抓渣天车智能管理系统

刘明超

摘 要：介绍了自动抓渣天车需要满足的条件，抓渣天车智能管理系统的组成和系统架构，同时详细阐述了天车自动抓渣的过程，以及出现故障时使用遥控抓渣模式。该系统满足了生产要求的同时，也一并解决了现有抓渣天车存在的问题。

关键词：自动抓渣天车;系统架构;遥控抓渣模式

中图分类号：TG425 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）18-0033-02

1 抓渣天车的现状

高炉渣是炼铁生产过程中必不可少的副产物，出渣温度在1450°左右，含有丰富的显热资源，抓渣行车作为高炉渣水淬处理以后搬运的设备，在整个生产过程中占据着重要的作用，然而由于高炉渣水淬处理的特点，造就了抓渣行车特殊的工作环境，抓渣天车智能管理系统，实现自动作业、解决了目前抓渣车存在的问题，同时保留原系统遥控操作模式可切换，供自动系统故障时应急。

2 抓渣天车存在的问题

工作环境恶劣，雾气中含有SO2等有害气体。天气恶劣及雾气较大时，司机在无法看清抓斗的位置和状态，易造成抓斗碰撞冲渣池、损坏设备。冲渣池中水位较高时，司机无法判断废渣的高度、易抓空，影响工作效率。抓渣工作单调，司机重复作业，容易疲劳造成安全事故。在抓冲渣池底部的时易将冲渣池底部的钢板抓起，损坏滤水装置。

3 智能抓渣天车的要求

拟建设3座3000m3级的高炉，每座高炉2个出渣场， 4个过滤池，2个渣斗。每个出渣场每天出渣约1575t，折合体积约1500m3。每个出渣场配置1部抓斗天车。每座高炉每次出渣量约250m3，每次实际抓渣时间按照3小时计算，抓斗天车抓斗容积6m3，平均抓取水渣按照4m3计算，需要62.5次完成一个渣池的抓渣任务，平均每小时作业20.8次。每次作业时间需要2分53秒左右。天车工作小车最大行走距离15.6米，大车最大行走距离10米，主钩升降最大高度13.5米。自动天车作业一次需要最多时间，如表1所示。

采用無人天车需满足生产作业效率要求。

本项目拟将3座高炉的6部抓斗天车设计成无人天车。

4 智能抓渣系统组成

4.1 智能抓渣系统架构（如图1所示）

4.1.1 机上系统

机上系统主要包含变频控制系统、PLC控制系统、定位系统、抓斗系统、称重系统以及视频监控系统。

高炉水渣抓斗天车采用自动运行、遥控运行2种运行模式。

自动模式：天车的运行方式选择为自动方式，天车执行无人作业，自动从过滤池抓取水渣运行到渣仓位置，打开抓斗，释放水渣到渣斗。

遥控模式：打开遥控操作开关时，天车切换成遥控运行模式，遥控按钮操作有效，遥控操作为优先权最高的操作模式。

4.1.2 通讯系统

（1）水渣池区域内无线网全覆盖，保证天车PLC与L2级之间通讯畅通。（2）天车PLC与L2级之间通讯采用5G无线网络通讯。（3）交换机设置在高炉中控室，交换机到现场无线AP采用光纤介质。（4）室外安装的无线AP模块箱防护等级为IP67。（5）天车PLC与天车变频器之间采用采用Profinet通讯，通讯介质采用双绞电缆。（6）天车PLC与L2级采用无线以太网通讯。

4.2 智能抓渣方法

水渣抓斗无人天车系统，分为任务层和执行层。

任务层依据操作工作业指令，系统自动给执行层下达天车动作的目标值，包括大车行走、小车行走、抓斗升降、抓斗开闭等单体动作及动作协调，并解决障碍物避让、防撞规划。

执行层具体执行天车的单个动作，实现大车、小车位置精确控制;抓斗高度控制、抓斗开闭控制，实现无人驾驶。

4.2.1 自动抓渣

以一部天车为例，简述自动抓渣方法，如图2所示。图2可以看出一部天车需要抓两个过滤池中的水渣，每个过滤池都有一个保护盖板，当高炉往其中一个过滤池冲渣时，保护盖板会盖上，这时不允许天车抓这个过滤池中的水渣。只有不冲渣的过滤池才允许抓渣作业，允许抓渣的保护盖板是开启的，这就避免了天车的误操作。两个渣池设定了多个抓渣点，天车通过X轴位置编码器，用于检测大车行走位置;Y轴位置编码器，由于检测小车行走位置;Z轴位置编码器，用于检测抓斗升降位置，能够准确无误的找到需要抓渣的位置。

自动抓渣的过程就是系统中的L2通过计算，给出天车抓斗需要抓渣的位置，逐一在渣池中抓取水渣，并将抓斗的水渣自动放到渣斗中，这就完成了一个循环，这是完全自动模式下的过程。还有一种形式为半自动模式，就是给天车抓斗输入一个位置坐标，让它直接去给定的位置抓渣，然后放渣。在这个过程中，天车移动命令分为：无、向初始位、纯移动、1个循环、取渣、放渣等。

4.2.2 遥控抓渣

如自动抓渣系统故障时，就要启用遥控模式抓渣，防止水渣不能及时清理造成溢池事故。遥控模式具有最高优先权。

4.3 L2级管理控制系统

4.3.1 L2级管理控制系统概述

L2管理控制系统实现抓斗高度减速位置计算，地址转换，抓渣作业规划等功能。

4.3.2 L2级管理控制系统详解

L2级管理控制系统运行平台服务器采用windows操作系统。

L2系统设计采用服务器客户端的模式，服务器置于高炉工程师站室，采用两台服务器互为冷备的模式。每座高炉主控室放置1台客户端，用于本座高炉天车控制的人机交互。为保证数据安全性，服务器磁盘设计成RAID1模式，防止数据丢失和便于数据的备份。

L2系统数据库使用Oracle，具有易用性、适合分布式组织的可伸缩性、用于决策支持的数据仓库功能、与许多其他服务器软件紧密关联的集成性等优点，保证了数据管理与分析的灵活性，允许单位在快速变化的环境中从容响应。

L2系统基于NET平台开发，开发语言使用C#，开发开发工具Visual Studio2013。主要的功能分为：

（1）与PLC的通讯。负责下发二级的设定信息到PLC，然后在PLC执行过程中接收PLC的动作信息。

（2）生产跟踪与数据采集。负责行车路径记录与信号采集，管理每次抓渣过程的每一个过程，记录每次抓渣数据，方便统计计算。所有的事件的执行都是靠跟踪进程进行触发管理。

（3）模型控制。模型控制主要有：1）抓斗高度减速位置计算：根据建模计算出天车下斗位置渣池内渣体高度，计算出抓斗接近位置，将数据下发给PLC;2）地址转换：通过对渣场建模，计算场内渣体分布情况，在开始作业前规划出抓渣方案，将模型计算数据转换成现场实际作业位置;3）抓渣作业规划：根据抓斗容量，天车称和抓斗位置数据，综合高炉出渣经验数据，规划抓渣次数和抓渣路径。生产过程中，模型进行动态的预计算，并在正确适当的时刻将计算数据下发给PLC。

5 结语

综上所述，智能抓渣有系统能够高效的完成过滤池中水渣的清理，不但节省了人工，还能解决传统抓渣天车存在的各种问题。