簡述焦爐車輛設(shè)備智能化改造可行性分析及發(fā)展前景

郭陽

摘 要：針對國內(nèi)焦化廠焦爐機械成套設(shè)備的使用問題，結(jié)合焦化機械發(fā)展趨勢和國家政策，論述焦爐車輛設(shè)備的智能化改造必要性、可行性和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：焦爐 車輛設(shè)備 智能化

1背景

焦爐車輛設(shè)備主要指裝煤車、推焦車、攔焦車、電機車、熄焦車（焦罐車）、搗固機、搖動給料機，其功能是配合焦爐完成裝煤、從焦爐中推出焦炭、把焦炭運輸?shù)较ń顾绲娜^程。

焦爐生產(chǎn)現(xiàn)場存在環(huán)境條件差、多車運行、控制復(fù)雜、人員不穩(wěn)定等情況，隨著信息化、智能化技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，焦爐成套設(shè)備的自動化和智能化逐漸成為用戶關(guān)注的重點和發(fā)展的方向。

從焦爐機械設(shè)備自動化水平和企業(yè)經(jīng)濟效益等因素考慮，焦爐設(shè)備的全自動、無人操作系統(tǒng)將是焦化設(shè)備發(fā)展的必然趨勢。

日本和西歐等國家早在上世紀九十年代就已經(jīng)在焦爐機械成套設(shè)備智能化上實現(xiàn)了無人操作運行。目前，國內(nèi)在該項目上尚屬于初期階段，在系統(tǒng)研發(fā)、制造和實際操作方面太原重工等設(shè)備廠商躍躍欲試，尋求突破發(fā)展，預(yù)計在未來幾年將出現(xiàn)大面積項目上馬。

2. 項目的必要性和國家政策

2.1 項目的必要性

焦化行業(yè)競爭較為激烈，焦炭價格大幅度波動，并隨著國家對煉焦企業(yè)生產(chǎn)安全的規(guī)范、勞動者保護意識的增強，人工成本大幅增加，因此引進焦爐機械智能化操作系統(tǒng)勢在必行。

通過智能化改造項目可實現(xiàn)焦爐車輛作業(yè)過程自動化控制，具有如下重要效能：

1、借助自動對位系統(tǒng)及地面車輛協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)實現(xiàn)煉焦生產(chǎn)過程中焦爐車輛的安全、可靠運行，提高煉焦生產(chǎn)的效率；

2、加強煉焦生產(chǎn)操作工藝管理，提高焦爐車輛作業(yè)水平；

3、杜絕因爐號對位錯誤導致“紅焦落地”安全事故；

4、降低工人勞動強度，減少人員編制，降低企業(yè)的用人成本；

最終會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，并提高企業(yè)行業(yè)影響力。

2.2 國家政策

《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中明確指出， “數(shù)字化和智能化設(shè)計制造”是優(yōu)先主題之一。

《中國制造2025》中指出，制造強國戰(zhàn)略要以體現(xiàn)信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造為主線，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國。在這一過程中，智能制造是主攻方向，也是從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國的根本路徑。

進入“十三五”，焦化行業(yè)迎來了“產(chǎn)能過?！焙汀拔廴緡乐亍眱纱罂简灒烈饫速M能源、不計環(huán)保成本的煉焦時代在中國已經(jīng)走到盡頭?！笆濉币?guī)劃明確提出：支持綠色清潔生產(chǎn)，推進傳統(tǒng)制造業(yè)綠色改造，推動建立綠色低碳循環(huán)發(fā)展產(chǎn)業(yè)體系，鼓勵企業(yè)工藝技術(shù)裝備更新改造。

3. 經(jīng)濟效益分析（以太原重工為山東濰焦集團生產(chǎn)的6.25米分體式搗固焦爐車輛設(shè)備為例）

3.1 人員配置

山東濰焦集團6.25米分體式搗固焦爐車間現(xiàn)有人員配置包括管理人員、操作人員及維護人員等，煉焦車間人數(shù)合計193人。通過焦爐機械自動化改造完成后可提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，減少人員配置，煉焦車間人數(shù)合計148人。改造后兩套焦爐車輛操作人員可至少減少45人，按照人工成本4000元/月計算，一年可節(jié)約成本216萬。

3.2 人為故障損壞

一套焦爐設(shè)備年均備件150萬，其中人為事故造成約50萬的損失。通過自動化和智能化可降低人為事故損失。濰焦兩套設(shè)備預(yù)估人為故障損壞一年節(jié)約100萬。

3.3 管理費用

焦爐設(shè)備自動化改造項目完成后，可明顯改善工作環(huán)境、降低勞動強度，降低企業(yè)人員流失率，減少企業(yè)管理費用，兩套設(shè)備預(yù)估可節(jié)約50萬元。

3.4 成本回收

兩套焦爐車輛設(shè)備智能化改造全部費用預(yù)估1000萬，成本回收周期為2.73年。之后將帶來持續(xù)不斷的收益回報。

4. 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)路徑

4.1 關(guān)鍵技術(shù)及指標

1、焦爐車輛自動對位技術(shù)

自動對位系統(tǒng)可實現(xiàn)裝煤車、推焦車、攔焦車、電機車、導煙車的自動爐號識別和自動對位功能。各車所在位置及當前所執(zhí)行的工作等信息均可通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到地面控制室。

自動對位系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、傳感器、人機界面、對位碼盤、無限通訊等裝置，系統(tǒng)通過先進的無線通訊技術(shù)、自動爐號識別技術(shù)、光纖傳感器及碼盤來實現(xiàn)焦爐車輛的自動對位、監(jiān)控，從而達到各大車自動走行到計劃爐號。系統(tǒng)定位精度±5mm。

實施方案：

在實現(xiàn)各車單元自動的基礎(chǔ)上，開發(fā)性能可靠的爐號識別和車輛自動定位系統(tǒng)，實現(xiàn)各車輛的自動對位運行。

（1）搭建焦爐爐號識別系統(tǒng)硬件平臺，開發(fā)爐號識別系統(tǒng)的PLC程序和人機界面程序。

（2）依靠爐號識別系統(tǒng)知道車輛的位置爐號，根據(jù)地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)發(fā)來的目標爐號，再計算當前車輛的地址與目標地址的距離，根據(jù)距離的遠近，按特定的曲線函數(shù)計算當前車速，使機車按不同速度移動，直至到達目標位置，停止走行，自動定位精度達到±5mm。

2、地面協(xié)調(diào)控制技術(shù)

在實現(xiàn)焦爐成套設(shè)備各車單車自動的基礎(chǔ)上，各車配置無線通訊系統(tǒng)，通過地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)，各機車與地面中控室進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)各機車的全自動聯(lián)鎖運行。

（1）搭建地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)中與焦爐設(shè)備相關(guān)部分的硬件平臺。

（2）開發(fā)地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)的PLC程序和人機界面程序，根據(jù)出焦計劃實現(xiàn)推焦車自動取門，裝煤車自動裝煤，攔焦車、電機車自動到達指定爐號完成相應(yīng)的工作，實現(xiàn)有人值守、無人操作、自動運行。

（3）焦爐機械成套設(shè)備聯(lián)鎖

3、焦爐車輛無線通訊技術(shù)

現(xiàn)代無線傳輸系統(tǒng)簡化了電纜安裝，降低施工及維護成本，同時便捷有效地解決了工業(yè)通訊中所面臨多重困難與挑戰(zhàn)，例如現(xiàn)場無法布線，拖鏈易于磨損等。通過焦爐車輛無線通訊技術(shù)可有效避開現(xiàn)場的變頻器和電機等設(shè)備的低頻干擾，實現(xiàn)焦爐車輛與中控系統(tǒng)實時、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，最終實現(xiàn)中控室的集中管理。

實施方案：

（1）搭建焦爐車輛無線通訊硬件平臺，通過現(xiàn)場測試選用干擾小、穩(wěn)定性好的頻段通訊。

（2）設(shè)計焦爐車輛無線通訊系統(tǒng)發(fā)送、接收報文，并設(shè)計穩(wěn)定的應(yīng)答機制。

（3）對網(wǎng)絡(luò)通訊實時性、誤碼率等進行測試，保證系統(tǒng)通訊的可靠性。

4.2 采用的技術(shù)路徑

智能化改造項目分為三個步驟：單元自動、整車自動和各車輛協(xié)調(diào)自動。

1） 單元自動

通過完善PLC程序，增添油缸位移傳感器以及增添低壓元件通斷檢測來實現(xiàn)可靠的焦爐車輛單元自動功能，一鍵式完成指定機構(gòu)操作。

2）整車自動

在實現(xiàn)各焦爐車輛單元自動基礎(chǔ)上，完善各車輛軟硬件配置，完善焦爐車輛應(yīng)急處理機制，實現(xiàn)各機構(gòu)動作可控、可靠地順序執(zhí)行，最終實現(xiàn)一鍵式整車自動操作。研究內(nèi)容如下所示：

a、為適應(yīng)爐體熱膨脹變形給設(shè)備運行帶來的影響，建立自適應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；

b、為提高控制系統(tǒng)的可靠性，建立信號反饋處理機制；

c、完善焦爐設(shè)備健康管理系統(tǒng)及安全防護系統(tǒng)。

3）各車輛協(xié)調(diào)自動

在實現(xiàn)各焦爐車輛整車自動的基礎(chǔ)上，配置無線通訊及地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛連鎖和自動定位，根據(jù)結(jié)焦時間實現(xiàn)推焦車自動取門，裝煤車自動裝煤，攔焦車、電機車自動到達指定爐號完成相應(yīng)的工作，逐步實現(xiàn)有人值守、無人操作的車輛協(xié)調(diào)自動功能。

5. 結(jié)語

焦爐車輛機械設(shè)備的智能化改造符合國家“十三五”對“產(chǎn)能過剩”的傳統(tǒng)制造業(yè)綠色改造、智能化改造的要求，不但可以提高設(shè)備的自動化水平、改善員工工作環(huán)境，還可以減少人員編制，降低企業(yè)的用人成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，是未來企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻：

[1]煉焦新工藝與技術(shù) 北京：化學工業(yè)出版社 2006

[2]煉焦機械及設(shè)備 北京：化學工業(yè)出版社 2011

[3]煉焦工藝與設(shè)備 北京：化學工業(yè)出版社 2008

[4]焦爐管理與維修 北京：化學工業(yè)出版社 2014endprint