Development of an industrial HMI system for smelt spout robot

Abstract

Smelt spouts are an essential part of recovery boiler operation, where inorganic chemicals are recycled and electricity is simultaneously produced. Molten smelt, formed in the furnace, flows through the smelt spouts into the dissolving tank. The continuous flow causes smelt to accumulate on the spout surfaces, requiring regular cleaning tasks traditionally performed manually by operators.

Because this work is physically demanding and particularly hazardous, Valmet Technologies has developed a smelt spout cleaning robot to automate the process. The robot is based on a six-axis industrial manipulator that can travel along a linear track when required.

Despite the high level of automation, issues or malfunctions occasionally require operators to manually jog the robot using the teach pendant. The teach pendant interface is complex and rarely used, making manual operation challenging, time-consuming, and prone to errors. During normal recovery boiler operation, manual jogging also exposes operators to significant safety risks, as molten chemicals may splash onto the smelt spout deck.

This master’s thesis investigates potential improvements to the robot’s control system. Conducted as a case study, the research focuses on enhancing usability and operational safety through the implementation of a touchscreen-based human–machine interface.

Sularännit ovat keskeinen osa soodakattilan toimintaa, jossa epäorgaaniset kemikaalit kierrätetään ja samalla tuotetaan sähköä. Soodakattilan reaktioiden tuloksena syntyvä sula virtaa tulipesän alueelta sularännien kautta liuotussäiliöön. Jatkuva sulavirtaus aiheuttaa kovettuneen sulan kertymistä rännien seinämiin, minkä vuoksi sularännit on puhdistettava säännöllisesti. Tämä työ on perinteisesti tehty käsin, mikä altistaa operaattorit merkittäville fysikaalisille ja kemiallisille riskeille.

Näiden vaarojen vähentämiseksi Valmet Technologies on kehittänyt sularännien puhdistukseen tarkoitetun robotin. Robotti perustuu kuusiakseliseen teollisuusmanipulaattoriin, joka voi tarvittaessa liikkua lineaariradalla. Vaikka puhdistusprosessi on pitkälti automatisoitu, robotin häiriötilanteet edellyttävät toisinaan manuaalista ajoa. Manuaalinen ajo suoritetaan opetusyksiköllä, jonka käyttöliittymä on monimutkainen ja harvoin käytetty, mikä tekee sen käytöstä haastavaa ja virhealtista. Lisäksi manuaalinen ajo altistaa operaattorit suuremmille turvallisuusriskeille, sillä sula voi roiskua rännien ulkopuolelle.

Tämä opinnäytetyö tutkii mahdollisuuksia parantaa robotin ohjausjärjestelmää. Tapaustutkimuksena toteutettu työ keskittyy käytettävyyden ja turvallisuuden parantamiseen toteuttamalla robotille kosketusnäyttöön perustuva käyttöliittymä.