向。
在設(shè)計(jì)這一新型布料器時(shí)，最大的困難在于如何使布料器料斗在給定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)期望的運(yùn)動(dòng)控制。為了達(dá)到液壓系統(tǒng)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制要求，設(shè)計(jì)方和傳動(dòng)與控制供應(yīng)商博世力士樂(lè)共同合作，完成了這個(gè)項(xiàng)目。
圖2 來(lái)自博世力士樂(lè)的MAC-8
在Gimbal新型動(dòng)態(tài)布料器的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，博世力士樂(lè)提供了全套液壓系統(tǒng)，使用高頻響方向閥和2個(gè)安裝有高精度位置傳感器的雙作用油缸來(lái)分別控制兩組連接圓錐形料斗的連桿機(jī)構(gòu)。油缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)巧妙的通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制料斗的偏斜角度和運(yùn)動(dòng)方向，從而產(chǎn)生幾乎任何所需的運(yùn)動(dòng)軌跡。
在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常由博世力士樂(lè)提供液壓產(chǎn)品，由主控機(jī)控制博世力士樂(lè)液壓部件，這種設(shè)計(jì)無(wú)法發(fā)揮各自強(qiáng)項(xiàng)。在Gimbal新型布料器的設(shè)計(jì)中，采用了新的設(shè)計(jì)思路，即由用戶(hù)控制工藝和參數(shù)，博世力士樂(lè)負(fù)責(zé)傳動(dòng)與控制，最終實(shí)現(xiàn)了完全滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)要求的運(yùn)動(dòng)控制，充分發(fā)揮了博世力士樂(lè)在傳動(dòng)控制方面的優(yōu)勢(shì)。而為布料器實(shí)現(xiàn)完美控制的，正是博世力士樂(lè)的運(yùn)動(dòng)控制器MAC-8。
來(lái)自博世力士樂(lè)的MAC-8(圖2)，是針對(duì)特別復(fù)雜的應(yīng)用而推出的創(chuàng)新型開(kāi)放式高端運(yùn)動(dòng)控制裝置，可根據(jù)客戶(hù)對(duì)液壓傳動(dòng)的具體要求進(jìn)行定制。 MAC-8可控制多達(dá)32個(gè)液壓系統(tǒng)和實(shí)時(shí)并聯(lián)的電子NC軸。控制裝置依照模塊化原則構(gòu)建，通過(guò)ProfibusDP或以太網(wǎng)與更高級(jí)別的控制裝置進(jìn)行通信，并經(jīng)由CANbus與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)進(jìn)行通信。對(duì)于可視化系統(tǒng)的接口，博世力士樂(lè)采用了OPC服務(wù)器和ActiveX中的標(biāo)準(zhǔn)化PC 技術(shù)。 在軟件中，博世力士樂(lè)考慮了液壓傳動(dòng)技術(shù)的獨(dú)有特征，因此便于將具有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)功能的液壓裝置集成到高級(jí)控制結(jié)構(gòu)中。
圖3 模塊化運(yùn)動(dòng)控制裝置MAC-8是由一個(gè)可控制4軸的主板卡和最多可達(dá)7個(gè)的從板卡組成，每個(gè)從板卡最多可控制4個(gè)軸
模塊化運(yùn)動(dòng)控制裝置MAC-8是由一個(gè)可控制4軸的主板卡和最多可達(dá)7個(gè)的從板卡組成，每個(gè)從板卡最多可控制4個(gè)軸。該控制裝置適用于獨(dú)立應(yīng)用環(huán)境以及互連系統(tǒng)內(nèi)的操作。在此情況下，經(jīng)由星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的以太網(wǎng)來(lái)處理幾個(gè)MAC-8控制裝置之間的交叉通信。能夠讓運(yùn)動(dòng)控制裝置以極高的質(zhì)量協(xié)調(diào)幾乎無(wú)限多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)(圖3)。
MAC-8是針對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)特別設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器，它可應(yīng)用在同步運(yùn)動(dòng)控制 、 插值運(yùn)動(dòng)控制、關(guān)聯(lián)軸控制、復(fù)雜的順序控制、復(fù)雜閉環(huán)控制等多種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合。Gimbal新型動(dòng)態(tài)布料器的運(yùn)動(dòng)控制中就主要使用了插值運(yùn)動(dòng)控制功能。當(dāng)多個(gè)液壓控制軸的運(yùn)動(dòng)之間具有相互特定關(guān)系時(shí)，就需要插值運(yùn)動(dòng)控制功能。即使運(yùn)動(dòng)的距離不同，各個(gè)軸總是能夠同時(shí)達(dá)到它們的目標(biāo)位置。通過(guò)采用衰減技術(shù)，不同距離的插補(bǔ)軸可以同時(shí)運(yùn)動(dòng)，甚至中間不需要停頓等待。MAC-8支持4個(gè)插補(bǔ)組，每組均可達(dá)32軸。在Gimbal新型動(dòng)態(tài)布料器的控制中，MAC-8可將基礎(chǔ)自動(dòng)化(Level 1)的控制指令通過(guò)控制軟件和液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成料斗的運(yùn)動(dòng)，并且可以預(yù)先設(shè)定運(yùn)動(dòng)模式，從而大大簡(jiǎn)化控制功能的實(shí)現(xiàn)。
圖4 MAC-8可提供預(yù)定義技術(shù)功能，極大減少了工程設(shè)計(jì)工作
在MAC-8中，博世力士樂(lè)將液壓領(lǐng)域的技術(shù)決竅與工業(yè)部門(mén)的豐富經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，通過(guò)提供預(yù)定義技術(shù)功能，極大地減少了工程設(shè)計(jì)工作(圖4)。在算法中保留了狀態(tài)、位 置、壓力/作用力、速度和同步控制等液壓閉環(huán)控制器的特性，并簡(jiǎn)化了自動(dòng)化過(guò)程。博世力士樂(lè)，這一眾多工業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)家，現(xiàn)已將MAC-8推廣至多種應(yīng)用環(huán)境， 除了壓機(jī)、鋼廠(chǎng)以外，在軋機(jī)技術(shù)、材料搬運(yùn)、測(cè)試技術(shù)和特種機(jī)械設(shè)備中也有廣泛應(yīng)用。
