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)，用戶可以將爐料加到料線上的任意點(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)商博世力士樂共同合作，完成了這個(gè)項(xiàng)目。
圖2 來自博世力士樂的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，通常由博世力士樂提供液壓產(chǎn)品，由主控機(jī)控制博世力士樂液壓部件，這種設(shè)計(jì)無法發(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，即由用戶控制工藝和參數(shù)，博世力士樂負(fù)責(zé)傳動(dòng)與控制，最終實(shí)現(xiàn)了完全滿足工藝生產(chǎn)要求的運(yùn)動(dòng)控制，充分發(fā)揮了博世力士樂在傳動(dòng)控制方面的優(yōu)勢。而為布料器實(shí)現(xiàn)完美控制的，正是博世力士樂的運(yùn)動(dòng)控制器MAC-8。
來自博世力士樂的MAC-8(圖2)，是針對(duì)特別復(fù)雜的應(yīng)用而推出的創(chuàng)新型開放式高端運(yùn)動(dòng)控制裝置，可根據(jù)客戶對(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)場級(jí)進(jìn)行通信。對(duì)于可視化系統(tǒng)的接口，博世力士樂采用了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)場總線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，博世力士樂將液壓領(lǐng)域的技術(shù)決竅與工業(yè)部門的豐富經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，通過提供預(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，并簡化了自動(dòng)化過程。博世力士樂，這一眾多工業(yè)領(lǐng)域的專家，現(xiàn)已將MAC-8推廣至多種應(yīng)用環(huán)境， 除了壓機(jī)、鋼廠以外，在軋機(jī)技術(shù)、材料搬運(yùn)、測試技術(shù)和特種機(jī)械設(shè)備中也有廣泛應(yīng)用。
