抓渣天車智能管理系統(tǒng)

劉明超

摘 要：介紹了自動(dòng)抓渣天車需要滿足的條件，抓渣天車智能管理系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)詳細(xì)闡述了天車自動(dòng)抓渣的過(guò)程，以及出現(xiàn)故障時(shí)使用遙控抓渣模式。該系統(tǒng)滿足了生產(chǎn)要求的同時(shí)，也一并解決了現(xiàn)有抓渣天車存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)抓渣天車;系統(tǒng)架構(gòu);遙控抓渣模式

中圖分類號(hào)：TG425 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0033-02

1 抓渣天車的現(xiàn)狀

高爐渣是煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的副產(chǎn)物，出渣溫度在1450°左右，含有豐富的顯熱資源，抓渣行車作為高爐渣水淬處理以后搬運(yùn)的設(shè)備，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中占據(jù)著重要的作用，然而由于高爐渣水淬處理的特點(diǎn)，造就了抓渣行車特殊的工作環(huán)境，抓渣天車智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)、解決了目前抓渣車存在的問(wèn)題，同時(shí)保留原系統(tǒng)遙控操作模式可切換，供自動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)應(yīng)急。

2 抓渣天車存在的問(wèn)題

工作環(huán)境惡劣，霧氣中含有SO2等有害氣體。天氣惡劣及霧氣較大時(shí)，司機(jī)在無(wú)法看清抓斗的位置和狀態(tài)，易造成抓斗碰撞沖渣池、損壞設(shè)備。沖渣池中水位較高時(shí)，司機(jī)無(wú)法判斷廢渣的高度、易抓空，影響工作效率。抓渣工作單調(diào)，司機(jī)重復(fù)作業(yè)，容易疲勞造成安全事故。在抓沖渣池底部的時(shí)易將沖渣池底部的鋼板抓起，損壞濾水裝置。

3 智能抓渣天車的要求

擬建設(shè)3座3000m3級(jí)的高爐，每座高爐2個(gè)出渣場(chǎng)， 4個(gè)過(guò)濾池，2個(gè)渣斗。每個(gè)出渣場(chǎng)每天出渣約1575t，折合體積約1500m3。每個(gè)出渣場(chǎng)配置1部抓斗天車。每座高爐每次出渣量約250m3，每次實(shí)際抓渣時(shí)間按照3小時(shí)計(jì)算，抓斗天車抓斗容積6m3，平均抓取水渣按照4m3計(jì)算，需要62.5次完成一個(gè)渣池的抓渣任務(wù)，平均每小時(shí)作業(yè)20.8次。每次作業(yè)時(shí)間需要2分53秒左右。天車工作小車最大行走距離15.6米，大車最大行走距離10米，主鉤升降最大高度13.5米。自動(dòng)天車作業(yè)一次需要最多時(shí)間，如表1所示。

采用無(wú)人天車需滿足生產(chǎn)作業(yè)效率要求。

本項(xiàng)目擬將3座高爐的6部抓斗天車設(shè)計(jì)成無(wú)人天車。

4 智能抓渣系統(tǒng)組成

4.1 智能抓渣系統(tǒng)架構(gòu)（如圖1所示）

4.1.1 機(jī)上系統(tǒng)

機(jī)上系統(tǒng)主要包含變頻控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、抓斗系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

高爐水渣抓斗天車采用自動(dòng)運(yùn)行、遙控運(yùn)行2種運(yùn)行模式。

自動(dòng)模式：天車的運(yùn)行方式選擇為自動(dòng)方式，天車執(zhí)行無(wú)人作業(yè)，自動(dòng)從過(guò)濾池抓取水渣運(yùn)行到渣倉(cāng)位置，打開抓斗，釋放水渣到渣斗。

遙控模式：打開遙控操作開關(guān)時(shí)，天車切換成遙控運(yùn)行模式，遙控按鈕操作有效，遙控操作為優(yōu)先權(quán)最高的操作模式。

4.1.2 通訊系統(tǒng)

（1）水渣池區(qū)域內(nèi)無(wú)線網(wǎng)全覆蓋，保證天車PLC與L2級(jí)之間通訊暢通。（2）天車PLC與L2級(jí)之間通訊采用5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊。（3）交換機(jī)設(shè)置在高爐中控室，交換機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線AP采用光纖介質(zhì)。（4）室外安裝的無(wú)線AP模塊箱防護(hù)等級(jí)為IP67。（5）天車PLC與天車變頻器之間采用采用Profinet通訊，通訊介質(zhì)采用雙絞電纜。（6）天車PLC與L2級(jí)采用無(wú)線以太網(wǎng)通訊。

4.2 智能抓渣方法

水渣抓斗無(wú)人天車系統(tǒng)，分為任務(wù)層和執(zhí)行層。

任務(wù)層依據(jù)操作工作業(yè)指令，系統(tǒng)自動(dòng)給執(zhí)行層下達(dá)天車動(dòng)作的目標(biāo)值，包括大車行走、小車行走、抓斗升降、抓斗開閉等單體動(dòng)作及動(dòng)作協(xié)調(diào)，并解決障礙物避讓、防撞規(guī)劃。

執(zhí)行層具體執(zhí)行天車的單個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)大車、小車位置精確控制;抓斗高度控制、抓斗開閉控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。

4.2.1 自動(dòng)抓渣

以一部天車為例，簡(jiǎn)述自動(dòng)抓渣方法，如圖2所示。圖2可以看出一部天車需要抓兩個(gè)過(guò)濾池中的水渣，每個(gè)過(guò)濾池都有一個(gè)保護(hù)蓋板，當(dāng)高爐往其中一個(gè)過(guò)濾池沖渣時(shí)，保護(hù)蓋板會(huì)蓋上，這時(shí)不允許天車抓這個(gè)過(guò)濾池中的水渣。只有不沖渣的過(guò)濾池才允許抓渣作業(yè)，允許抓渣的保護(hù)蓋板是開啟的，這就避免了天車的誤操作。兩個(gè)渣池設(shè)定了多個(gè)抓渣點(diǎn)，天車通過(guò)X軸位置編碼器，用于檢測(cè)大車行走位置;Y軸位置編碼器，由于檢測(cè)小車行走位置;Z軸位置編碼器，用于檢測(cè)抓斗升降位置，能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的找到需要抓渣的位置。

自動(dòng)抓渣的過(guò)程就是系統(tǒng)中的L2通過(guò)計(jì)算，給出天車抓斗需要抓渣的位置，逐一在渣池中抓取水渣，并將抓斗的水渣自動(dòng)放到渣斗中，這就完成了一個(gè)循環(huán)，這是完全自動(dòng)模式下的過(guò)程。還有一種形式為半自動(dòng)模式，就是給天車抓斗輸入一個(gè)位置坐標(biāo)，讓它直接去給定的位置抓渣，然后放渣。在這個(gè)過(guò)程中，天車移動(dòng)命令分為：無(wú)、向初始位、純移動(dòng)、1個(gè)循環(huán)、取渣、放渣等。

4.2.2 遙控抓渣

如自動(dòng)抓渣系統(tǒng)故障時(shí)，就要啟用遙控模式抓渣，防止水渣不能及時(shí)清理造成溢池事故。遙控模式具有最高優(yōu)先權(quán)。

4.3 L2級(jí)管理控制系統(tǒng)

4.3.1 L2級(jí)管理控制系統(tǒng)概述

L2管理控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抓斗高度減速位置計(jì)算，地址轉(zhuǎn)換，抓渣作業(yè)規(guī)劃等功能。

4.3.2 L2級(jí)管理控制系統(tǒng)詳解

L2級(jí)管理控制系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)服務(wù)器采用windows操作系統(tǒng)。

L2系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用服務(wù)器客戶端的模式，服務(wù)器置于高爐工程師站室，采用兩臺(tái)服務(wù)器互為冷備的模式。每座高爐主控室放置1臺(tái)客戶端，用于本座高爐天車控制的人機(jī)交互。為保證數(shù)據(jù)安全性，服務(wù)器磁盤設(shè)計(jì)成RAID1模式，防止數(shù)據(jù)丟失和便于數(shù)據(jù)的備份。

L2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用Oracle，具有易用性、適合分布式組織的可伸縮性、用于決策支持的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)功能、與許多其他服務(wù)器軟件緊密關(guān)聯(lián)的集成性等優(yōu)點(diǎn)，保證了數(shù)據(jù)管理與分析的靈活性，允許單位在快速變化的環(huán)境中從容響應(yīng)。

L2系統(tǒng)基于NET平臺(tái)開發(fā)，開發(fā)語(yǔ)言使用C#，開發(fā)開發(fā)工具Visual Studio2013。主要的功能分為：

（1）與PLC的通訊。負(fù)責(zé)下發(fā)二級(jí)的設(shè)定信息到PLC，然后在PLC執(zhí)行過(guò)程中接收PLC的動(dòng)作信息。

（2）生產(chǎn)跟蹤與數(shù)據(jù)采集。負(fù)責(zé)行車路徑記錄與信號(hào)采集，管理每次抓渣過(guò)程的每一個(gè)過(guò)程，記錄每次抓渣數(shù)據(jù)，方便統(tǒng)計(jì)計(jì)算。所有的事件的執(zhí)行都是靠跟蹤進(jìn)程進(jìn)行觸發(fā)管理。

（3）模型控制。模型控制主要有：1）抓斗高度減速位置計(jì)算：根據(jù)建模計(jì)算出天車下斗位置渣池內(nèi)渣體高度，計(jì)算出抓斗接近位置，將數(shù)據(jù)下發(fā)給PLC;2）地址轉(zhuǎn)換：通過(guò)對(duì)渣場(chǎng)建模，計(jì)算場(chǎng)內(nèi)渣體分布情況，在開始作業(yè)前規(guī)劃出抓渣方案，將模型計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)位置;3）抓渣作業(yè)規(guī)劃：根據(jù)抓斗容量，天車稱和抓斗位置數(shù)據(jù)，綜合高爐出渣經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)劃抓渣次數(shù)和抓渣路徑。生產(chǎn)過(guò)程中，模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)的預(yù)計(jì)算，并在正確適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻將計(jì)算數(shù)據(jù)下發(fā)給PLC。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能抓渣有系統(tǒng)能夠高效的完成過(guò)濾池中水渣的清理，不但節(jié)省了人工，還能解決傳統(tǒng)抓渣天車存在的各種問(wèn)題。