刘 涛 王成玉 甘继业

(宝钢股份有限公司炼铁厂)

摘 要：文章介绍宝钢四期焦炉电车的现状，实施无人化改造的必要性，通过优化设备，改进控制程序， 增加安全措施，目前已初步实现了电车的无人化运行。 

关键词：焦炉；电车；无人化

宝钢股份炼铁厂炼焦分厂四期焦炉于 2012年 9月投产， 为2× 55 孔 7m复热式焦炉，单集气管，双吸气管 (不设吸气弯管)，配套建设 3× 90t / h 干熄焦装置，设计产能135 万 t / a。焦炉配备装煤车、 推焦车、 导焦车及电车各两台，为1 开 1 备使用，装煤车将煤塔的煤送入焦炉各个炭化室，炭化室内的焦炭成熟后用推焦车推出，经导焦车导入到电车的焦罐内，电车将装满红焦的焦罐运送至干熄焦的牵引装置中，再将放空红焦的空焦罐从干熄焦的牵引装置中接出。每台生产车辆每班配有 1名操作人员，依靠人工驾驶通过画面及手柄、 按钮等操作车辆，通过车辆对讲系统进行车辆之间的协同作业。由于焦炉的环境和工艺连续性特征，每几分钟就要出炉焦，驾驶人员劳动强度非常大。 

1 生产现状及改造必要性

宝钢四期焦炉电车由一个拖行车与两个焦罐车组成，在电车轨道上行驶，电车将空焦罐从牵引处接出，然后将空焦罐送至导焦车下方，待接好红焦后再将红焦罐送入牵引。

电车采用人工操作，操作人员根据下达的出炉计划作业，车辆走行、 对位、 焦罐的接送和旋转等均为人工手动进行，特别是车辆对位工作全部由肉眼判断完成，操作难度极， 由于移动机械作业频繁，员工劳动强度高，且长期重复作业， 容易发生误操作等事故，危及安全生产。

为提高设备自动化水平，减少车辆驾驶人员 并降低劳动强度，探索更好的设备运维模式，宝钢炼铁厂自主探索对四期焦炉电车进行了无人化改造。 

2 改造实施

2.1实施步骤

结合宝钢四期焦炉的生产现状，为了不影响正常生产， 改造基本都在线进行，改造过程分以下几个阶段:

第一阶段: 完善电车的半自动作业功能，能够通过画面一键操作进行接焦罐、 送焦罐、 旋转接焦和走行等， 增加防碰撞检测装置、 隔离栏杆等确保人员及设备安全。 

第二阶段: 开发电车全自动作业功能，根据正常情况下电车的作业逻辑编制全自动作业程序， 电车按照通讯下发的出炉计划作业，实现电车在驾驶人员值守的情况下自动运行。 

第三阶段: 对驾驶人员值守中发现的问题进行改进优化，验证全自动运行的可靠性和重复性，在全自动能可靠有效运行的基础上， 优化相应的运行维护管理制度，最终实现无人化的可靠运行。 

2.2实施条件

为了实现电车全自动无人操作的目标，要求设备能够长期有效可靠地运行，就要满足以下条件:

(1) 对电车的动态位置进行准确检测及精确控制走行，同时电车与中央控制室之间有高效可靠的数据通信。

(2) 电车有完善的安全监测及保障措施，如: 安全防碰撞系统，安全监控和封闭措施等。

(3) 通过多种传感器对电车各功能模块进行检测，对关键信号进行冗余检测分析，确保其正确稳定。 

(4) 在全自动无人作业期间要有相应的生产巡检，设备点检维修标准，加强对关键设备的管控，实行周期管理，落实重点部位的预防性维修，减少直至消除设备故障对无人化运行的影响。 

2.3改造内容

为了实现电车的无人化运行， 技术人员做了如下改进:

(1) 走行精准对位

电车采用旋转编码器加上码牌对位的方式控制车辆的走行。 旋转编码器安装在电车车轮上，反馈的数据为电车的当前走行位置数据。当车辆走行时车轮旋转带动编码器转动，通过编码器的数据变化反馈出车辆的走行位置变化。每一个炉号位置都装有一块对应炉号的码牌，每块码牌对应一个定义好的位置数据。 当车辆上的码牌阅读头与目标炉号位置的码牌精准对位后， 就会将该码牌对应的位置数据写入到旋转编码器的位置数据中，对编码器的位置数据进行校正，消除旋转编码器的数据误差。 电车在走行时会将目标位置的位置数据值与当前位置的位置数据进行比较，计算一个差值，这个差值反映的是车辆与目标之间的距离数据，然后根据这个距离数据来确定车辆的走行方向及速度。在走行过程中随着距离数据的变化来不断调节走行速度，距离远时速度快， 距离近时速度慢。为了实现电车的动态位置准确检测及走行精确控制，必须要确保编码器能准确地反馈电车的走行距离，除各种因素对旋转编码器测量数据的影响。 通过改进旋转编码器的安装方式，优化车辆走行控制的参数，减少了车辆走行过程中的振动，提高了走行平稳性，还消除了车辆振动、 打滑和车轮磨损等因素对编码器测量数据的影响。确保了编码器数据的准确性，由于受到炉体膨胀变形的影响，码牌对应的炉号位置会逐渐发生变化，为了确保码牌位置的准确性，技术人员对码牌进行周期性的校正。 另外，雨天时轨道摩擦系数降低导致摩擦力下降，为了避免车辆减速时因车轮打滑导致不能正常减 速到位，发生车辆冲过目标位的现象，技术人员开发了雨天模式，通过调节电车的走行参数，使电车在雨天平稳运行。经过上述改进，确保了电车编码器显示正确， 目标位置准确，走行不冲过头，实现了走行的精确到位。 

(2) 防碰撞

为了确保电车工作区域的人身安全，防止无关人员闯入电车工作区域，将电车工作区域封闭，提示无关人员禁止入内。另外在原有的编码器数据防碰撞基础上，新增强制减速停车装置，当检测到电车距离轨道端台达到预设的减速距离后对当前速度进行判断，若速度超过设定值则控制车辆减速，确保走行速度不超过设定值；当电车距离轨道端台达到设定的停止距离后则控制车辆停车，防止电车发生碰撞风险，确保走行安全。 

(3) 全自动程序开发

由于缺乏对电车拖行车焦罐内有无焦炭的检测功能， 技术人员开发了全新的全自动控制画面用于设定焦罐初始状态。自动模式的投入与取消、 显示出炉计划、 显示当前工作步骤、 显示其他车辆的工作状态等功能。当完成电车的初始状态设定并投入自动模式后，车辆将自动进行作业。如选择使用的焦罐车上为空焦罐时，则判断为去接红焦，将通讯传输过来的下一个推焦炉号作为走行目标控制车辆走行至接焦炉号。当收到推焦车的开门信号后即开始自动进行焦罐的旋转，当推焦完成后停止焦罐旋转并锁定，然后根据判断牵引处的焦罐有无情况，选择没有焦罐的牵引作为目标位置进行走行，到达牵引位置后就自动将红焦罐送入，待送入完成后再将使用的焦罐车切换为另一个焦罐车，然后走行目标设定为另一个牵引，走行至另一个牵引处开始接空焦罐，接好空罐后再去接红焦，后面周而复始地按照这个逻辑进行动作直至计划炉号全部完成。由于自动程序必须有通讯传递的数据才能正常工作，所以只有通讯正常时才能使用自动模式，如通讯发生中断将会马上取消自动模式，车辆也会停止动作。 

考虑到电车拖行车以及干熄焦牵引系统因故障及检修导致的停用，为了提高车辆使用效率，减少出炉作业影响，在使用两个拖车及两个牵引的工作模式基础上还开发了单拖车配合双牵引、双拖车配合单牵引的全自动控制模式。这些模式可以在全自动画面上进行选择切换， 也可以在某个牵引或者拖车需要停用时通过人工进行确认，然后选择合适的模式控制车辆进行全自动运行。 

(4) 通讯

电车是根据通讯下发的出炉计划进行作业的，必须要确保计划下达的准确性及可靠性，技术人员梳理了 L2 系统下发计划的方式，结合目前倒班作业的方式进行了优化，确保在每次交接班后能正常刷新工作计划，同时还将电车与其他车辆之间的传输信号进行了检查校对，确保电车能正确地得到其他车辆的工作状态信号， 也让其他车辆能了解电车的工作状态，然后根据远程监视与控制的需要，额外新增了电车的远程全自动投入及取消、 焦罐状态、 牵引状态、 走行模式和故障报警等内容，方便人员监控。 

(5) 检测

为了能更加可靠地让电车无人化运行，消除运行中因无检测元件或检测元件信号异常导致的问题，技术人员新增了检测功能，对电车运行中的关键信号增设了冗余检测分析，例如电车的走行数据信号，，新增一个编码器与原有的编码器进行比对校验，当差值达到一定程度后即判定出现异常，停止电车的自动运行，并显示报警通知人员来处理，通过这些新增的检测功能，技术人员能更好地把控电车的运行状态把控，提高电车运行的可靠性。

3 结语

截至目前，宝钢四期焦炉电车经过不断完善现场设备功能精度，优化控制程序，已经实现了电车的无人化运行，且运行状况稳定良好。