劉 濤 王成玉 甘繼業(yè)

(寶鋼股份有限公司煉鐵廠)

摘 要：文章介紹寶鋼四期焦爐電車的現(xiàn)狀，實施無人化改造的必要性，通過優(yōu)化設(shè)備，改進控制程序， 增加安全措施，目前已初步實現(xiàn)了電車的無人化運行。 

關(guān)鍵詞：焦爐；電車；無人化

寶鋼股份煉鐵廠煉焦分廠四期焦爐于 2012年 9月投產(chǎn)， 為2× 55 孔 7m復(fù)熱式焦爐，單集氣管，雙吸氣管 (不設(shè)吸氣彎管)，配套建設(shè) 3× 90t / h 干熄焦裝置，設(shè)計產(chǎn)能135 萬 t / a。焦爐配備裝煤車、 推焦車、 導(dǎo)焦車及電車各兩臺，為1 開 1 備使用，裝煤車將煤塔的煤送入焦爐各個炭化室，炭化室內(nèi)的焦炭成熟后用推焦車推出，經(jīng)導(dǎo)焦車導(dǎo)入到電車的焦罐內(nèi)，電車將裝滿紅焦的焦罐運送至干熄焦的牽引裝置中，再將放空紅焦的空焦罐從干熄焦的牽引裝置中接出。每臺生產(chǎn)車輛每班配有 1名操作人員，依靠人工駕駛通過畫面及手柄、 按鈕等操作車輛，通過車輛對講系統(tǒng)進行車輛之間的協(xié)同作業(yè)。由于焦爐的環(huán)境和工藝連續(xù)性特征，每幾分鐘就要出爐焦，駕駛?cè)藛T勞動強度非常大。 

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及改造必要性

寶鋼四期焦爐電車由一個拖行車與兩個焦罐車組成，在電車軌道上行駛，電車將空焦罐從牽引處接出，然后將空焦罐送至導(dǎo)焦車下方，待接好紅焦后再將紅焦罐送入牽引。

電車采用人工操作，操作人員根據(jù)下達的出爐計劃作業(yè)，車輛走行、 對位、 焦罐的接送和旋轉(zhuǎn)等均為人工手動進行，特別是車輛對位工作全部由肉眼判斷完成，操作難度極， 由于移動機械作業(yè)頻繁，員工勞動強度高，且長期重復(fù)作業(yè)， 容易發(fā)生誤操作等事故，危及安全生產(chǎn)。

為提高設(shè)備自動化水平，減少車輛駕駛?cè)藛T 并降低勞動強度，探索更好的設(shè)備運維模式，寶鋼煉鐵廠自主探索對四期焦爐電車進行了無人化改造。 

2 改造實施

2.1實施步驟

結(jié)合寶鋼四期焦爐的生產(chǎn)現(xiàn)狀，為了不影響正常生產(chǎn)， 改造基本都在線進行，改造過程分以下幾個階段:

第一階段: 完善電車的半自動作業(yè)功能，能夠通過畫面一鍵操作進行接焦罐、 送焦罐、 旋轉(zhuǎn)接焦和走行等， 增加防碰撞檢測裝置、 隔離欄桿等確保人員及設(shè)備安全。 

第二階段: 開發(fā)電車全自動作業(yè)功能，根據(jù)正常情況下電車的作業(yè)邏輯編制全自動作業(yè)程序， 電車按照通訊下發(fā)的出爐計劃作業(yè)，實現(xiàn)電車在駕駛?cè)藛T值守的情況下自動運行。 

第三階段: 對駕駛?cè)藛T值守中發(fā)現(xiàn)的問題進行改進優(yōu)化，驗證全自動運行的可靠性和重復(fù)性，在全自動能可靠有效運行的基礎(chǔ)上， 優(yōu)化相應(yīng)的運行維護管理制度，最終實現(xiàn)無人化的可靠運行。 

2.2實施條件

為了實現(xiàn)電車全自動無人操作的目標，要求設(shè)備能夠長期有效可靠地運行，就要滿足以下條件:

(1) 對電車的動態(tài)位置進行準確檢測及精確控制走行，同時電車與中央控制室之間有高效可靠的數(shù)據(jù)通信。

(2) 電車有完善的安全監(jiān)測及保障措施，如: 安全防碰撞系統(tǒng)，安全監(jiān)控和封閉措施等。

(3) 通過多種傳感器對電車各功能模塊進行檢測，對關(guān)鍵信號進行冗余檢測分析，確保其正確穩(wěn)定。 

(4) 在全自動無人作業(yè)期間要有相應(yīng)的生產(chǎn)巡檢，設(shè)備點檢維修標準，加強對關(guān)鍵設(shè)備的管控，實行周期管理，落實重點部位的預(yù)防性維修，減少直至消除設(shè)備故障對無人化運行的影響。 

2.3改造內(nèi)容

為了實現(xiàn)電車的無人化運行， 技術(shù)人員做了如下改進:

(1) 走行精準對位

電車采用旋轉(zhuǎn)編碼器加上碼牌對位的方式控制車輛的走行。 旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電車車輪上，反饋的數(shù)據(jù)為電車的當前走行位置數(shù)據(jù)。當車輛走行時車輪旋轉(zhuǎn)帶動編碼器轉(zhuǎn)動，通過編碼器的數(shù)據(jù)變化反饋出車輛的走行位置變化。每一個爐號位置都裝有一塊對應(yīng)爐號的碼牌，每塊碼牌對應(yīng)一個定義好的位置數(shù)據(jù)。 當車輛上的碼牌閱讀頭與目標爐號位置的碼牌精準對位后， 就會將該碼牌對應(yīng)的位置數(shù)據(jù)寫入到旋轉(zhuǎn)編碼器的位置數(shù)據(jù)中，對編碼器的位置數(shù)據(jù)進行校正，消除旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)誤差。 電車在走行時會將目標位置的位置數(shù)據(jù)值與當前位置的位置數(shù)據(jù)進行比較，計算一個差值，這個差值反映的是車輛與目標之間的距離數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這個距離數(shù)據(jù)來確定車輛的走行方向及速度。在走行過程中隨著距離數(shù)據(jù)的變化來不斷調(diào)節(jié)走行速度，距離遠時速度快， 距離近時速度慢。為了實現(xiàn)電車的動態(tài)位置準確檢測及走行精確控制，必須要確保編碼器能準確地反饋電車的走行距離，除各種因素對旋轉(zhuǎn)編碼器測量數(shù)據(jù)的影響。 通過改進旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝方式，優(yōu)化車輛走行控制的參數(shù)，減少了車輛走行過程中的振動，提高了走行平穩(wěn)性，還消除了車輛振動、 打滑和車輪磨損等因素對編碼器測量數(shù)據(jù)的影響。確保了編碼器數(shù)據(jù)的準確性，由于受到爐體膨脹變形的影響，碼牌對應(yīng)的爐號位置會逐漸發(fā)生變化，為了確保碼牌位置的準確性，技術(shù)人員對碼牌進行周期性的校正。 另外，雨天時軌道摩擦系數(shù)降低導(dǎo)致摩擦力下降，為了避免車輛減速時因車輪打滑導(dǎo)致不能正常減 速到位，發(fā)生車輛沖過目標位的現(xiàn)象，技術(shù)人員開發(fā)了雨天模式，通過調(diào)節(jié)電車的走行參數(shù)，使電車在雨天平穩(wěn)運行。經(jīng)過上述改進，確保了電車編碼器顯示正確， 目標位置準確，走行不沖過頭，實現(xiàn)了走行的精確到位。 

(2) 防碰撞

為了確保電車工作區(qū)域的人身安全，防止無關(guān)人員闖入電車工作區(qū)域，將電車工作區(qū)域封閉，提示無關(guān)人員禁止入內(nèi)。另外在原有的編碼器數(shù)據(jù)防碰撞基礎(chǔ)上，新增強制減速停車裝置，當檢測到電車距離軌道端臺達到預(yù)設(shè)的減速距離后對當前速度進行判斷，若速度超過設(shè)定值則控制車輛減速，確保走行速度不超過設(shè)定值；當電車距離軌道端臺達到設(shè)定的停止距離后則控制車輛停車，防止電車發(fā)生碰撞風(fēng)險，確保走行安全。 

(3) 全自動程序開發(fā)

由于缺乏對電車拖行車焦罐內(nèi)有無焦炭的檢測功能， 技術(shù)人員開發(fā)了全新的全自動控制畫面用于設(shè)定焦罐初始狀態(tài)。自動模式的投入與取消、 顯示出爐計劃、 顯示當前工作步驟、 顯示其他車輛的工作狀態(tài)等功能。當完成電車的初始狀態(tài)設(shè)定并投入自動模式后，車輛將自動進行作業(yè)。如選擇使用的焦罐車上為空焦罐時，則判斷為去接紅焦，將通訊傳輸過來的下一個推焦爐號作為走行目標控制車輛走行至接焦爐號。當收到推焦車的開門信號后即開始自動進行焦罐的旋轉(zhuǎn)，當推焦完成后停止焦罐旋轉(zhuǎn)并鎖定，然后根據(jù)判斷牽引處的焦罐有無情況，選擇沒有焦罐的牽引作為目標位置進行走行，到達牽引位置后就自動將紅焦罐送入，待送入完成后再將使用的焦罐車切換為另一個焦罐車，然后走行目標設(shè)定為另一個牽引，走行至另一個牽引處開始接空焦罐，接好空罐后再去接紅焦，后面周而復(fù)始地按照這個邏輯進行動作直至計劃爐號全部完成。由于自動程序必須有通訊傳遞的數(shù)據(jù)才能正常工作，所以只有通訊正常時才能使用自動模式，如通訊發(fā)生中斷將會馬上取消自動模式，車輛也會停止動作。 

考慮到電車拖行車以及干熄焦牽引系統(tǒng)因故障及檢修導(dǎo)致的停用，為了提高車輛使用效率，減少出爐作業(yè)影響，在使用兩個拖車及兩個牽引的工作模式基礎(chǔ)上還開發(fā)了單拖車配合雙牽引、雙拖車配合單牽引的全自動控制模式。這些模式可以在全自動畫面上進行選擇切換， 也可以在某個牽引或者拖車需要停用時通過人工進行確認，然后選擇合適的模式控制車輛進行全自動運行。 

(4) 通訊

電車是根據(jù)通訊下發(fā)的出爐計劃進行作業(yè)的，必須要確保計劃下達的準確性及可靠性，技術(shù)人員梳理了 L2 系統(tǒng)下發(fā)計劃的方式，結(jié)合目前倒班作業(yè)的方式進行了優(yōu)化，確保在每次交接班后能正常刷新工作計劃，同時還將電車與其他車輛之間的傳輸信號進行了檢查校對，確保電車能正確地得到其他車輛的工作狀態(tài)信號， 也讓其他車輛能了解電車的工作狀態(tài)，然后根據(jù)遠程監(jiān)視與控制的需要，額外新增了電車的遠程全自動投入及取消、 焦罐狀態(tài)、 牽引狀態(tài)、 走行模式和故障報警等內(nèi)容，方便人員監(jiān)控。 

(5) 檢測

為了能更加可靠地讓電車無人化運行，消除運行中因無檢測元件或檢測元件信號異常導(dǎo)致的問題，技術(shù)人員新增了檢測功能，對電車運行中的關(guān)鍵信號增設(shè)了冗余檢測分析，例如電車的走行數(shù)據(jù)信號，，新增一個編碼器與原有的編碼器進行比對校驗，當差值達到一定程度后即判定出現(xiàn)異常，停止電車的自動運行，并顯示報警通知人員來處理，通過這些新增的檢測功能，技術(shù)人員能更好地把控電車的運行狀態(tài)把控，提高電車運行的可靠性。

3 結(jié)語

截至目前，寶鋼四期焦爐電車經(jīng)過不斷完善現(xiàn)場設(shè)備功能精度，優(yōu)化控制程序，已經(jīng)實現(xiàn)了電車的無人化運行，且運行狀況穩(wěn)定良好。