燃料系统上物理机器人技术的研究与应用

燃料系统上物理机器人技术的研究与应用

刘名声，杨占海，尚志强，胡永哲，张健，张斌

内蒙古大板发电有限责任公司 内蒙古赤峰 024000

摘要:给煤机是电厂控制中的重要设备，其运行关键在于计量的精确和正确的控制进入炉膛的燃料量，传统形式的给煤机暴露出测量和控制方式回路复杂、故障率高、维护工作量大、等一系列问题，影响了机组安全生产运行，所以研发燃料系统上物理机器人技术的应用及方法是有必要的。

关键词：给煤机；计量精确；控制回路；运用研究

1主要研究内容

1.1机械臂的模型

机械臂的工作是由控制器指挥的，关节在每个位置的参数是预先记录好的。当机械臂执行工作任务的时候，控制嚣给出记录好的位置数据，使机械臂按照预定的位置序列运动。机械臂的平动或转动是由关节电机控制关节的位移或转角，其间并不涉及到控制力或控制力矩的大小，这是机械臂控制的一种传统方法，我们也称之为运动学控制。在这里建立机械臂的运动学模型的目的是为动力学建模提供各臂之间的几何关系和运动关系。

1.2机器人运动学

建立各运动构件与末端执行器空间的位置、姿态之间的关系，为运动控制提供分析的手段和方法。机器人运动学包括两类问题：

（1）运动学正问题

给定机器人手臂、腕部等构件的几何参数及连接各构件运动的关节变量求机器人末端执行器对于参考坐标系的位姿。

（2）运动学逆问题

已知机器人各构件的几何参数和机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态，求解是否存在实现这个位姿的关节变量。

1.3求解及控制机械臂

对于求得的各关节角变量的表达式用MATLAB语言编写对应的程序，在已知末端要到达的位置时可以求出具体的数值。通常六自由度会有8组反解，在考虑机械结构的限制、关节奇异点、路径最短等情况下只选取一组解。再把这组解的表达式编入程序中。在给出要到达的位姿后，程序算出各关节角。得到关节角后就可以控制机械臂动作。

2 项目拟解决的技术难点、创新点、现有研究基础

2.1 拟解决的技术难点

工业机器人运动控制技术：作为工业机器人不可或缺的一部分，运动控制对工业机器人的行为有着强大的制约作用。工业机器人的运动控制技术的实现，主要有硬件和软件两个方面。一方面，硬件结构的运动系统主要包括PC总线系统和VME总线系统。另一方面，软件方式实现的运动控制主要在硬件结构的基础之上，在这个基础之上，通过软件控制技术来实现相应的软件控制。在运动控制的过程中，运动控制的逻辑运算主要通过软件内核来完成，而信息和数据的加载要借助于硬件。工业机器人的运动控制，通过软件和硬件结构共同作用，从而保证工业机器人运动的稳定性和快响应。

智能自动挂码实现远程校验标定：标定功能主要是通过砝码来校正给煤机测量误差；通过现场机器人配合，实现校验的自动化，通过校验生成给煤机煤量计算的各项参数，可以定期进行砝码验证，确保煤量的准确测量。

2.2 创新点

2.2.1定制设计机械臂运动结构

华电给煤机与常用的STOCK给煤机相比较，在空间方面皮带上空间偏小，人孔大，离入煤口距离偏近；根据现场实际，寻支点位置，在狭窄内部空间创新设计锥形旋转机构：定制设计机械臂运动结构，定制设计的机械臂来实现标定砝码的挂码及卸码工作。

2.2.2定制专用驱动设备

高精度减速机是工业机器人的核心组件，其中，高精度减速机技术主要目的是帮助工业机器人实现减速。工业机器人的动力源主要是伺服电机，它可以通过自身进行调速，但是为了工业机器人可以实现工序的高精度，就需要高精度减速机的助力。对工业机器人的控制方面，电机和高精度伺服驱动器的技术起着极其重要的作用。通过这种技术可以强化对控制系统的管理，主要是在瞬间力和功率输出两个方面。

2.2.3设计物理机器人的精准控制系统

工业机器人的核心就是其控制系统，在人工智能时代，工业机器人这一特点同样存在。机器人的运动控制，通过软件和硬件结构共同作用，从而保证工业机器人运动的稳定性和快响应。机器人运动控制技术：作为机器人不可或缺的一部分，运动控制对工业机器人的行为有着强大的制约作用；在硬件结构的基础之上，通过软件控制技术来实现相应的软件控制；在运动控制的过程中，运动控制的逻辑运算主要通过软件内核来完成，而信息和数据的加载要借助于硬件；在狭窄内部空间实现自动挂卸码，需要定制设计物理机器人的精准控制系统。

2.2.4智能自动挂码，实现远程校验

根据狭窄的现场，定制机械臂、定制驱动电机和核心控制系统共同组成物理机器人，用于标准砝码的加码或卸码。通过现场物理机器人配合，实现校验的自动化，通过校验生成给煤机煤量计算的各项参数，可以定期进行砝码验证，确保煤量的准确测量。

2.2.5给煤量闭环控制

改变了给煤量的采集和数据处理方式，给煤量实现DCS测量、计算和控制；DCS系统进行煤量计算和标定等逻辑运算；通过自动挂码远程校验生成给煤机煤量计算的各项参数，计算出准确的实时煤量；给煤量计算准确后，给煤机电机转速与煤量实现DCS闭环控制。

3 项目效益及应用转化前景预测

3.1 经济效益

（1）减少了故障点，大大降低了故障率，避免因设备故障停运而影响机组出力的事件发生。

（2）节约生产运行成本：人力成本、备品备件成本及其他：

节约人力成本：原系统每年约需要校验24次，每次需要3人，每次校验平均约4小时，总计人工288工时；本项目创新后系统只需要运行人员或校验人员在画面点几下，即每次只需1人，约1小时，总计不高于24工时，节约了90%的人力；人工按照100元/工时计算，年可节省2.64万元；2台给煤机年可节省5.28万元人工费用；

节约备品备件成本：原系统每年约需要更换电源板、主板、反馈板等；年可节省约2万元备品备件；

节约隐形成本：创新研发可以提高设备运行的可靠性和安全性。原系统运行多年来，各地电厂都时常有发生因电压波动，堵煤，转速测量故障，皮带撕裂等造成的给煤机非计划停运；此外，因机械和控制原因导致的计量不准或反馈波动更加频繁。这些隐形的损失虽然无法计量，但亦不容忽视。

3.2 社会效益

（1）本项目属于节能降耗项目，对于节约能源、提高经济效益及保证设备安全生产都有着重大意义。

国家对节能减排要求也日益提高。超大型机组对电厂经济、高效的运行提出了更高的要求，而电子称重式给煤机的应用将使发电厂锅炉的煤炭燃烧效率显著提高，从而大大提高了能源的使用效率。通过科技创新方案实施，能解决给煤机给煤量不准确的难点，特别是600MW甚至1000MW以上的超大型机组每个生产日的煤炭消耗量巨大，对于这些大型机组产生的经济效益将更为显著。

通过科技创新方案实施，采用DCS控制给煤系统，不仅简单方便，而且可靠性提高。维护费用将为原来的5%，维护简单，测量可靠实用。可为国内所有的称重给煤机创新提供技术参考。

（2）本项目的应用推广对工业机器人的智能化有着极其重要的作用发展有促进作用；人工智能时代的工业机器人也将会朝着这个方向，不断完善其融合配置技术。

3.3 应用转化前景

总而言之，工业机器人是多传感器的融合配置技术融合的产物，在提高工业生产的效率方面起着重要的作用，尤其在人工智能时代，工业机器人将会有着更令人难以想象的发展潜力。对于国家和企业来说，推进人工智能时代的工业机器人的发展将会极大地提高社会效益，因而无论是国家，还是企业，利用人工智能技术，大力投入工业机器人技术研发将会推动社会更快、更好发展。