李承锦

（中天钢铁集团（南通）有限公司）

摘 要：无人驾驶系统是一种将列车驾驶员执行的操作，完全由自动化的、高度集屮的控制系统所替代的列车运行模式。无人驾驶列车涉及到车辆设训技术、信号控制系统、通信技术利集成临控系统技术等技术。本文介绍了一种无人驾驶电气机车。

关键词：电气机车；无人驾驶

1  引言

铁水运输作为炼铁炼钢过程中的重要环节，其效率与稳定性直接影响到整个生产线的运行。传统的铁水运输方式多依赖于人工操作，这不仅劳动强度大，还存在一定的安全隐患。为此，研究并改造铁水运输系统，对于提升炼铁炼钢生产线的自动化水平，保障生产安全，提高生产效率，降低成本具有重要意义。

2  电气机车无人驾驶系统设计

2.1  系统组成

本铁水运输自动驾驶范围包括从 1#、2#、3#高炉出铁场至炼钢厂铁水吊装区，以及铸铁修罐间区域。机修库不在自动驾驶范围，在机修库厂门前设置自动驾驶/人工驾驶切换点。

本工程新增无人驾驶纯电气机车10台。

本工程设备改造范围包括：37辆铁水车、56个铁水罐、36套铁水罐加盖装置、1~7号道口、充电桩及辅助设施。

2.2  系统结构

主要包括以下子系统：

自动驾驶车载系统、智慧铁水运输地面管控系统、地面自动化系统、智能感知系统、辅助系统以及系统外部接口。

1）新建自动驾驶车载系统

在每台无人驾驶电气机车上部署1套自动驾驶车载系统，对37辆铁水车进行铁水运输自动驾驶配套改造，对56个铁水罐加装容错二维码号牌，实现铁水运输自动驾驶、车载设备自动化控制功能。

2）新建智慧铁水运输地面管控系统

新建1套智慧铁水运输地面管控系统，实现铁水运输全流程跟踪、全流程状态管理、铁水智能调度推荐、机车智能调度推荐、数据管理功能。

3）新建智能感知系统

包括车载环境感知系统及地面环境感知系统，实现机车/铁水车行驶方向上的障碍物、道口附近的车辆、行人感知，为铁水运输自动驾驶控制决策提供感知数据输入。

4）新建地面自动化系统

实现铁水运输区域地面自动化设备信息采集，为铁水运输无人化决策控制提供数据输入。

5）辅助系统

对供电、电讯、中控室等辅助系统进行适应性改造，主要包括对项目改造范围内的电气工程、电讯设施、道口栏木机进行适应性改造。

6）系统外部接口改造

系统外部接口包括中天炼铁智能化系统、动静态轨道衡称重系统、微机联锁系统、红盾铁路道口集控系统、炼钢智能生产管理系统、南通钢后制造执行系统、移动中天平台、千盟物流跟踪系统、中天铁路运输智能管理系统，本工程系统接入以上系统实现外部信息获取。

2.3  工艺情况

中天钢铁现有1座炼钢厂，主要设备有3座 190t转炉。炼钢铁水吊装区设有4条轨道线，每条线可停放2辆铁水车，共有8个铁水吊装工位，3台天车进行吊装作业。

共有12台GK1C型铁水运输内燃机车，机车具备司控驾驶和遥控驾驶2种模式，目前由司机手动驾驶。采用“一罐制”铁水运输工艺，铁水罐平均装载量约180t，单罐最多装载铁水230t。

铁水运输设备包含5个230t铁水罐、37台铁水车（其中1台为砝码车）。目前投运约34辆铁水车，铁水罐平均周转率约4.1，铁钢界面铁水温降约130℃。机车牵引铁水车到达出铁口下方区域、炼钢铁水吊装区域、铸铁间等工位点时，调车员需下车人工放置铁鞋防止铁水车溜逸。在铁水运输作业中每台机车配置1名司机和1名调车员。每班配置3名铁水调度员，采用微机联锁进行铁水运输进路控制，调度人员根据铁钢界面实际生产情况，结合铁路线路、机车及铁水车状态和位置等信息，编制铁水调度及运输指令，操作微机联锁开启进路。调度员与司机通过电话沟通，司机根据作业任务和目的地，人工驾驶机车作业。

铁水运输区域共有 7 个道口，均安装有道口电动栏木机，栏木机及信号由道口管理员通过铁路道口集控系统远程手动控制。

2.4  改造后作业流程

完成中天钢铁智慧铁水运输系统建设及相关改造后，系统根据铁钢界面生产实际状态，采用智能算法及模型，实现铁钢界面全流程信息化管理、铁水智能调度管控及铁水运输自动驾驶作业。

智慧铁水运输系统通过高炉配罐模型实现高炉配罐指令自动生成，并在人工确认后将该指令发送至对应机车，机车按照指令推送空罐至高炉炉下进行精确对位，同时完成铁水车自动驻车和自动摘挂任务。

炉下铁水车完成受铁之后，系统根据铁钢平衡需要，生成铁水罐重罐的去向及运输指令，并在人工确认后将该指令下发至机车，机车按照指令进行重罐运输、机罐匹配等作业。机车和目标铁水车进行自动连挂作业，连挂成功后铁水车自动解除驻车，机车牵引重罐进行铁水运输作业。

智慧铁水运输系统根据炼钢作业需求信息自动生成重罐的运输作业指令，并在人工确认后将该指令下发至机车，机车推送重罐进入炼钢铁水吊装工位自动完成作业对位。对位作业完成后，铁水车自动驻车，机车和铁水车自动解挂。铁水车在炼钢厂进行自动充电，保障车载设备正常运行。

智慧铁水运输系统获取炼钢铁水吊装作业信息及机车和铁水车的状态信息，系统自动生成炼钢拉空指令，并在人工确认后将该指令下发至机车。机车运行至炼钢并与目标空罐铁水车自动连挂，铁水车自动释放驻车后，机车按照智能调度指令牵引空罐前往铸铁修罐间或高炉炉下等工位点。

如此循环往复，实现高炉至炼钢铁水吊装工位的自动驾驶铁水运输作业。在机车作业过程中，系统控制微机联锁系统联动，实现机车行进路线规划与排列。针对机车、铁水车及铁水罐的检修、下线、上线等作业内容，由人工录入，系统支持人工下发检修、下线、上线指令。下线后的状态信息，由人工录入形式进行在线记录管理。机车重新上线需由人工驾驶至机修间自动驾驶交接点。

高炉修铁沟作业任务，由人工生成任务，系统自动开放进路，人工驾驶机车完成。高炉出渣作业任务，由调度人工下发，系统自动开放进路，机车自动驾驶完成。砝码车的作业任务，由调度人工下发，系统自动开放进路，机车自动驾驶完成。但是砝码车上线作业之前，需要人工保证砝码车的电量充足，且在自动驾驶区域内。

中天钢铁智慧铁水运输系统实现后的作业流程如图 4-1 所示。

图4-1改造后无人化作业流程图

中天钢铁智慧铁水运输系统主要包括自动驾驶车载系统、智慧铁水运输地面管控系统、地面自动化系统、智能感知系统、辅助系统以及系统外部接口，智慧铁水运输系统架构如图4-2所示。

图 4-2 中天钢铁智慧铁水运输系统架构图

本工程在高炉中控室设置操作终端，在高炉出铁平台设置状态采集箱，由高炉平台操作人员通过状态采集箱按钮确认开口进罐、堵口流尽、动车信号。在炼钢铁水吊装区内设置操作终端，由炼钢铁水吊装区控制室操作人员通过操作界面按钮确认空罐、线路信息，在铸铁修罐间设置状态采集箱，由铸铁修罐间操作人员确认进罐安全，系统自动采集以上信息用于保障动车安全。

自动驾驶车载系统主要实现机车和铁水车的自动驾驶控制、设备状态采集、安全联锁保护功能。

智慧铁水运输地面管控系统主要实现铁水运输全流程跟踪、全流程状态管理、铁水调度、机车调度、数据管理功能。

地面自动化系统主要是控制炼钢厂内充电装置，并采集充电装置状态。

智能感知系统为铁水运输机车自动驾驶提供全天候的障碍物检测和行车安全保护，为机车车载决策系统提供可靠的信息源。

外部系统接口主要包括中天炼铁智能化系统、动静态轨道衡称重系统、微机联锁系统、红盾铁路道口集控系统、炼钢智能生产管理系统、南通钢后制造执行系统、移动中天平台、千盟物流跟踪系统、中天铁路运输智能管理系统，通过以上系统的数据接口实现铁、钢生产关键信息的统一获取。

辅助系统包括供配电设施、电气工程、电讯设施改造与建设，以及道口摄像头、栏木机设备、机车加揭盖相关供电设备利旧。

2.5  需要说明的问题

1) 本工程采用融合定位信息实现道口开闭信号的控制，设置地面环境感知系统，保障通行安全。同时，无人化道口改造后需中天钢铁同步制定相关管理规定，加强道口通行安全管理。

2) 由于 4 号道口有管廊桥架，高度受限，为保证运输安全，所有铁水车经过 4 号道口需保持开盖状态。

3) 中天钢铁应保证摘挂钩本体和铁包加盖本体维护在良好状态。

4) 炼钢尽头的运料线路，增加信号灯和声光报警器提示，需要中天钢铁加强此线路通行安全管理。

5) 在机修间设置一套机车充电设备，保证机车下线检修后能够正常充电上线。如果在线的某台机车电量不足，无法满足在线充电的条件，则自动驾驶至机修间交接点后，由人工驶入机修间进行充电。

6) 炼钢配重罐换线拉空罐时，换线点离 5 号道口很近，为保障安全，自动驾驶后，换线时需要关闭 5 号道口。

3  结论

本文介绍的无人驾驶电气机车采用电力驱动降低化石能源消耗，符合国家节能减排要求，无人化运行，降低人员劳动强度和提高人员安全性，满足钢铁企业的不断发展和智能化工厂的升级目标。