1 前 言
隨著工業(yè)現(xiàn)代化進程的加快?冶金行業(yè)對生產(chǎn)過程自動化水平的要求不斷提高?但大型移動設(shè)備的全線自動化控制思路還不夠完善?尤其是移動設(shè)備與地面設(shè)備及主控室之間的通訊一直是制約全線自動化進一步開展的瓶頸。濟鋼**煉鐵廠原料區(qū)域共有12臺堆取料機?均為車上手動操作?沒有實現(xiàn)主控制室自動操作及監(jiān)控功能?這不但影響了作業(yè)效率?而且混勻礦質(zhì)量指標很不穩(wěn)定?直接影響到燒結(jié)和煉鐵生產(chǎn)。
為了解決移動設(shè)備與地面設(shè)備的通訊問題?實現(xiàn)料場生產(chǎn)的全線自動化?提高混勻礦各項指標?我廠于2008年10月至2009年6月對料場大型移動設(shè)備實施了智能化改造。通過采用光纖通訊、視頻監(jiān)控、廣播對講和自動定位等技術(shù)?成功地實現(xiàn)了大車操控?zé)o人化值守?并取得了很好的生產(chǎn)效果。
2 “智能化”改造主要內(nèi)容
移動大車智能化改造主要包括硬件設(shè)備和控制系統(tǒng)兩個方面?采用了以下幾項關(guān)鍵技術(shù)。
2?1 PLC 控制系統(tǒng)
大車控制采用昆騰 Unity-Pro PLC 控制系統(tǒng)?設(shè)有電源模塊、CPU 模塊、以太網(wǎng)通訊模塊、數(shù)字量輸入、輸出模塊和模擬量輸入、輸出模塊。
2?2 光纖滑環(huán)及通訊扁電纜
光纖滑環(huán)是實現(xiàn)大車和地面光纖連接的裝置（見圖1）?它由通訊卷筒驅(qū)動。通訊卷筒卷取的通訊扁電纜含5根芯軟電纜和1根（12芯）單模光纖?大車光纖和地面光纖通過光纖滑環(huán)對接?實現(xiàn)大車和地面的通訊連接。
光纖滑環(huán)通訊裝置是繼無刷集電裝置后更先進的中繼裝置?能夠完成光信號的穩(wěn)定傳輸?其傳送介質(zhì)采用高純度的玻璃材料制成?具有極高的抗電磁干擾性能、很好的絕緣性能和極高的抗腐蝕性能?可確保通訊的高可靠性。其主要參數(shù)如下：
（1）光纜通訊接口組數(shù)：12P
（2）光纜接口連接方法：采用 SC 活動連接器
（3）光纜盤正反轉(zhuǎn)圈數(shù)：≥50
特制扁電纜的結(jié)構(gòu)如圖2所示。其導(dǎo)體采用符合 IEC60228標準規(guī)定的鍍錫銅導(dǎo)體；絕緣材料強度≥6MPa?伸長率≥250％；護套材料的強度≥13MPa?伸長率≥300％。該電纜*小彎曲半徑為10D?長期允許工作溫度為90℃?戶外*低溫度為－35℃?并具備耐臭氧、耐油、抗紫外線和潮濕的特性。
2?3 光端機
在大車和地面配電室各設(shè)置1臺光端機?負責(zé)通訊打包處理。光端機有1個光纖連接口、4個電口和1個同軸電纜接口。光纖接口完成車上和地面光纖連接；4個電口中的3＃ 口負責(zé)地面和大車音頻連接（做頭時只壓接網(wǎng)線的前兩芯?車上和地面連接必須相對應(yīng)）；同軸電纜接口負責(zé)視頻連接?大車上攝像頭獲取的視頻信號通過光端機轉(zhuǎn)換成同軸電纜傳輸信號傳入主控室?實現(xiàn)主控室監(jiān)控大車的運行。
2?4 低壓滑觸線
低壓滑觸線系統(tǒng)負責(zé)從地面給大車供電?供電電壓380V。滑觸線系統(tǒng)由 H 型滑觸線導(dǎo)軌、集電器、溫度補償器（防止熱脹冷縮使劃線軌道分斷）、連接器等組成。滑觸線由銅質(zhì)材料加工而成?對于頻繁往返運行的混勻堆料機而言?銅質(zhì)滑觸線較鋁制滑觸線更加耐磨?延長了滑觸線的使用壽命。
2?5 大車定位裝置
大車定位采用 XT －LWXZ 系列移動行走位置檢測裝置來實現(xiàn)。該裝置的工作原理見圖3。它是由隨動型檢測輪和與其轉(zhuǎn)軸相連的增量型編碼器組成。檢測位置校正裝置包括若干個地址板和一個收信器。地址板為無源器件?主要由控制存儲集成芯片和接收、發(fā)射天線組成。內(nèi)部存儲器存有地址板的內(nèi)部碼?所有地址板的內(nèi)部編碼均系**?不重復(fù)。收信器主要由射頻電源發(fā)生器、地址板信號接受處理器、通信處理器和接收、發(fā)射天線組成。位置檢測裝置發(fā)出信號到大車 Unity-Pro PLC 中?通過計算獲得大車的實際位置?再與顯示器上的顯示位置進行比較修正?然后將位置信號傳輸給主控室監(jiān)控畫面。
個攝像頭的通訊。在主控室監(jiān)控電腦上?通過工業(yè)電視監(jiān)控軟件即可完成現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控圖像的采集及亮度、焦距調(diào)節(jié)?通過云臺控制器完成監(jiān)控位置的切換?從而實現(xiàn)對現(xiàn)場重點設(shè)備的實時監(jiān)控。
2?7 智能廣播對講系統(tǒng)
智能廣播對講系統(tǒng)是由主控單元、用戶板、控制電源、交換機、上光端機、下光端機、智能廣播中端、終端擴音器等組成。智能廣播系統(tǒng)采用數(shù)字交網(wǎng)?計算機兩級分散控制方式?總線采用422結(jié)構(gòu)。使用** C 語言編程?具有技術(shù)先進、耗電省、靈活性強、可靠性高、功能完善、維護管理方便等優(yōu)點。
智能廣播對講系統(tǒng)中繼接口和信令完善?組網(wǎng)功能強?可組成全數(shù)字或數(shù)模混合的多級專用網(wǎng)或多級調(diào)度網(wǎng)。
系統(tǒng)全部電路板均智能化?使用*新的HCMOS 集成電路和交換機專用芯片?集成度高?元件種類和電路板種類少。且各種電路板槽道可互換?主機與維護終端之間由通信線連接?維護終端交流220V 電源線可與主機共用一路。
智能對講廣播系統(tǒng)控制框圖見圖4。
3 改造后具備的功能
3?1 大車流程對講廣播功能
對講廣播系統(tǒng)是在實現(xiàn)大車與主控室通訊暢通的前提下投入使用的?它是實現(xiàn)移動設(shè)備無人化值守操作的安全基礎(chǔ)。廣播對講系統(tǒng)通過光纖通訊設(shè)備上、下光端機的另一對接口實現(xiàn)主機與移動設(shè)備分機的廣播對講?這在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)尚處于先進水平。其具體功能如下：
（1）我們將原料場流程啟動觸發(fā)點接入智能廣播系統(tǒng)的用戶模板中?然后在智能廣播控制主機中設(shè)定各流程需要觸發(fā)的廣播對講電話的號碼。這樣?當流程啟動時?流程設(shè)備附近被設(shè)定的對講電話將被觸發(fā)?實現(xiàn)開啟流程的同時進行廣播?確保流程啟動時現(xiàn)場人員的安全。
（2）智能廣播系統(tǒng)還可實現(xiàn)各對講電話之間的互通功能?方便現(xiàn)場各設(shè)備之間詢問運行情況?互通信息?確保設(shè)備啟停的合理操作?以及堆取料機與地面皮帶流程的安全、可靠運行。
（3）調(diào)度電話與智能終端的調(diào)度作用。調(diào)度電話的優(yōu)先級*高?可以在任何時間?不管智能終端電話是否正在通話?都能直接切斷通話雙方的電話?進行與智能終端的優(yōu)先通話。根據(jù)設(shè)定?調(diào)度電話可以完成對所有現(xiàn)場智能終端的對話功能?便于夜間工作時快速完成對所有崗位的人員查詢和調(diào)度。
（4）與辦公電話的互通。現(xiàn)場4位對講電話可以直接撥打場內(nèi)辦公用8位行政電話。行政電話可以撥打主機號轉(zhuǎn)接相應(yīng)的對講電話?完成行政電話與現(xiàn)場對講電話的互通?方便技術(shù)管理人員對現(xiàn)場情況的快速了解?而現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題也可以快速匯報。
（5）與移動設(shè)備的電話互通。在堆、取料機上安裝對講電話終端?通過上光端機和下光端機之間的光纖通訊?完成移動設(shè)備和地面之間的電話互通以及流程廣播?確保堆、取料機開啟時能夠與主控室通信。移動設(shè)備出現(xiàn)故障時?可以快速通知各方面人員以及流程上、下端人員?確保不會出現(xiàn)壓料等嚴重事故。
3?2 大車準確定位
先進的移動設(shè)備行走位置檢測系統(tǒng)成功地解決了移動設(shè)備定位不準的難題。此行走監(jiān)測裝置具有地址檢測和檢測誤差消除功能?能準確地輸出移動設(shè)備行走的絕對地址?并使移動機械行走位置檢測長期保持準確（**到厘米）?滿足了自動定點堆、取的準確作業(yè)?解決了因人工誤操作造成的料場混料現(xiàn)象以及同軌道移動設(shè)備的碰撞問題?為料場的科學(xué)管理及安全生產(chǎn)提供了保障。
3?3 大車無人化值守功能
使用光纖滑環(huán)通訊裝置很好地解決了移動設(shè)備與地面的通訊難題?實現(xiàn)了大車和主控室的通訊。大車的控制程序、運行狀態(tài)可傳輸?shù)街骺厥?從而實現(xiàn)了大車操控的無人化值守。
移動設(shè)備與地面的通訊見圖5。
3?4 大車自動折返功能
大車驅(qū)動采用由 AB-powerflex 700系列變頻器驅(qū)動的變頻電機?它與定位系統(tǒng)和折返接近開關(guān)配合?實現(xiàn)了大車的自動折返功能。當大車前進到料場的兩側(cè)碰到折返接近開關(guān)時?大車前進中間繼電器釋放?大車開始變頻制動?待變頻器輸出信號為零時?發(fā)出反向運行合閘信號?大車開始后退行車?實現(xiàn)了重復(fù)往返運行的堆料機自動、平滑的折返。與以前的人工操作相比?定點折返位置更加準確?使得料頭、料尾成分更加穩(wěn)定。
4 使用效果
1）與傳統(tǒng)大車相比較?“智能”大車實現(xiàn)了暢通的通訊?可以無人化值守操作；移動設(shè)備與地面皮帶的聯(lián)鎖?解決了因大車停止運行而地面皮帶繼續(xù)上料造成跑料的問題；大車運行狀態(tài)可以**地反映在主控室監(jiān)視器上并受到控制?解決了車載觸摸屏運行信息少的問題。
2）大車對講系統(tǒng)方便地實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中本機崗位和中控室及上、下流程各崗位的對講聯(lián)系?無論是更換堆、取料料批?還是大車出現(xiàn)故障時?都能夠快速聯(lián)系和調(diào)度?確保了生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定。
3）準確的定位和大車自動折返?使堆取料作業(yè)更加精準?大大提高了混勻礦的質(zhì)量。如圖6所示?6月份改造之前?混勻礦 SiO2 標準偏差基本在0?2左右?TFe 標準偏差基本在0?28以上；改造完成后?SiO2 標準偏差基本控制在0?13左右?TFe 標準偏差也逐步變小?達到了國內(nèi)同類企業(yè)較好的水平。
4）由于大車運行狀況完全受控?當出現(xiàn)故障時能快速查找和處理?減少了故障處理時間。自改造完成后?電氣人員處理故障的時間由原來的平均每次30min 減少到5min；且停機次數(shù)減少?大大降低了設(shè)備起停頻次?延長了其使用壽命。
5 結(jié) 語
總的來看?濟鋼二鐵原料場大車智能化改造取得了明顯效果。改造后?生產(chǎn)運行穩(wěn)定?再未出現(xiàn)過皮帶壓料、下料口堵塞等生產(chǎn)事故；設(shè)備故障也大大減少?作業(yè)效率提高?生產(chǎn)安全得到了保障。生產(chǎn)的連續(xù)、穩(wěn)定?保證了勻礦質(zhì)量?為燒結(jié)和煉鐵工序降本增效創(chuàng)造了條件。
