劉 濤 王成玉 甘繼業
(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狀，實施無人化改造的必要性，通過優化設備，改進控制程序， 增加安全措施，目前已初步實現了電車的無人化運行。
關鍵詞：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， 為2× 55 孔 7m復熱式焦爐，單集氣管，雙吸氣管 (不設吸氣彎管)，配套建設 3× 90t / h 干熄焦裝置，設計產能135 萬 t / a。焦爐配備裝煤車、 推焦車、 導焦車及電車各兩臺，為1 開 1 備使用，裝煤車將煤塔的煤送入焦爐各個炭化室，炭化室內的焦炭成熟后用推焦車推出，經導焦車導入到電車的焦罐內，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，通過車輛對講系統進行車輛之間的協同作業。由于焦爐的環境和工藝連續性特征，每幾分鐘就要出爐焦，駕駛人員勞動強度非常大。
1 生產現狀及改造必要性
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，操作人員根據下達的出爐計劃作業，車輛走行、 對位、 焦罐的接送和旋轉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， 由于移動機械作業頻繁，員工勞動強度高，且長期重復作業， 容易發生誤操作等事故，危及安全生產。
為提高設備自動化水平，減少車輛駕駛人員 并降低勞動強度，探索更好的設備運維模式，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
結合寶鋼四期焦爐的生產現狀，為了不影響正常生產， 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功能，能夠通過畫面一鍵操作進行接焦罐、 送焦罐、 旋轉接焦和走行等， 增加防碰撞檢測裝置、 隔離欄桿等確保人員及設備安全。
第二階段: 開發電車全自動作業功能，根據正常情況下電車的作業邏輯編制全自動作業程序， 電車按照通訊下發的出爐計劃作業，實現電車在駕駛人員值守的情況下自動運行。
第三階段: 對駕駛人員值守中發現的問題進行改進優化，驗證全自動運行的可靠性和重復性，在全自動能可靠有效運行的基礎上， 優化相應的運行維護管理制度，最終實現無人化的可靠運行。
2.2實施條件
為了實現電車全自動無人操作的目標，要求設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據通信。
(2) 電車有完善的安全監測及保障措施，如: 安全防碰撞系統，安全監控和封閉措施等。
(3) 通過多種傳感器對電車各功能模塊進行檢測，對關鍵信號進行冗余檢測分析，確保其正確穩定。
(4) 在全自動無人作業期間要有相應的生產巡檢，設備點檢維修標準，加強對關鍵設備的管控，實行周期管理，落實重點部位的預防性維修，減少直至消除設備故障對無人化運行的影響。
2.3改造內容
為了實現電車的無人化運行， 技術人員做了如下改進:
(1) 走行精準對位
電車采用旋轉編碼器加上碼牌對位的方式控制車輛的走行。 旋轉編碼器安裝在電車車輪上，反饋的數據為電車的當前走行位置數據。當車輛走行時車輪旋轉帶動編碼器轉動，通過編碼器的數據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爐號的碼牌，每塊碼牌對應一個定義好的位置數據。 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， 就會將該碼牌對應的位置數據寫入到旋轉編碼器的位置數據中，對編碼器的位置數據進行校正，消除旋轉編碼器的數據誤差。 電車在走行時會將目標位置的位置數據值與當前位置的位置數據進行比較，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據，然后根據這個距離數據來確定車輛的走行方向及速度。在走行過程中隨著距離數據的變化來不斷調節走行速度，距離遠時速度快， 距離近時速度慢。為了實現電車的動態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，除各種因素對旋轉編碼器測量數據的影響。 通過改進旋轉編碼器的安裝方式，優化車輛走行控制的參數，減少了車輛走行過程中的振動，提高了走行平穩性，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據的影響。確保了編碼器數據的準確性，由于受到爐體膨脹變形的影響，碼牌對應的爐號位置會逐漸發生變化，為了確保碼牌位置的準確性，技術人員對碼牌進行周期性的校正。 另外，雨天時軌道摩擦系數降低導致摩擦力下降，為了避免車輛減速時因車輪打滑導致不能正常減 速到位，發生車輛沖過目標位的現象，技術人員開發了雨天模式，通過調節電車的走行參數，使電車在雨天平穩運行。經過上述改進，確保了電車編碼器顯示正確， 目標位置準確，走行不沖過頭，實現了走行的精確到位。
(2) 防碰撞
為了確保電車工作區域的人身安全，防止無關人員闖入電車工作區域，將電車工作區域封閉，提示無關人員禁止入內。另外在原有的編碼器數據防碰撞基礎上，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設的減速距離后對當前速度進行判斷，若速度超過設定值則控制車輛減速，確保走行速度不超過設定值；當電車距離軌道端臺達到設定的停止距離后則控制車輛停車，防止電車發生碰撞風險，確保走行安全。
(3) 全自動程序開發
由于缺乏對電車拖行車焦罐內有無焦炭的檢測功能， 技術人員開發了全新的全自動控制畫面用于設定焦罐初始狀態。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等功能。當完成電車的初始狀態設定并投入自動模式后，車輛將自動進行作業。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，當推焦完成后停止焦罐旋轉并鎖定，然后根據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據才能正常工作，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因故障及檢修導致的停用，為了提高車輛使用效率，減少出爐作業影響，在使用兩個拖車及兩個牽引的工作模式基礎上還開發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
電車是根據通訊下發的出爐計劃進行作業的，必須要確保計劃下達的準確性及可靠性，技術人員梳理了 L2 系統下發計劃的方式，結合目前倒班作業的方式進行了優化，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信號， 也讓其他車輛能了解電車的工作狀態，然后根據遠程監視與控制的需要，額外新增了電車的遠程全自動投入及取消、 焦罐狀態、 牽引狀態、 走行模式和故障報警等內容，方便人員監控。
(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致的問題，技術人員新增了檢測功能，對電車運行中的關鍵信號增設了冗余檢測分析，例如電車的走行數據信號，，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，技術人員能更好地把控電車的運行狀態把控，提高電車運行的可靠性。
3 結語
截至目前，寶鋼四期焦爐電車經過不斷完善現場設備功能精度，優化控制程序，已經實現了電車的無人化運行，且運行狀況穩定良好。