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?fàn)t電車的現(xiàn)狀，實(shí)施無人化改造的必要性，通過優(yōu)化設(shè)備，改進(jìn)控制程序， 增加安全措施，目前已初步實(shí)現(xiàn)了電車的無人化運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：焦?fàn)t；電車；無人化
寶鋼股份煉鐵廠煉焦分廠四期焦?fàn)t于 2012年 9月投產(chǎn)， 為2× 55 孔 7m復(fù)熱式焦?fàn)t，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(jì)產(chǎn)能135 萬 t / a。焦?fàn)t配備裝煤車、 推焦車、 導(dǎo)焦車及電車各兩臺(tái)，為1 開 1 備使用，裝煤車將煤塔的煤送入焦?fàn)t各個(gè)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(yùn)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(tái)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(jìn)行車輛之間的協(xié)同作業(yè)。由于焦?fàn)t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(dòng)強(qiáng)度非常大。
1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及改造必要性
寶鋼四期焦?fàn)t電車由一個(gè)拖行車與兩個(gè)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(dá)的出爐計(jì)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(dòng)進(jìn)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(dòng)機(jī)械作業(yè)頻繁，員工勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)化水平，減少車輛駕駛?cè)藛T 并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，探索更好的設(shè)備運(yùn)維模式，寶鋼煉鐵廠自主探索對四期焦?fàn)t電車進(jìn)行了無人化改造。
2 改造實(shí)施
2.1實(shí)施步驟
結(jié)合寶鋼四期焦?fàn)t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(jìn)行，改造過程分以下幾個(gè)階段:
第一階段: 完善電車的半自動(dòng)作業(yè)功能，能夠通過畫面一鍵操作進(jìn)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(dòng)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(dòng)作業(yè)程序， 電車按照通訊下發(fā)的出爐計(jì)劃作業(yè)，實(shí)現(xiàn)電車在駕駛?cè)藛T值守的情況下自動(dòng)運(yùn)行。
第三階段: 對駕駛?cè)藛T值守中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，驗(yàn)證全自動(dòng)運(yùn)行的可靠性和重復(fù)性，在全自動(dòng)能可靠有效運(yùn)行的基礎(chǔ)上， 優(yōu)化相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)管理制度，最終實(shí)現(xiàn)無人化的可靠運(yùn)行。
2.2實(shí)施條件
為了實(shí)現(xiàn)電車全自動(dòng)無人操作的目標(biāo)，要求設(shè)備能夠長期有效可靠地運(yùn)行，就要滿足以下條件:
(1) 對電車的動(dòng)態(tài)位置進(jìn)行準(zhǔn)確檢測及精確控制走行，同時(shí)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(jìn)行檢測，對關(guān)鍵信號進(jìn)行冗余檢測分析，確保其正確穩(wěn)定。
(4) 在全自動(dòng)無人作業(yè)期間要有相應(yīng)的生產(chǎn)巡檢，設(shè)備點(diǎn)檢維修標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對關(guān)鍵設(shè)備的管控，實(shí)行周期管理，落實(shí)重點(diǎn)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(yùn)行的影響。
2.3改造內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)電車的無人化運(yùn)行， 技術(shù)人員做了如下改進(jìn):
(1) 走行精準(zhǔn)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(dāng)前走行位置數(shù)據(jù)。當(dāng)車輛走行時(shí)車輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，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(gè)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(gè)定義好的位置數(shù)據(jù)。 當(dāng)車輛上的碼牌閱讀頭與目標(biāo)爐號位置的碼牌精準(zhǔn)對位后， 就會(huì)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(jìn)行校正，消除旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)誤差。 電車在走行時(shí)會(huì)將目標(biāo)位置的位置數(shù)據(jù)值與當(dāng)前位置的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算一個(gè)差值，這個(gè)差值反映的是車輛與目標(biāo)之間的距離數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這個(gè)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(yuǎn)時(shí)速度快， 距離近時(shí)速度慢。為了實(shí)現(xiàn)電車的動(dòng)態(tài)位置準(zhǔn)確檢測及走行精確控制，必須要確保編碼器能準(zhǔn)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(jìn)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(dòng)，提高了走行平穩(wěn)性，還消除了車輛振動(dòng)、 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(zhǔn)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(huì)逐漸發(fā)生變化，為了確保碼牌位置的準(zhǔn)確性，技術(shù)人員對碼牌進(jìn)行周期性的校正。 另外，雨天時(shí)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(shí)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(biāo)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(yùn)行。經(jīng)過上述改進(jìn)，確保了電車編碼器顯示正確， 目標(biāo)位置準(zhǔn)確，走行不沖過頭，實(shí)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(qiáng)制減速停車裝置，當(dāng)檢測到電車距離軌道端臺(tái)達(dá)到預(yù)設(shè)的減速距離后對當(dāng)前速度進(jìn)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(dāng)電車距離軌道端臺(tái)達(dá)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(xiǎn)，確保走行安全。
(3) 全自動(dòng)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(dòng)控制畫面用于設(shè)定焦罐初始狀態(tài)。自動(dòng)模式的投入與取消、 顯示出爐計(jì)劃、 顯示當(dāng)前工作步驟、 顯示其他車輛的工作狀態(tài)等功能。當(dāng)完成電車的初始狀態(tài)設(shè)定并投入自動(dòng)模式后，車輛將自動(dòng)進(jìn)行作業(yè)。如選擇使用的焦罐車上為空焦罐時(shí)，則判斷為去接紅焦，將通訊傳輸過來的下一個(gè)推焦?fàn)t號作為走行目標(biāo)控制車輛走行至接焦?fàn)t號。當(dāng)收到推焦車的開門信號后即開始自動(dòng)進(jìn)行焦罐的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)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(biāo)位置進(jìn)行走行，到達(dá)牽引位置后就自動(dòng)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(gè)焦罐車，然后走行目標(biāo)設(shè)定為另一個(gè)牽引，走行至另一個(gè)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(gè)邏輯進(jìn)行動(dòng)作直至計(jì)劃爐號全部完成。由于自動(dòng)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(shí)才能使用自動(dòng)模式，如通訊發(fā)生中斷將會(huì)馬上取消自動(dòng)模式，車輛也會(huì)停止動(dòng)作。
考慮到電車拖行車以及干熄焦?fàn)恳到y(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(gè)拖車及兩個(gè)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(dòng)控制模式。這些模式可以在全自動(dòng)畫面上進(jìn)行選擇切換， 也可以在某個(gè)牽引或者拖車需要停用時(shí)通過人工進(jìn)行確認(rèn)，然后選擇合適的模式控制車輛進(jìn)行全自動(dòng)運(yùn)行。
(4) 通訊
電車是根據(jù)通訊下發(fā)的出爐計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)的，必須要確保計(jì)劃下達(dá)的準(zhǔn)確性及可靠性，技術(shù)人員梳理了 L2 系統(tǒng)下發(fā)計(jì)劃的方式，結(jié)合目前倒班作業(yè)的方式進(jìn)行了優(yōu)化，確保在每次交接班后能正常刷新工作計(jì)劃，同時(shí)還將電車與其他車輛之間的傳輸信號進(jìn)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(yuǎn)程監(jiān)視與控制的需要，額外新增了電車的遠(yuǎn)程全自動(dòng)投入及取消、 焦罐狀態(tài)、 牽引狀態(tài)、 走行模式和故障報(bào)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(yùn)行，消除運(yùn)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(yùn)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(gè)編碼器與原有的編碼器進(jìn)行比對校驗(yàn)，當(dāng)差值達(dá)到一定程度后即判定出現(xiàn)異常，停止電車的自動(dòng)運(yùn)行，并顯示報(bào)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(yùn)行狀態(tài)把控，提高電車運(yùn)行的可靠性。
3 結(jié)語
截至目前，寶鋼四期焦?fàn)t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(shí)現(xiàn)了電車的無人化運(yùn)行，且運(yùn)行狀況穩(wěn)定良好。