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(dòng)化、信息化、視覺識(shí)別技術(shù)，從設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、設(shè)備圖像采集分析、天車準(zhǔn)時(shí)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(dòng)化；信息化；準(zhǔn)時(shí)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(duì)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(tái)360 m2燒結(jié)機(jī)、2臺(tái)480萬(wàn)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(tái)兩機(jī)兩流1 900 mm連鑄機(jī)，一臺(tái)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(gè)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(bào)警監(jiān)測(cè)、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(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，及時(shí)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(shì)記錄功能，為排查故障及事故分析帶來便利。

1.2? ? 大倉(cāng)溫度在線檢測(cè)

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

1.3? ? 鋼絲繩在線檢測(cè)

天車是一種大型提升設(shè)備，由電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備，以帶動(dòng)鋼絲繩從而帶動(dòng)鋼包等設(shè)備升降，完成調(diào)運(yùn)任務(wù)。通過對(duì)斷絲、變形、磨損、銹蝕等缺陷的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)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(dòng)距離監(jiān)測(cè)

在天車上的傳動(dòng)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(dòng)力傳遞給減速器，減速器再驅(qū)動(dòng)其它機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。其中抱閘的作用是，當(dāng)需要天車動(dòng)作停止時(shí)，抱閘能及時(shí)把軸抱死；當(dāng)需要天車動(dòng)作時(shí)，抱閘能迅速打開，與電機(jī)輸出不“干涉”。抱閘制動(dòng)距離檢測(cè)，能判斷抱閘制動(dòng)片、制動(dòng)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(cè)

繼電器是控制天車動(dòng)作的主要輸出電氣元件，理想使用壽命是10萬(wàn)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(huì)很短。繼電器的使用壽命會(huì)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(duì)繼電器動(dòng)作次數(shù)記錄，提前精準(zhǔn)判定并及時(shí)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(cè)

天車線路復(fù)雜，頻繁運(yùn)行，震動(dòng)較大，隱蔽部位電纜可能會(huì)加速劣化損壞導(dǎo)致接地漏電。電纜接地漏電有可能會(huì)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(duì)這種系統(tǒng)，單個(gè)接地點(diǎn)不會(huì)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(huì)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(cè)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(duì)講機(jī)錄音

天車指揮需要對(duì)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(yǔ)音二次確認(rèn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)偶爾出現(xiàn)指令和操作產(chǎn)生偏差的問題，對(duì)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(duì)對(duì)講機(jī)語(yǔ)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(gè)，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(duì)講機(jī)頻道6個(gè)。

配置6個(gè)天車跨對(duì)講機(jī)錄音系統(tǒng)，語(yǔ)音清晰，按照時(shí)間形成錄音文件，無語(yǔ)音1分鐘間隔當(dāng)前文件結(jié)束，無語(yǔ)音不錄音，錄音存儲(chǔ)時(shí)間1周。

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

天車對(duì)講機(jī)錄音能夠?qū)崟r(shí)采集各跨對(duì)講機(jī)語(yǔ)音，為天車標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)中對(duì)講機(jī)確認(rèn)環(huán)節(jié)、上下天車語(yǔ)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(shí)，此系統(tǒng)可提供現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音證據(jù)。

2.2? ? 天車準(zhǔn)時(shí)化作業(yè)管理

準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)是一種“拉動(dòng)”式生產(chǎn)管理模式，實(shí)現(xiàn)在必要的時(shí)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(dòng)，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(shí)化管理，完成天車運(yùn)行全流程實(shí)時(shí)監(jiān)控，司機(jī)操作過程不同階段制定標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間，通過計(jì)算機(jī)采集記錄司機(jī)實(shí)際操作時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間對(duì)比，杜絕天車作業(yè)銜接時(shí)間過長(zhǎng)，工作效率低等問題。例如：轉(zhuǎn)爐加料天車編寫針對(duì)爐作業(yè)的準(zhǔn)時(shí)化程序，將加廢鋼等待時(shí)間、加廢鋼時(shí)間、裝鐵等待時(shí)間、裝鐵運(yùn)行時(shí)間、裝鐵時(shí)間傳輸?shù)絇I實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過網(wǎng)頁(yè)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(jiǎn)單，不能對(duì)作業(yè)活動(dòng)全覆蓋，更重要的是缺乏對(duì)每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)針對(duì)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(shí)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(zhǎng)和班組長(zhǎng)思想上扎根、生根直至根深蒂固，改變“舊習(xí)”就會(huì)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(duì)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(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。通過對(duì)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(jì)開發(fā)煉鋼天車違規(guī)操作實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)。

借鑒道路“電子警察”的做法，對(duì)天車司機(jī)習(xí)慣性違規(guī)作業(yè)自動(dòng)檢測(cè)，通過司機(jī)室語(yǔ)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(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的推動(dòng)作用。

在加料天車增加包括天車操作違規(guī)報(bào)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(dòng)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(dòng)，天車主小車反車制動(dòng)，天車副小車反車制動(dòng)，天車3只及以上控制器同時(shí)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(bào)警1 m，天車副起升下限位報(bào)警1 m等28項(xiàng)報(bào)警代碼。

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在天車運(yùn)行過程匯總，語(yǔ)音播報(bào)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(dòng)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(shí)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(huì)造成蹲鉤、卡勾、鋼包脫落等危險(xiǎn)，并且現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)，提高作業(yè)效率，設(shè)計(jì)煉鋼天車吊掛作業(yè)圖像識(shí)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(shí)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(shí)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(gè)狀態(tài)并語(yǔ)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(dòng)所帶來的人身安全隱患，而且還能節(jié)省掛包時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。將圖像識(shí)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(dòng)化，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)人才、提高生產(chǎn)利潤(rùn)的目標(biāo)。

3.2? ? 天車語(yǔ)音導(dǎo)航

熱軋煉鋼區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)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(yǔ)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(shí)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(yǔ)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(yǔ)音播報(bào)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(jì)六部主要為鋼水三臺(tái)450 t、一臺(tái)160 t、精煉跨一臺(tái)450 t、一臺(tái)160 t。煉鋼區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)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(tái)、滑板除塵車、滑板加沙平臺(tái)、三個(gè)連鑄機(jī)裝缸平臺(tái)、LF爐平臺(tái)、LF爐懸臂吊、十二個(gè)烤包器、RH平臺(tái)。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(shí)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(bào)。對(duì)障礙物躲避的語(yǔ)音提示保證天車的行車安全，對(duì)工作位實(shí)時(shí)提醒，縮短天車吊包、放包操作時(shí)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(dòng)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(gè)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(yǔ)

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(duì)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(gè)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。總之，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。