劉明超

摘 要：介紹了自動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，同時詳細闡述了天車自動抓渣的過程，以及出現故障時使用遙控抓渣模式。該系統(tǒng)滿足了生產要求的同時，也一并解決了現有抓渣天車存在的問題。

關鍵詞：自動抓渣天車;系統(tǒng)架構;遙控抓渣模式

中圖分類號：TG425 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0033-02

1 抓渣天車的現狀

高爐渣是煉鐵生產過程中必不可少的副產物，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的設備，在整個生產過程中占據著重要的作用，然而由于高爐渣水淬處理的特點，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)，實現自動作業(yè)、解決了目前抓渣車存在的問題，同時保留原系統(tǒng)遙控操作模式可切換，供自動系統(tǒng)故障時應急。

2 抓渣天車存在的問題

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，司機在無法看清抓斗的位置和狀態(tài)，易造成抓斗碰撞沖渣池、損壞設備。沖渣池中水位較高時，司機無法判斷廢渣的高度、易抓空，影響工作效率。抓渣工作單調，司機重復作業(yè)，容易疲勞造成安全事故。在抓沖渣池底部的時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3座3000m3級的高爐，每座高爐2個出渣場， 4個過濾池，2個渣斗。每個出渣場每天出渣約1575t，折合體積約1500m3。每個出渣場配置1部抓斗天車。每座高爐每次出渣量約250m3，每次實際抓渣時間按照3小時計算，抓斗天車抓斗容積6m3，平均抓取水渣按照4m3計算，需要62.5次完成一個渣池的抓渣任務，平均每小時作業(yè)20.8次。每次作業(yè)時間需要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。自動天車作業(yè)一次需要最多時間，如表1所示。

采用無人天車需滿足生產作業(yè)效率要求。

本項目擬將3座高爐的6部抓斗天車設計成無人天車。

4 智能抓渣系統(tǒng)組成

4.1 智能抓渣系統(tǒng)架構（如圖1所示）

4.1.1 機上系統(tǒng)

機上系統(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運行、遙控運行2種運行模式。

自動模式：天車的運行方式選擇為自動方式，天車執(zhí)行無人作業(yè)，自動從過濾池抓取水渣運行到渣倉位置，打開抓斗，釋放水渣到渣斗。

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

4.1.2 通訊系統(tǒng)

（1）水渣池區(qū)域內無線網全覆蓋，保證天車PLC與L2級之間通訊暢通。（2）天車PLC與L2級之間通訊采用5G無線網絡通訊。（3）交換機設置在高爐中控室，交換機到現場無線AP采用光纖介質。（4）室外安裝的無線AP模塊箱防護等級為IP67。（5）天車PLC與天車變頻器之間采用采用Profinet通訊，通訊介質采用雙絞電纜。（6）天車PLC與L2級采用無線以太網通訊。

4.2 智能抓渣方法

水渣抓斗無人天車系統(tǒng)，分為任務層和執(zhí)行層。

任務層依據操作工作業(yè)指令，系統(tǒng)自動給執(zhí)行層下達天車動作的目標值，包括大車行走、小車行走、抓斗升降、抓斗開閉等單體動作及動作協調，并解決障礙物避讓、防撞規(guī)劃。

執(zhí)行層具體執(zhí)行天車的單個動作，實現大車、小車位置精確控制;抓斗高度控制、抓斗開閉控制，實現無人駕駛。

4.2.1 自動抓渣

以一部天車為例，簡述自動抓渣方法，如圖2所示。圖2可以看出一部天車需要抓兩個過濾池中的水渣，每個過濾池都有一個保護蓋板，當高爐往其中一個過濾池沖渣時，保護蓋板會蓋上，這時不允許天車抓這個過濾池中的水渣。只有不沖渣的過濾池才允許抓渣作業(yè)，允許抓渣的保護蓋板是開啟的，這就避免了天車的誤操作。兩個渣池設定了多個抓渣點，天車通過X軸位置編碼器，用于檢測大車行走位置;Y軸位置編碼器，由于檢測小車行走位置;Z軸位置編碼器，用于檢測抓斗升降位置，能夠準確無誤的找到需要抓渣的位置。

自動抓渣的過程就是系統(tǒng)中的L2通過計算，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放到渣斗中，這就完成了一個循環(huán)，這是完全自動模式下的過程。還有一種形式為半自動模式，就是給天車抓斗輸入一個位置坐標，讓它直接去給定的位置抓渣，然后放渣。在這個過程中，天車移動命令分為：無、向初始位、純移動、1個循環(huán)、取渣、放渣等。

4.2.2 遙控抓渣

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

4.3 L2級管理控制系統(tǒng)

4.3.1 L2級管理控制系統(tǒng)概述

L2管理控制系統(tǒng)實現抓斗高度減速位置計算，地址轉換，抓渣作業(yè)規(guī)劃等功能。

4.3.2 L2級管理控制系統(tǒng)詳解

L2級管理控制系統(tǒng)運行平臺服務器采用windows操作系統(tǒng)。

L2系統(tǒng)設計采用服務器客戶端的模式，服務器置于高爐工程師站室，采用兩臺服務器互為冷備的模式。每座高爐主控室放置1臺客戶端，用于本座高爐天車控制的人機交互。為保證數據安全性，服務器磁盤設計成RAID1模式，防止數據丟失和便于數據的備份。

L2系統(tǒng)數據庫使用Oracle，具有易用性、適合分布式組織的可伸縮性、用于決策支持的數據倉庫功能、與許多其他服務器軟件緊密關聯的集成性等優(yōu)點，保證了數據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。

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

（1）與PLC的通訊。負責下發(fā)二級的設定信息到PLC，然后在PLC執(zhí)行過程中接收PLC的動作信息。

（2）生產跟蹤與數據采集。負責行車路徑記錄與信號采集，管理每次抓渣過程的每一個過程，記錄每次抓渣數據，方便統(tǒng)計計算。所有的事件的執(zhí)行都是靠跟蹤進程進行觸發(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算：根據建模計算出天車下斗位置渣池內渣體高度，計算出抓斗接近位置，將數據下發(fā)給PLC;2）地址轉換：通過對渣場建模，計算場內渣體分布情況，在開始作業(yè)前規(guī)劃出抓渣方案，將模型計算數據轉換成現場實際作業(yè)位置;3）抓渣作業(yè)規(guī)劃：根據抓斗容量，天車稱和抓斗位置數據，綜合高爐出渣經驗數據，規(guī)劃抓渣次數和抓渣路徑。生產過程中，模型進行動態(tài)的預計算，并在正確適當的時刻將計算數據下發(fā)給PLC。

5 結語

綜上所述，智能抓渣有系統(tǒng)能夠高效的完成過濾池中水渣的清理，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題。