1 前 言
隨著工業現代化進程的加快?冶金行業對生產過程自動化水平的要求不斷提高?但大型移動設備的全線自動化控制思路還不夠完善?尤其是移動設備與地面設備及主控室之間的通訊一直是制約全線自動化進一步開展的瓶頸。濟鋼**煉鐵廠原料區域共有12臺堆取料機?均為車上手動操作?沒有實現主控制室自動操作及監控功能?這不但影響了作業效率?而且混勻礦質量指標很不穩定?直接影響到燒結和煉鐵生產。
為了解決移動設備與地面設備的通訊問題?實現料場生產的全線自動化?提高混勻礦各項指標?我廠于2008年10月至2009年6月對料場大型移動設備實施了智能化改造。通過采用光纖通訊、視頻監控、廣播對講和自動定位等技術?成功地實現了大車操控無人化值守?并取得了很好的生產效果。
2 “智能化”改造主要內容
移動大車智能化改造主要包括硬件設備和控制系統兩個方面?采用了以下幾項關鍵技術。
2?1 PLC 控制系統
大車控制采用昆騰 Unity-Pro PLC 控制系統?設有電源模塊、CPU 模塊、以太網通訊模塊、數字量輸入、輸出模塊和模擬量輸入、輸出模塊。
2?2 光纖滑環及通訊扁電纜
光纖滑環是實現大車和地面光纖連接的裝置（見圖1）?它由通訊卷筒驅動。通訊卷筒卷取的通訊扁電纜含5根芯軟電纜和1根（12芯）單模光纖?大車光纖和地面光纖通過光纖滑環對接?實現大車和地面的通訊連接。
光纖滑環通訊裝置是繼無刷集電裝置后更先進的中繼裝置?能夠完成光信號的穩定傳輸?其傳送介質采用高純度的玻璃材料制成?具有極高的抗電磁干擾性能、很好的絕緣性能和極高的抗腐蝕性能?可確保通訊的高可靠性。其主要參數如下：
（1）光纜通訊接口組數：12P
（2）光纜接口連接方法：采用 SC 活動連接器
（3）光纜盤正反轉圈數：≥50
特制扁電纜的結構如圖2所示。其導體采用符合 IEC60228標準規定的鍍錫銅導體；絕緣材料強度≥6MPa?伸長率≥250％；護套材料的強度≥13MPa?伸長率≥300％。該電纜*小彎曲半徑為10D?長期允許工作溫度為90℃?戶外*低溫度為－35℃?并具備耐臭氧、耐油、抗紫外線和潮濕的特性。
2?3 光端機
在大車和地面配電室各設置1臺光端機?負責通訊打包處理。光端機有1個光纖連接口、4個電口和1個同軸電纜接口。光纖接口完成車上和地面光纖連接；4個電口中的3＃ 口負責地面和大車音頻連接（做頭時只壓接網線的前兩芯?車上和地面連接必須相對應）；同軸電纜接口負責視頻連接?大車上攝像頭獲取的視頻信號通過光端機轉換成同軸電纜傳輸信號傳入主控室?實現主控室監控大車的運行。
2?4 低壓滑觸線
低壓滑觸線系統負責從地面給大車供電?供電電壓380V。滑觸線系統由 H 型滑觸線導軌、集電器、溫度補償器（防止熱脹冷縮使劃線軌道分斷）、連接器等組成。滑觸線由銅質材料加工而成?對于頻繁往返運行的混勻堆料機而言?銅質滑觸線較鋁制滑觸線更加耐磨?延長了滑觸線的使用壽命。
2?5 大車定位裝置
大車定位采用 XT －LWXZ 系列移動行走位置檢測裝置來實現。該裝置的工作原理見圖3。它是由隨動型檢測輪和與其轉軸相連的增量型編碼器組成。檢測位置校正裝置包括若干個地址板和一個收信器。地址板為無源器件?主要由控制存儲集成芯片和接收、發射天線組成。內部存儲器存有地址板的內部碼?所有地址板的內部編碼均系**?不重復。收信器主要由射頻電源發生器、地址板信號接受處理器、通信處理器和接收、發射天線組成。位置檢測裝置發出信號到大車 Unity-Pro PLC 中?通過計算獲得大車的實際位置?再與顯示器上的顯示位置進行比較修正?然后將位置信號傳輸給主控室監控畫面。
個攝像頭的通訊。在主控室監控電腦上?通過工業電視監控軟件即可完成現場設備監控圖像的采集及亮度、焦距調節?通過云臺控制器完成監控位置的切換?從而實現對現場重點設備的實時監控。
2?7 智能廣播對講系統
智能廣播對講系統是由主控單元、用戶板、控制電源、交換機、上光端機、下光端機、智能廣播中端、終端擴音器等組成。智能廣播系統采用數字交網?計算機兩級分散控制方式?總線采用422結構。使用** C 語言編程?具有技術先進、耗電省、靈活性強、可靠性高、功能完善、維護管理方便等優點。
智能廣播對講系統中繼接口和信令完善?組網功能強?可組成全數字或數模混合的多級專用網或多級調度網。
系統全部電路板均智能化?使用*新的HCMOS 集成電路和交換機專用芯片?集成度高?元件種類和電路板種類少。且各種電路板槽道可互換?主機與維護終端之間由通信線連接?維護終端交流220V 電源線可與主機共用一路。
智能對講廣播系統控制框圖見圖4。
3 改造后具備的功能
3?1 大車流程對講廣播功能
對講廣播系統是在實現大車與主控室通訊暢通的前提下投入使用的?它是實現移動設備無人化值守操作的安全基礎。廣播對講系統通過光纖通訊設備上、下光端機的另一對接口實現主機與移動設備分機的廣播對講?這在國內鋼鐵行業尚處于先進水平。其具體功能如下：
（1）我們將原料場流程啟動觸發點接入智能廣播系統的用戶模板中?然后在智能廣播控制主機中設定各流程需要觸發的廣播對講電話的號碼。這樣?當流程啟動時?流程設備附近被設定的對講電話將被觸發?實現開啟流程的同時進行廣播?確保流程啟動時現場人員的安全。
（2）智能廣播系統還可實現各對講電話之間的互通功能?方便現場各設備之間詢問運行情況?互通信息?確保設備啟停的合理操作?以及堆取料機與地面皮帶流程的安全、可靠運行。
（3）調度電話與智能終端的調度作用。調度電話的優先級*高?可以在任何時間?不管智能終端電話是否正在通話?都能直接切斷通話雙方的電話?進行與智能終端的優先通話。根據設定?調度電話可以完成對所有現場智能終端的對話功能?便于夜間工作時快速完成對所有崗位的人員查詢和調度。
（4）與辦公電話的互通。現場4位對講電話可以直接撥打場內辦公用8位行政電話。行政電話可以撥打主機號轉接相應的對講電話?完成行政電話與現場對講電話的互通?方便技術管理人員對現場情況的快速了解?而現場發現問題也可以快速匯報。
（5）與移動設備的電話互通。在堆、取料機上安裝對講電話終端?通過上光端機和下光端機之間的光纖通訊?完成移動設備和地面之間的電話互通以及流程廣播?確保堆、取料機開啟時能夠與主控室通信。移動設備出現故障時?可以快速通知各方面人員以及流程上、下端人員?確保不會出現壓料等嚴重事故。
3?2 大車準確定位
先進的移動設備行走位置檢測系統成功地解決了移動設備定位不準的難題。此行走監測裝置具有地址檢測和檢測誤差消除功能?能準確地輸出移動設備行走的絕對地址?并使移動機械行走位置檢測長期保持準確（**到厘米）?滿足了自動定點堆、取的準確作業?解決了因人工誤操作造成的料場混料現象以及同軌道移動設備的碰撞問題?為料場的科學管理及安全生產提供了保障。
3?3 大車無人化值守功能
使用光纖滑環通訊裝置很好地解決了移動設備與地面的通訊難題?實現了大車和主控室的通訊。大車的控制程序、運行狀態可傳輸到主控室?從而實現了大車操控的無人化值守。
移動設備與地面的通訊見圖5。
3?4 大車自動折返功能
大車驅動采用由 AB-powerflex 700系列變頻器驅動的變頻電機?它與定位系統和折返接近開關配合?實現了大車的自動折返功能。當大車前進到料場的兩側碰到折返接近開關時?大車前進中間繼電器釋放?大車開始變頻制動?待變頻器輸出信號為零時?發出反向運行合閘信號?大車開始后退行車?實現了重復往返運行的堆料機自動、平滑的折返。與以前的人工操作相比?定點折返位置更加準確?使得料頭、料尾成分更加穩定。
4 使用效果
1）與傳統大車相比較?“智能”大車實現了暢通的通訊?可以無人化值守操作；移動設備與地面皮帶的聯鎖?解決了因大車停止運行而地面皮帶繼續上料造成跑料的問題；大車運行狀態可以**地反映在主控室監視器上并受到控制?解決了車載觸摸屏運行信息少的問題。
2）大車對講系統方便地實現了生產過程中本機崗位和中控室及上、下流程各崗位的對講聯系?無論是更換堆、取料料批?還是大車出現故障時?都能夠快速聯系和調度?確保了生產的安全和穩定。
3）準確的定位和大車自動折返?使堆取料作業更加精準?大大提高了混勻礦的質量。如圖6所示?6月份改造之前?混勻礦 SiO2 標準偏差基本在0?2左右?TFe 標準偏差基本在0?28以上；改造完成后?SiO2 標準偏差基本控制在0?13左右?TFe 標準偏差也逐步變小?達到了國內同類企業較好的水平。
4）由于大車運行狀況完全受控?當出現故障時能快速查找和處理?減少了故障處理時間。自改造完成后?電氣人員處理故障的時間由原來的平均每次30min 減少到5min；且停機次數減少?大大降低了設備起停頻次?延長了其使用壽命。
5 結 語
總的來看?濟鋼二鐵原料場大車智能化改造取得了明顯效果。改造后?生產運行穩定?再未出現過皮帶壓料、下料口堵塞等生產事故；設備故障也大大減少?作業效率提高?生產安全得到了保障。生產的連續、穩定?保證了勻礦質量?為燒結和煉鐵工序降本增效創造了條件。
