摘 要

伴随着国内钢铁工业的起步和升级，无缝连铸技术的重要性不断被提高。随之而来的，是对保护渣加入技术的要求愈发严苛。显而易见的，人工加渣已然无法满足工业生产的需求。因此，自动加渣机器人的出现就显得非常及时。自动加渣技术对于生产者的保护和对于加渣量的精确控制都让手动加渣难以企及。

库卡机器人公司经过多年的发展已然成为国际知名的机器人公司。在自动加渣方面，库卡机器人的运用非常广泛，因此我们在本次设计中选用库卡机器人系统作为实验平台。

在控制主体上，根据设计要求选用西门子S7-1500系列中的CPU1516-3 PN进行与机器人的信息交互。并在此基础上完成整体设计。最终完成程序编辑和仿真。

关键词：自动加渣技术；库克工业机器人；S7-1500PLC

Abstract

With the start and upgrading of domestic iron and steel industry, the importance of seamless continuous casting technology has been continuously improved. Accompanied by this, the requirement of powder addition technology becomes more and more stringent. Obviously, manual slagging has been unable to meet the needs of industrial production. Therefore, the emergence of automatic slagging robot is very timely. Automatic slagging technology for the protection of producers and the accurate control of slag dosage make manual slagging difficult to achieve.

After years of development, Kuka Robot Company has become an internationally renowned robot company. In the aspect of automatic slag filling, the Kuka robot is widely used, so we choose the Kuka robot system as the experimental platform in this design.

On the control body, according to the design requirements, the CPU1516-3 PN of Siemens S7-1500 series is selected to interact with the robot information. On this basis, complete the overall design. Finally, program editing and simulation are completed.

Key Words：Automatic Slag Adding Technology; Cook Industrial Robot; S7-1500 PLC

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 研究目的和主体思路 2

1.2.1研究目的 2

1.2.2主体思路 3

1.3自动加渣机器人研究现状和发展趋势 3

1.4本文主要内容 5

第 2 章 设计方案和思路 6

2.1设计方案 6

2.2 KUKA工业机器人简介 6

2.3 KUKA机器人运动原理和基本参数 8

2.4 K8人机界面介绍 11

2.5 ProfiNet总线通讯简介 12

2.6 西门子S7-1500系统简介 13

2.7硬件选型 14

2.7.1西门子CPU1516-3 PN简介 15

2.7.2 KUKA机器人KR30-3 F简介 15

第3章 程序设计 17

3.1系统拓扑图 16

3.2系统流程图 17

3.3西门子PLC ProfiNet总线配置 19

3.4机器人端配置ProfiNet 19

3.5机器人端IO配对 20

3.6配置机器人外部自动信号 21

3.7机器人外部自动程序 22

第4章 结论与展望 24

4.1 心得体会与结论 24

4.2 我的展望 26

参考文献 27

附录 28

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

保护渣是指在钢铁加工的连铸过程中所用到的用以隔绝氧气使钢液不会二次氧化，同时减少钢液热量的损耗以达到保温的效果。保护渣在加入钢液后，可以将非金属杂质吸附和溶解以减少钢液中杂质的含量。并且由于结晶器壁和坯壳之间存在较大摩擦会导致液渣供应不流畅，因此保护渣这结晶器壁和坯壳之间可形成一层液渣层，可显著减小摩擦力。因为上述优点，导致现在的钢铁生产工艺离不开保护渣的加入。

最开始使用的人工加渣技术存在很多的问题，首先是人工加渣的加渣量无法保持稳定，保护渣的保护效果无法保证。其次，钢水的温度非常高，对加渣工人的安全来说存在较大的隐患。同时，人工加渣会影响连铸过程的工作效率，影响产品质量。

因为上述原因，自动加渣技术应运而生。自动加渣技术相比于人工加渣有很多的优势。其一，自动加渣技术不会打破保护渣的物理平衡，能使其保持稳定；其二，自动加渣技术可以控制加入保护渣的速度和量，能做到均匀添加，这样结晶器里的保护渣层会分布相对均匀，有利于提高连铸坯的质量；其三，自动加渣技术运用自动加渣机器人，可以在电脑端进行控制，因此操作和维护都相对简单，维护所产生的费用也比较低廉；其四，自动加渣机是独立于连铸机的一套系统，有其单独的运转方式，不会影响连铸机正常工作；其五，如上所述，可以避免人工操作所存在的安全隐患，减少人工操作强度；其六，由于自动加渣系统的稳定和可控性，所以在生产过程中产生的浪费非常有限，大大节约了生产成本；其七，自动加渣机的加渣流程是不需要与外界接触的，因此可以避免保护渣飘散到空气中污染环境，减少对工厂工人身体的伤害。基于以上种种优点，所以现在的自动加渣机器人已经大面积取代了人工加渣成为了新的主流。

正因如此，自动加渣技术飞速发展。自动加渣机的工作原理分为几种。

首先是重力式加渣机。其特点是通过重力的牵引将保护渣引入结晶器。重力式拥有的最大优势就是结构简单，便于设计和制造。缺点也非常明显保护渣所需要的用于保持流动的拐角在垂直的空间里难以有充足的位置安放。同时，由于存放保护渣的仓体需要通过人力来填满，因此在更换时的设计及操作程序相对复杂。

其次是机械式加渣机。其技术核心是螺旋送料，通过安放的数量较多的可移动进料管，能在同一时间对不同的地点进行布料。这种技术可以让加料均匀且可控，是一种很可靠的加渣机。其主要缺点是会占用结晶器周围的大片空间，使其周围没有位置安放其他装置。