焦炉移动机械全自动及无人操作模式的应用

苟晓峰

（山西太钢不锈钢股份有限公司焦化厂， 山西 太原 030003）

焦炉移动机械是焦炉的关键装备之一，为实现焦炉的精益化生产操作，最大程度发挥技术装备水平，要求移动机械必须始终能实现全自动模式功能，从而降低工人劳动强度，提高设备本质化安全水平，提高生产效率。

1 大型顶部装煤焦炉移动机械构成

大型顶部装煤焦炉移动机械构成，主要由推焦车、拦焦车、装煤车、熄焦车（焦罐车）组成。结合环保高效生产需求，标准焦炉生产模型是两座焦炉、两座干熄炉，一台或两台干熄焦提升机联合生产组成一个标准模式，推焦车、拦焦车、装煤车和焦罐车分别为各自两套焦炉移动机械，一套配合生产，一套检修或生产备用。推焦车运行在焦炉机侧位置，主要通过油缸驱动完成开启和关闭炉门，将成熟的焦炭推出炭化室，装煤时启闭小炉门控制平煤杆完成平煤操作。拦焦车运行在焦炉焦侧位置，主要油缸驱动完成开启和关闭炉门，配合推焦车推焦作业进行导焦运行。另外推拦焦车还配置了通过油缸驱动的清门、清框机构。装煤车运行在焦炉顶部，主要通过油缸驱动完成装煤孔盖的开启和密闭，采用变频器驱动螺旋电机向炭化室内有逻辑地下煤控制。焦罐车运行在拦焦车下方，主要完成接焦并牵引焦罐车运行到干熄焦系统提升机区域。移动机械均配置了所有移动机械的位置纵览信息图，走行定位系统，安全保护系统，润滑系统，油泵液压系统，除尘系统，空调系统，应急系统，故障记录系统，操作记录系统等，并配置现场画面视频监控系统，保证单体移动机械的可靠稳定运行。每组移动机械的操作模式有无人操作模式，全自动操作模式，半自动操作模式，手动操作模式，机旁联锁维修操作模式和不联锁单机操作模式。

2 大型顶部装煤焦炉移动机械构成及应用

全自动模式为每炉操作时仅发一下动作命令，车辆动作信号自动相互连锁；半自动模式为车辆操作时，走行、取门、清门、推焦等操作，每个动作触发一下动作命令，触发这些动作不受其他车辆到位、焦炉本体系统信号等条件连锁。单车一键操作或无人操作模式是建立在全自动模式基础上，无需每炉进行操作，可每班操作一次；如遇循环暂停时间或设备故障时，司机操作车辆单车一键操作模式取消按钮，即可半自动、手动或机旁作业。无人操作模式可实现司机室有人值守、中控远程操作功能。

单台移动机械的传动系统采用变频驱动方式，具有起动平稳、对设备冲击小、无级调速等优点。走行采用变频调速（一台变频器带两台电机；通过变频器与PLC 之间Profibus DP 总线连接，可使电机按照一定斜率无极减速直至停止，克服了机械惯性对定位的影响，实现精确定位。装煤车给煤采用变频调速，推焦和平煤均采用变频调速（通过多圈绝对值编码器来测量推焦杆和平煤杆行程），推焦及拦焦除尘，焦罐旋转均采用变频调速。电机均采用PTC 热敏电阻保护。自动定位系统采用炉号码牌，阅读识别装置和走行增量编码器结合比较准确定位。

单台移动机械的电气控制系统以PLC 系统为核心，采用分布式接口模板配置结构，数字量和模拟量等信号模板、MTS 传感器之间（线性位移传感器），通过Profibus DP 总线进行连接，这种方式优点是可大量减少电缆敷设的数量，提高系统的可靠性和稳定性。操作面板采用友好的按键或主流触摸屏操作电脑来实现，操作系统采用软操作方式，应用了西门子Wincc 等类型的画面组态工控软件。如Wincc 是一个开放的过程可视化系统，被广泛应用于各个工业领域，它把生产和过程自动化集成为一个系统，使操作与监控的设计成为可能。

单台移动机械的网络配置系统：为了真正实现移动机械的自动对位联锁控制目的，采用先进的无线网络及光纤通讯技术，将移动机械所在位置及当前正在进行何种作业等信息均通过以太网或无线通讯方式传送到焦炉地面协调系统，实现车辆信息互享互通。网络系统充分利用100 M 以太网的快速响应速度，为焦炉炉号的自动识别、对位和焦炉四大车的对位联锁控制提供了一个坚实的硬件平台。

焦炉移动机械地面协调系统作为焦炉生产过程协调管理控制中枢，主要完成一套移动机械(推焦机、拦焦机、装煤车、焦罐车或熄焦车)与焦炉本体系统(上升管系统、换向系统、放散系统、煤塔下煤系统、除尘地面站系统等)，干熄焦或熄焦系统之间的生产过程信息交互，接收推焦计划专家系统的推焦与装煤计划的执行和反馈，实现四大车在半自动/全自动等模式安全高效运行。

中控远程站配置所有车辆操作画面集中控制主机，可以通过HMI 界面观察到所有机车当前的位置、状态等运行参数，各车辆动作机构所有监控画面汇集到主控大屏幕显示。四大移动机械可以通过HMI 界面观察到本车和其他机车所处的位置及功能状态，可以收到来自推焦专家系统的相关推焦计划。中控远程站可实现远程操作功能，焦炉移动机械单台可实现有人值守，无人操作模式的应用。

焦炉移动机械的全自动模式的高效投用与项目初期设备系统规划、选型、安装调试和适应性精细调整都是关键因素，另外投产运行期间，机电一体化维护的定检定修机制、本质化安全改进等措施的有效、有序科学推进也是自动化模式平稳高效运行的后期关键保障和基础。焦炉炉体、工艺操作标准化的科学管理和设备备件材料的经费保证也是全自动化长期运行的重要环节。纵观国内大型焦炉移动机械的全自动使用率基本都保持在百分之九十，造成运行率不能提升的主要原因是机械，电气故障和操作不当造成设备故障的影响，机电备件材料储备不足、维修队伍整体能力不强，人员配置不足，设备欠修；炉体变形，车辆系统性调整未配合到位都是重要的原因。对比全球范围内焦炉行业的领军企业，如德国斯威尔根焦化厂，韩国现代焦化厂等均能长期稳定使用全自动模式和无人操作模式操作，都是科学建设、规范维修、标准操作的行业典范。

3 结语

近几年来，国家全方位倡导各行各业积极推进中国制造2025 和智能制造战略，国内的焦化行业龙头企业如上海宝钢焦化厂，马钢焦化，首钢京唐焦化等也在联合设计单位、自动化研究机构共同开发推进大型焦炉移动机械无人操作模式等项目的升级应用工程，结合焦炉工艺生产的特殊性和国内外先进电气自动化控制技术，应考虑应用设备型号停产，焦炉高温防护、机电选型设计、集中控制管理、防碰撞等方面，从装备升级、网络优化、岗位劳动力解放等多方面同时发力，已经取得初步成效，引领中国焦化行业和企业奋力进入智能制造高端标准梯队，值得借鉴和学习。

大型焦炉移动机械自动化程度高，具备无人出焦能力，在控制环境污染方面比以往各种规格焦炉配套的装备都有了大幅度提高，在节能降耗、清洁生产，环境保护方面，均发挥了重要的作用，对促进炼焦行业的绿色化生产必将起到示范和推动作用。焦炉移动机械无人操作模式的高效运行是一项系统性的生产管理系统，它不仅要求移动机械在设备方面具有精准的定位识别、严谨可靠的自动控制连锁、及时准确的通讯交互，还必须依靠设备本质化安全系统的铺垫，持续有序推进和流程化管理也是重要的支撑。