姚鳳嬌 ¹， 王 蕾 ²

（1.山西興新安全生產技術服務有限公司， 山西 太原 030024；

2.山西省工業設備安裝集團有限公司， 山西 太原 030032）

摘 要：針對傳統焦爐移動機械控制自動化水平低，無法實現無人操作。首先主要對實現焦爐移動機械的無線通訊和精準定位功能進行研究；然后對焦爐移動機械的無線通信性能和定位精度進行測試，并取得理想結果。

關鍵詞：焦爐；移動機械；無線通信；編碼電纜定位；核心競爭力

煤炭焦化為對原煤進行再次加工，保證各個行業煤炭的使用要求。焦爐生產的自動化水平直接決定整個焦化廠的生產水平，不僅與當產品生產率相關，而且還與生產成本息息相關。因此，為保證焦化廠的競爭力需從實現焦爐機械的全面自動化，最終達到無人值守的模式才能夠降低生產成本，提高產品質量。據統計，當前焦化廠實際生產所配置的操作人員數量比例高達 37.58%，對應的人工比較偏高^[1]。

因此，實現焦爐移動機械的全自動化并達到無人值守的目的對于降低作業人員勞動強度，提高企業競爭力具有重要意義。

1 焦爐移動機械現狀及自動化要求分析

對于焦化廠而言，涉及到的焦爐移動機械包括有裝煤車、推焦車、攔焦車、導煙車、電機車、熄焦車等。焦爐移動機械設備的布置形式一般如圖 1 所示。

1.1 各種移動機械設備的功能

目前，焦化廠的移動機械設備主要采用 PLC 控制為主，并通過變頻器對其速度進行控制。各種移動機械設備的功能描述如下：

1）裝煤車。該機械設備將搗固形成的煤餅推入炭化室中，其對應的控制器為 S7-300；

2）推焦車。該機械設備將已經成熟的焦炭通過推焦桿送入炭化室中，其對應的控制器為 S7-300；

3）攔焦車。該機械設備通過導焦槽將成熟的焦炭送入旋轉的焦罐中，其對應的控制器為 S7-300；

4）搗固機。該機械設備將煉焦煤在煤箱中搗固成煤餅；

5）導煙車。該機械設備將煉焦過程中產生的煙塵通過雙 U 形導煙管排出，并達到除塵的效果，其對應的控制器為 S7-300^[2]。

1.2 焦爐移動機械的整體控制水平

目前，焦爐移動機械的整體控制水平總結如下：

1）現場每個焦爐移動機械均采用 S7-300PLC 控制器實現控制，且每個 PLC 控制器基于 DP 總線實現與子站之間的通信；

2）現場每個焦爐移動機械均通過變頻器對其運行速度進行控制，該控制方式具有控制平滑且沖擊力小的優勢；同時，在電機編碼器閉環控制的基礎上提升了控制的準確性；

3）當前焦爐移動機械的結構化、模塊化控制理念能夠對故障信息進行準確檢測，并可很大程度上縮小故障處理時間；

4）對于相互關系相對緊密的移動機械之間需增加強制聯動控制功能。比如，推焦車、攔焦車和電機車之間的聯動控制要求攔焦車發出信號后才能夠啟動電機車，而后才能夠啟動推焦車，從而保證的生產的安全性；

5）現場焦爐移動設備均配置了精度較高的傳感器，能夠對執行機構實現精準控制；

6）現場焦爐移動設備的液壓系統中通過比例換向閥根據現場工況對比例換向閥的電壓或電流值進行控制，從而實現對設備的平穩、快速、準確控制。

雖然當前焦化廠移動機械的自動化控制已經初步具備一定的規模，但是仍然無法實現最終的無人值守、操作功能^[3]。本文重點對焦爐移動機械的全自動進行升級改造，最終能夠實現在無人操作模式下運行。

2 焦爐移動機械全自動控制功能實現

通過對焦爐移動機械控制現狀分析可知，導致其無法實現全自動或無人操作目標的主要阻礙是無法實現現場各個移動設備之間的通訊問題，無法清楚掌握除了自身外其他移動設備的運行狀態；第二是無法準確獲取本機或其他移動機械的位置^[4]。因此。本文將重點從上述兩個方面著手實現焦爐移動機械的全自動和無人操作模式。

2.1 焦爐移動機械通訊方案的設計

目前，可供選擇的通風方式包括有 WIFI 通訊、2.4 GHz 通訊、433 M 通訊以及 GPRS 通訊。上述四種通訊方式的優劣對比如表 1 所示。

現場焦爐移動機械之間的最大距離為 300 m，WIFI 通訊方式的傳輸距離不滿足要求；考慮到現場通信成本，GPRS 通信方式成本較高。同時，考慮到焦爐移動機械所配置的變頻器的諧振頻率處于低頻范圍。因此，最終決定采用 2.4 GHz 通信方式實現各個焦爐移動機械之間的通信。

綜上所述，焦爐移動機械之間的通信本工程采用深圳艾賽通訊公司的室外無線網橋實現；該設備能夠根據需求選擇 900 MHz、2.4 GHz 和 5.7 GHz 不同頻率的通訊方式。而且，該通訊設備具備自動偵測數據鏈路的功能，并在異常情況下自動復位，可靠性較高。

2.2 焦爐移動機械地址識別方案的設計

及時掌握焦爐移動機械本身及相關移動機械之間的相對位置是實現全自動生產的基礎。但是，焦爐生產環境粉塵濃度較大、電磁環境復雜、設備振動噪聲大等惡劣環境導致無法可靠、精準的確定焦爐移動機械的位置。

可選用的定位技術包括有讀攜碼器加限位開關技術、紅外定位技術、編碼器地址檢測技術以及編碼電纜定位技術^[5]。綜合對比上述四種定位技術的功能指標和對惡劣環境的適應能力，最終確定采用編碼電纜定位技術實現對移動機械的精準定位。

當焦爐移動機械通訊和定位問題解決后，所設計的焦爐移動機械全自動控制系統原理如圖 2 所示。

3 焦爐移動機械全自動功能測試

焦爐移動機械全自動功能實現的基礎為移動機械的定位精度和無線通信的性能。因此，本節重點對上述兩項功能進行測試。

3.1 焦爐移動機械定位精度測試

以推焦車定位為例，焦爐移動機械全自動控制系統實時顯示信息如圖 3 所示。

如圖 3 所示，推焦車可在全自動控制系統的作用上實現其與裝煤車、攔焦車的對位操作；同時，在實際運行過程中移動機械并未出現較大的跳變現象，可滿足實際生產需求。

3.2 無線通信性能的測試

經現場測試可知，采用 2.4 GHz 無線通信方式對應的信號傳輸速率最大可達 24 Mbps，并在數據傳輸過程中并未造成數據遲滯的現象；從上位機通訊監控來看，各個移動機械之間的通訊狀態正常。

4 結語

焦化為對煤炭對再次加工，可滿足不同行業的應用。對于焦化廠而言如何降低生產成本、提高產量是其能夠增加企業競爭力核心。為此，本文主要解決了傳統焦爐移動機械控制無法實現全自動控制問題，最終達到無人值守操作的目的。其中，采用 2.4GHz無線通信實現各移動機械之間的通訊；采用編碼電纜技術實現對移動機械的定位。實踐表明，基于上述研究成果實現移動機械全自動功能能夠提升勞動生產率，降低工人勞動強度，提高焦炭產量。

參考文獻

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