趙華 ，馬銀華 ，于慶泉 ，魏世明 ，何亦光 ，李志

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

焦爐四大車（裝煤車、推焦車、攔焦車和熄焦車）是維持焦爐連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其中熄焦車是將焦爐炭化室1 000℃左右的紅焦承載并運輸?shù)礁上ń範t內(nèi)或熄焦塔進行降溫冷卻處理的重要設(shè)備，也是四大車中運行最頻繁、運行路程最長的機車，具有重負載運行、慣性大、手動操控、操作時間緊湊的運行特點。中國焦炭生產(chǎn)中焦車運行大多采用人工操作，不同熄焦車在同一條軌道線運行時，若操作視線不好、司機注意力不集中，或出現(xiàn)操作不當、剎車系統(tǒng)不靈等情況，極易發(fā)生撞車事故，造成設(shè)備撞擊損壞、脫軌、紅焦落地、焦爐停產(chǎn)、人身傷害等嚴重后果。為了防止熄焦車撞車事故的發(fā)生，鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱“鲅魚圈”）煉焦部先后自主研發(fā)了基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)、基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)，并引進了一種基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)，通過技術(shù)改造不斷提升設(shè)備保障能力，有效防止了熄焦車撞車事故的發(fā)生。

1 熄焦車防碰撞技術(shù)

1.1 基于限位開關(guān)的焦爐機車防碰撞技術(shù)

鲅魚圈煉焦部工藝設(shè)備總體布局緊湊，4座7 m焦爐由南至北呈線狀排布，4輛熄焦車共用同一條熄焦線，2套處理能力均為160 t/h的干熄焦爐位于熄焦線中間。由于兩輛熄焦車同時進行干熄焦作業(yè)時距離太近，經(jīng)常會發(fā)生熄焦車碰撞事故。為了解決此問題，鲅魚圈煉焦部于2008年自主研發(fā)了基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)。

1.1.1 工藝原理

限位開關(guān)利用運動單元觸發(fā)限位開關(guān)的接通和分斷，使運動單元部件能夠?qū)崿F(xiàn)自動停止，改變運動方向或者運動模式等功能?；谙尬婚_關(guān)的焦爐機車防碰撞技術(shù)控制示意圖見圖1。對熄焦車走行控制系統(tǒng)進行程序優(yōu)化，新增熄焦車走行減速控制和制動控制線路，以限位開關(guān)為控制接點，分別安裝在預(yù)先設(shè)定好的減速點、制動點位置。當熄焦車經(jīng)過減速點時，會自動采取減速操作，由高速慢下來；再經(jīng)過制動點時，會自動進行制動操作。由于兩熄焦車之間最終制動點相距太近，在熄焦車上限位軸上安裝大號彈簧，在熄焦線上安裝固定“鐵鞋”，以達到緩沖和制動作用，從而使兩車停下來時不碰撞。

圖1 基于限位開關(guān)的焦爐機車防碰撞技術(shù)控制示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Anti-collision Control Technology for Coke Oven Locomotives Based on Limit Switch

1.1.2 技術(shù)特點

（1）工藝控制原理簡單，設(shè)備材料簡單，改造成本低廉，易自主開發(fā)。

（2）在工程應(yīng)用中，限位開關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象，運行可靠性相對較差，但維修更換方便，運行成本低。

（3）有較大局限性，適用范圍較小。

1.2 基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)

焦炭生產(chǎn)工藝要求焦爐機械設(shè)備中的機車協(xié)同作業(yè)，完成裝煤、平煤、推焦、攔焦、除塵等一系列操作。機車協(xié)同的關(guān)鍵問題是焦爐機車的自動控制，即如何按照煉焦生產(chǎn)計劃和煉焦生產(chǎn)工藝要求，在中控室工業(yè)計算機的集中控制管理下，控制焦爐機車自動行走并精確定位于指定的目標地址，繼而協(xié)同完成煉焦生產(chǎn)作業(yè)。鲅魚圈煉焦部機車定位原采用編碼電纜定位技術(shù)，存在更換維修成本高、難度大等不足，于2012年引進了碼牌識別定位系統(tǒng)，提高焦爐機車定位的準確性和精度。在此技術(shù)基礎(chǔ)上自主研發(fā)了基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)。

1.2.1 工藝原理

基于碼牌識別定位和編碼器測距的焦爐機車防碰撞技術(shù)工作原理：基于碼牌識別定位系統(tǒng)建立焦爐各熄焦車的實時位置，利用焦爐機車無線通信網(wǎng)絡(luò)將各車的實時位置傳送給中控PLC，同時將熄焦車運行區(qū)域劃分為4檔速度區(qū)、3檔速度區(qū)、1～2檔速度區(qū)三個區(qū)域。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗及現(xiàn)場標定，熄焦車在4檔速度區(qū)以任意速度行駛均可滿足安全停車的要求；在3檔速度區(qū)而速度為4檔時便有可能沖出軌道邊界；在1～2檔速度區(qū)而速度高于2檔時幾乎肯定會沖出軌道邊界。因此，為確保熄焦車安全運行，規(guī)定3檔速度區(qū)限制4檔速度，熄焦車只可以3檔及以下速度行駛，1～2檔速度區(qū)限制3～4檔速度，熄焦車只可以2檔及以下速度行駛?；诖a牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)控制示意圖見圖2。

圖2 基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)控制示意圖Fig.2 Schematic Diagram for Anti-collision Control Technology for Coke Oven Locomotives Based on Positioning by Code Card Identification

1.2.2 技術(shù)特點

（1）此項技術(shù)屬于在碼牌識別定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上的再次開發(fā)利用，幾乎無成本，但機車位置判定計算設(shè)定較復(fù)雜，各種狀況下的位置判定需要嚴密的邏輯測算設(shè)計，可以自主開發(fā)但有一定的難度。

（2）運行非常可靠，無需維修，無運行成本。

（3）有一定的局限性，在兩干熄焦系統(tǒng)之間未設(shè)置碼牌區(qū)域無法運行，但可以通過新增碼牌方式進行完善。

（4）定位精度取決于碼牌之間間隔，鲅魚圈煉焦部現(xiàn)設(shè)定為1.4 m。

（5）此項技術(shù)還可以判斷兩車之間距離，有較大技術(shù)升級空間。

（6）可與其他系統(tǒng)聯(lián)合起來建立焦爐車輛管理系統(tǒng)，提高焦爐車輛控制自動化和智能化水平，為焦爐機車無人駕駛技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1.3 基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)

隨著滿足高爐生產(chǎn)需求和促進焦化綠色生產(chǎn)的需要，鲅魚圈煉焦部焦爐生產(chǎn)節(jié)奏進一步強化，且新建3干熄焦爐已列上日程，熄焦車操作時間日益緊張，同時車輛分配調(diào)度管理更為復(fù)雜，因此引進了基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)。

1.3.1 工藝原理

超聲波測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它傳統(tǒng)的光學(xué)檢測或者電磁學(xué)檢測方法相比較，超聲波測距不受光線、被測對象顏色等因素的干擾，尤其適用于被測物在煙霧、大量粉塵、電磁干擾或致毒等極端惡劣環(huán)境下的測量?；诔暡y距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)工作原理：利用超聲波抗干擾能力強，在雨雪、粉塵、蒸汽以及車輛晃動等惡劣工況下，仍具有良好的目標捕捉能力的技術(shù)特點，通過與焦爐車輛的車載控制系統(tǒng)連鎖，實現(xiàn)防撞對象間距的實時監(jiān)控，以及緊急情況下的自動減速和停車。該焦爐車輛防碰撞系統(tǒng)主要由信號采集器、信號分析處理器、報警裝置、以及PLC控制系統(tǒng)等部分組成。基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)工藝控制示意圖見圖3。

圖3 基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)工藝控制示意圖Fig.3 Schematic Diagram for Anti-collision Control Technology for Coke Oven Vehicles Based on Ultrasonic Ranging

1.3.2 技術(shù)特點

（1）由于超聲波是依靠機械振動產(chǎn)生的，因而對粉塵、電磁場、蒸汽等惡劣工況抵抗力強。

（2）采用自有技術(shù)設(shè)計的喇叭口型探頭，具有良好的目標捕捉能力，對車輛晃動，軌道面局部高低不平等環(huán)境因素適應(yīng)能力強。

（3）利用自身技術(shù)開發(fā)的數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)，功能強大，糾錯能力強，可有效屏蔽噪音、障礙物等干擾因素。

（4）成本不高，運行費用少，除罐車更換作業(yè)外的其它作業(yè)均容易維護。

（5）可與焦爐車輛對位系統(tǒng)組合，實現(xiàn)“雙保險”。

2 熄焦車防碰撞技術(shù)對比分析

結(jié)合鲅魚圈煉焦部三種熄焦車防碰撞技術(shù)的應(yīng)用情況，從技術(shù)改造、運行控制以及升級空間等9個方面進行了技術(shù)對比，詳見表1。由表1可以看出，三種熄焦車防碰撞技術(shù)改造成本都較低，相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)均較成熟，運行成本低，相互可以兼容，均能在不同程度上實現(xiàn)熄焦車防碰撞目的，其中基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)適用范圍較窄，基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)適用面最寬、精確度最高，基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)開發(fā)較難，但開發(fā)前景較大。

表1 三種熄焦車防碰撞技術(shù)對比Table 1 Comparison of Three Anti-collision Technologies for Coke Quenching Cars

3 應(yīng)用效果

（1）自2008年基于限位開關(guān)的焦爐機車防碰撞技術(shù)應(yīng)用以來，在干熄焦提升機井架下未再發(fā)生熄焦車相撞事故，實現(xiàn)了干熄爐穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)省了操作時間，降低了設(shè)備維修費用，延長了設(shè)備使用壽命。

（2）自2012年基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)投入運用以來，熄焦車相撞事故有效減少，同時也防止了熄焦車撞擊焦爐兩側(cè)止擋器造成“過線脫軌”事故的發(fā)生，確保了煉焦生產(chǎn)的安全高效運行。

（3）自2019年3月引進的基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)投入運營以來，沒有再發(fā)生熄焦車相撞事故，有效保證了焦爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

4 結(jié)語

鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司為了防止熄焦車碰撞事故的發(fā)生，先后自主研發(fā)了基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)、基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)，并引進了一種基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)。通過對三項技術(shù)進行對比分析得出，三種熄焦車防碰撞技術(shù)改造成本都較低，相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)均較成熟，運行成本低，相互可以兼容，均在不同程度上實現(xiàn)熄焦車防碰撞目的，其中基于限位開關(guān)的焦爐機車防碰撞技術(shù)適用范圍較窄，基于超聲波測距的焦爐車輛防碰撞技術(shù)適用面最寬，精確度最高，基于碼牌識別定位的焦爐機車防碰撞技術(shù)開發(fā)較難但開發(fā)前景較大。三項技術(shù)應(yīng)用后均有效減少了熄焦車運行中碰撞事故的發(fā)生。