煉鋼天車設(shè)備及操作在線監(jiān)控管理及應(yīng)用

張春濤 姚旭亮

摘 要：天車設(shè)備及操作在線監(jiān)控管理采用自動化、信息化、視覺識別技術(shù)，從設(shè)備狀態(tài)檢測、設(shè)備圖像采集分析、天車準(zhǔn)時化作業(yè)管理等方面，實(shí)現(xiàn)天車運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字化采集和智能分析，達(dá)到設(shè)備、生產(chǎn)、質(zhì)量可控，降低人員成本，提高人工勞效的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：自動化；信息化；準(zhǔn)時化

ONLINE MONITORING MANAGEMENT AND APPLICATION OF STEELMAKING OVERHEAD CRANE EQUIPMENT AND OPERATION

Zhang Chuntao? ? Yao Xuliang

（Tangshan Iron and Steel Group Co.， Ltd.? ? Tangshan? ? 063000，China）

Abstract：The online monitoring and management of crown block equipment and operation adopts automation， information technology， and visual recognition technology. From the aspects of equipment status detection， equipment image acquisition and analysis， and crown block on-time operation management， digital collection and intelligent analysis of crown block operation status are achieved， achieving the goal of controllable equipment， production， and quality， reducing personnel costs， and improving labor efficiency.

Key words： automation; information technology; on time

0? ? 前? ? 言

天車作為特種設(shè)備，在煉鋼行業(yè)的生產(chǎn)過程中起著極其重要的作用，因此保證其穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，成為安全生產(chǎn)的重要工作。為此，研發(fā)一套實(shí)現(xiàn)對天車設(shè)備、人員操作的在線監(jiān)控管理系統(tǒng)以保證天車安全生產(chǎn)。通過煉鋼天車設(shè)備及操作在線監(jiān)控管理實(shí)現(xiàn)減少設(shè)備故障、降低設(shè)備維修費(fèi)用、操作效率提升降低電耗、提高操作安全性的目的，杜絕安全事故發(fā)生。

唐山市樂亭縣海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)河鋼樂亭鋼鐵基地，煉鐵事業(yè)部主要設(shè)備配置：2臺360 m2燒結(jié)機(jī)、2臺480萬t的帶式焙燒機(jī)2座2 922 m3高爐；熱軋事業(yè)部主要設(shè)備：3座KR脫硫、2座200 t轉(zhuǎn)爐、1座200 t脫磷轉(zhuǎn)爐、2座LF、2座RH、2臺兩機(jī)兩流1 900 mm連鑄機(jī)，一臺兩機(jī)兩流1 600 mm板坯連鑄機(jī)，一條2 050 mm軋線；配置16個跨51部天車，天車配置了安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括變壓器室溫度、電壓、電流監(jiān)控，電機(jī)溫度監(jiān)控，變頻器報警監(jiān)測、防碰撞、限位、登機(jī)連鎖監(jiān)控，但設(shè)備、操作監(jiān)控覆蓋不全面。

1? ? 天車設(shè)備監(jiān)控管理

1.1? ? 天車PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控

PLC地面遠(yuǎn)程監(jiān)控能給設(shè)備維護(hù)、維修帶來極大方便。設(shè)備檢修人員能隨時觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，及時排除故障，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，避免設(shè)備故障帶來不必要的損失。地面服務(wù)站增加PDA趨勢記錄功能，為排查故障及事故分析帶來便利。

1.2? ? 大倉溫度在線檢測

天車電氣大倉溫度在線檢測報警，電氣大倉溫度安裝實(shí)時監(jiān)控儀表，一般數(shù)據(jù)沒有實(shí)時傳輸給點(diǎn)檢人員，只能靠專業(yè)點(diǎn)檢每周按計劃進(jìn)行點(diǎn)檢觀察，由于環(huán)境差異天車大倉空調(diào)老化狀況非常不好，容易報警停機(jī)，造成大倉溫度持續(xù)升高，影響電氣元件運(yùn)行，從而影響天車自動運(yùn)行。將天車大倉溫度實(shí)時傳輸給地面作業(yè)區(qū)，并通過微信實(shí)時將天車大倉溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到相關(guān)人員手中，避免影響天車自動運(yùn)行的情況發(fā)生，利用對發(fā)生的大倉溫度高的隱患能夠及時發(fā)現(xiàn)，避免發(fā)生事故。

1.3? ? 鋼絲繩在線檢測

天車是一種大型提升設(shè)備，由電機(jī)帶動機(jī)械設(shè)備，以帶動鋼絲繩從而帶動鋼包等設(shè)備升降，完成調(diào)運(yùn)任務(wù)。通過對斷絲、變形、磨損、銹蝕等缺陷的實(shí)時在線監(jiān)測科學(xué)預(yù)防斷繩，節(jié)約修維護(hù)費(fèi)用及換繩成本。

1.4? ? 抱閘制動距離監(jiān)測

在天車上的傳動機(jī)構(gòu)共有五處：大車、主小車、副小車、主鉤、副鉤，這五處都是主電機(jī)輸出軸處有一抱閘，軸將動力傳遞給減速器，減速器再驅(qū)動其它機(jī)構(gòu)運(yùn)動。其中抱閘的作用是，當(dāng)需要天車動作停止時，抱閘能及時把軸抱死；當(dāng)需要天車動作時，抱閘能迅速打開，與電機(jī)輸出不“干涉”。抱閘制動距離檢測，能判斷抱閘制動片、制動軸等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，減低安全事故發(fā)生。

1.5? ? 繼電器使用壽命在線檢測

繼電器是控制天車動作的主要輸出電氣元件，理想使用壽命是10萬次以上，要想繼電器的使用壽命達(dá)到理想壽命，必須選型正確，如果繼電器過載使用，壽命會很短。繼電器的使用壽命會根據(jù)不同的使用環(huán)境而有所區(qū)別，與使用頻率、負(fù)載都有關(guān)系。通過對繼電器動作次數(shù)記錄，提前精準(zhǔn)判定并及時更換老化元件，避免設(shè)備事故發(fā)生。

1.6? ? 電氣系統(tǒng)絕緣檢測

天車線路復(fù)雜，頻繁運(yùn)行，震動較大，隱蔽部位電纜可能會加速劣化損壞導(dǎo)致接地漏電。電纜接地漏電有可能會導(dǎo)致變頻模塊損壞。且熱軋450 t天車主變二次側(cè)回路為中性點(diǎn)不接地的懸浮系統(tǒng)，針對這種系統(tǒng)，單個接地點(diǎn)不會導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，所以提前發(fā)現(xiàn)隱患的難度大，而隱患發(fā)展到兩點(diǎn)接地后，會造成停機(jī)、設(shè)備損壞進(jìn)而形成事故。天車電纜接地絕緣檢測能提前發(fā)現(xiàn)電纜接地隱患，避免事故停車，達(dá)到事故保全的效果。

2? ? 操作監(jiān)控管理

2.1? ? 天車對講機(jī)錄音

天車指揮需要對講機(jī)聯(lián)系，規(guī)定指令清晰，液體天車摘掛耳軸關(guān)鍵等操作需要司機(jī)語音二次確認(rèn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，會偶爾出現(xiàn)指令和操作產(chǎn)生偏差的問題，對安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響。因此，需要天車指揮標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)控系統(tǒng)，對對講機(jī)語音內(nèi)容錄音，監(jiān)督天車溝通操作的過程標(biāo)準(zhǔn)化過程，為管理者檢查提供依據(jù)。

熱軋事業(yè)部生產(chǎn)用天車主跨共6個，共19部天車，包括廢鋼、加料1、加料2、精煉、鋼水跨、連鑄跨，按照天車跨配備了對講機(jī)頻道6個。

配置6個天車跨對講機(jī)錄音系統(tǒng)，語音清晰，按照時間形成錄音文件，無語音1分鐘間隔當(dāng)前文件結(jié)束，無語音不錄音，錄音存儲時間1周。

錄音文件容量5M/分鐘，按照85%的使用率計算，每天錄音文件為6G，1周錄音容量為42G。

天車對講機(jī)錄音能夠?qū)崟r采集各跨對講機(jī)語音，為天車標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)中對講機(jī)確認(rèn)環(huán)節(jié)、上下天車語音聯(lián)系等情況是否落實(shí)提供檢查依據(jù)，當(dāng)因?qū)χv機(jī)指揮環(huán)節(jié)與地面溝通發(fā)生異常事件時，此系統(tǒng)可提供現(xiàn)場語音證據(jù)。

2.2? ? 天車準(zhǔn)時化作業(yè)管理

準(zhǔn)時化生產(chǎn)是一種“拉動”式生產(chǎn)管理模式，實(shí)現(xiàn)在必要的時刻生產(chǎn)必要數(shù)量的必要產(chǎn)品（或零配件），從而徹底消除在制品過量的浪費(fèi)，以及由之衍生出來的種種間接浪費(fèi)。然后通過旨在解決這些問題的改善活動，徹底消除引起成本增加的種種浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的合理性、高效性和靈活性。天車準(zhǔn)時化管理，完成天車運(yùn)行全流程實(shí)時監(jiān)控，司機(jī)操作過程不同階段制定標(biāo)準(zhǔn)化時間，通過計算機(jī)采集記錄司機(jī)實(shí)際操作時間與標(biāo)準(zhǔn)化時間對比，杜絕天車作業(yè)銜接時間過長，工作效率低等問題。例如：轉(zhuǎn)爐加料天車編寫針對爐作業(yè)的準(zhǔn)時化程序，將加廢鋼等待時間、加廢鋼時間、裝鐵等待時間、裝鐵運(yùn)行時間、裝鐵時間傳輸?shù)絇I實(shí)時數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)頁查詢。

2.3? ? 天車違規(guī)操作管理

煉鋼天車是連接工藝之間的橋梁，天車穩(wěn)定運(yùn)行是煉鋼生產(chǎn)的基本保證。天車作業(yè)區(qū)人員眾多，工作點(diǎn)分散，而且單獨(dú)作業(yè)，操作天車手法存在多樣性，不便于管理。

天車操作隨意性強(qiáng)的問題根深蒂固，體現(xiàn)在職工培訓(xùn)工作不夠扎實(shí)，基礎(chǔ)工作管理薄弱；崗位規(guī)程簡單，不能對作業(yè)活動全覆蓋，更重要的是缺乏對每個作業(yè)環(huán)節(jié)針對性的要求。起初崗位職工從“老師傅”那里傳承過來的操作手法和作業(yè)習(xí)慣不同，經(jīng)過多年的沉淀和積累，天車操作者的意識就形成了“隨意性和頑固性”，當(dāng)習(xí)慣成自然就非常難以改變了，尤其在作為生產(chǎn)骨干的作業(yè)長和班組長思想上扎根、生根直至根深蒂固，改變“舊習(xí)”就會難上加難。所以，在日常作業(yè)管理上缺乏規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，對崗位工人的檢查也沒有詳實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，這是天車發(fā)生操作異常事件甚至事故的深層次管理原因。沒有標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)不清是推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的最大障礙。

熱軋事業(yè)部共有天車51部，每部天車均配備PLC控制系統(tǒng)。但目前沒有配置違規(guī)操作自動檢測系統(tǒng)。通過對2022年作業(yè)區(qū)8起異常事件的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，每一起事故、異常事件的發(fā)生均存有人員的操作失誤、不規(guī)范行為等原因。為規(guī)范天車司機(jī)的操作，改變習(xí)慣性作業(yè)手法，防止天車人身安全事故、設(shè)備事故發(fā)生，設(shè)計開發(fā)煉鋼天車違規(guī)操作實(shí)時報警系統(tǒng)。

借鑒道路“電子警察”的做法，對天車司機(jī)習(xí)慣性違規(guī)作業(yè)自動檢測，通過司機(jī)室語音播放給天車司機(jī)，規(guī)范天車工操作。通過違規(guī)預(yù)先提醒功能，減少違規(guī)行為發(fā)生，杜絕因操作失誤，誤碰等現(xiàn)象造成鋼絲繩反卷，頂輪事故發(fā)生、消除操作者放松警惕的可能性，達(dá)到操作者主動標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的推動作用。

在加料天車增加包括天車操作違規(guī)報警項(xiàng)目為天車上下車未使用告知器，接班未實(shí)驗(yàn)副小車限位，接班未實(shí)驗(yàn)主小車限位，接班未實(shí)驗(yàn)主起升限位，接班未實(shí)驗(yàn)副起升限位，接班未實(shí)驗(yàn)大車防碰撞預(yù)警位，接班未實(shí)驗(yàn)大車防碰撞停車位，班中主起升限位停車，班中副起升限位停車，天車動車未鳴鈴，天車主起吊未停頓試吊，天車副起吊未停頓試吊，天車停止作業(yè)電源未切斷60 s，天車主起升接近落點(diǎn)未用調(diào)速減速60%，天車副起升接近落點(diǎn)未用調(diào)速減速60%，天車大車反車制動，天車主小車反車制動，天車副小車反車制動，天車3只及以上控制器同時操作（三把活），天車運(yùn)行中天車門打開整車斷電，天車主起升下限位報警1 m，天車副起升下限位報警1 m等28項(xiàng)報警代碼。

通過現(xiàn)場測試，在天車運(yùn)行過程匯總，語音播報前方可能接觸的設(shè)備設(shè)施，大大提高了崗位的操作專注度，提高了天車自動運(yùn)行的安全可靠性。

3? ? 司機(jī)安全操作可視化

3.1? ? 天車耳軸識別

煉鋼天車吊掛作業(yè)需要天車司機(jī)、地面指揮人員協(xié)同，天車司機(jī)自己無法確認(rèn)地面吊掛狀態(tài)，地面吊掛狀態(tài)完全依靠地面指揮人員，吊掛作業(yè)許多環(huán)節(jié)地面需要指揮者確認(rèn)，確認(rèn)不好會造成蹲鉤、卡勾、鋼包脫落等危險，并且現(xiàn)場指揮人員存在較大人身安全隱患。為了降低煉鋼吊包作業(yè)流程存在的危險，提高作業(yè)效率，設(shè)計煉鋼天車吊掛作業(yè)圖像識別功能。

此系統(tǒng)將地面拍攝大包耳軸的攝像頭圖像應(yīng)用無線技術(shù)實(shí)時傳輸?shù)教燔嚻桨咫娔X，平板電腦應(yīng)用 Python編程經(jīng)過卷積分析，識別天車吊掛作業(yè)等待、準(zhǔn)備掛鉤、正在掛鉤、吊鉤到位四個狀態(tài)并語音提示天車司機(jī)，從而省略指揮人員的兩側(cè)確認(rèn)和天車司機(jī)的二次確環(huán)節(jié)，不僅避免了指揮人員來回走動所帶來的人身安全隱患，而且還能節(jié)省掛包時間，提高生產(chǎn)效率。將圖像識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)應(yīng)用于天車領(lǐng)域，使天車作業(yè)更加智能化、自動化，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)人才、提高生產(chǎn)利潤的目標(biāo)。

3.2? ? 天車語音導(dǎo)航

熱軋煉鋼區(qū)域現(xiàn)場設(shè)備較多，且諸多設(shè)備位造成天車運(yùn)行通道狹窄，容易發(fā)生磕碰事故。天車安裝定置提醒裝置，利用天車定位語音導(dǎo)航系統(tǒng)，將天車運(yùn)行通道中易發(fā)生磕碰部位錄入系統(tǒng)定位，當(dāng)天車將要通過這些區(qū)域時提前通知提醒天車司機(jī)注意，從而防止發(fā)生磕碰事故。

司機(jī)室內(nèi)由于視線的局限性，吊、放包工作過程中不能清晰觀察天車大車、小車、吊鉤的位置，利用天車定位語音導(dǎo)航系統(tǒng)，將天車工作位坐標(biāo)錄入系統(tǒng)定位，通過語音播報天車大車、小車、吊鉤實(shí)際位置與工作坐標(biāo)差距，實(shí)現(xiàn)工作位精確定位，提高工作效率。

精煉、鋼水跨運(yùn)行天車共計六部主要為鋼水三臺450 t、一臺160 t、精煉跨一臺450 t、一臺160 t。煉鋼區(qū)域現(xiàn)場設(shè)備較多，尤為鋼水跨區(qū)域，在天車運(yùn)行過程中下方主體設(shè)備有：轉(zhuǎn)爐爐后平臺、滑板除塵車、滑板加沙平臺、三個連鑄機(jī)裝缸平臺、LF爐平臺、LF爐懸臂吊、十二個烤包器、RH平臺。為了消除天車運(yùn)行過程中磕碰設(shè)備事故的發(fā)生，增加提前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)天車運(yùn)行零磕碰。

天車定位數(shù)據(jù)采集利用天車PDA曲線，確定天車在運(yùn)行過程中所接觸的設(shè)備設(shè)施并定位大車、小車X、Y位置數(shù)據(jù)。同時與天車內(nèi)天車定位電腦相結(jié)合，配置預(yù)警外放設(shè)備，根據(jù)天車運(yùn)行的X、Y軸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警內(nèi)容播報。對障礙物躲避的語音提示保證天車的行車安全，對工作位實(shí)時提醒，縮短天車吊包、放包操作時間，提高工作效。

3.3? ? 監(jiān)控畫面整合

熱軋事業(yè)部煉鋼轉(zhuǎn)爐天車定位是獨(dú)立系統(tǒng)，調(diào)度室配置天車定位畫面，動態(tài)顯示鐵水進(jìn)入煉鋼車間直至鋼水到達(dá)連鑄機(jī)進(jìn)行澆鑄的整個煉鋼過程，轉(zhuǎn)爐中控室無此畫面顯示。

在煉鋼中控增加電視監(jiān)控，顯示天車定位畫面，可以在轉(zhuǎn)爐中控室、LF、KR主控室顯示，并具有錄像功能，為生產(chǎn)節(jié)奏異常，提供追溯錄像信息功能，從而提高生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)爐可以根據(jù)天車位置，判斷備包、備廢鋼和鐵水情況，充分利用生產(chǎn)間隙，維護(hù)爐況，提高轉(zhuǎn)爐壽命。

4? ? 結(jié)? ? 語

通過天車設(shè)備及操作在線監(jiān)控管理，建立標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)制，強(qiáng)化推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。完善崗位規(guī)程，制訂可視化崗位規(guī)程，提高崗位工人對規(guī)程的掌握率，提高操作標(biāo)準(zhǔn)化，加強(qiáng)人員操作規(guī)范性管控。讓每個崗位工人逐漸按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)要求進(jìn)行操作，使標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)在日常的行為中成為習(xí)慣，從而降低各類事故的發(fā)生幾率?？傊?，煉鋼天車設(shè)備及操作在線監(jiān)控管理，通過自主研發(fā)、模式獨(dú)立、投入最少的原則，實(shí)現(xiàn)人員增值、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)增強(qiáng)公司軟實(shí)力。