炼钢天车设备及操作在线监控管理及应用

张春涛 姚旭亮

摘 要：天车设备及操作在线监控管理采用自动化、信息化、视觉识别技术，从设备状态检测、设备图像采集分析、天车准时化作业管理等方面，实现天车运行状态的数字化采集和智能分析，达到设备、生产、质量可控，降低人员成本，提高人工劳效的目标。

关键词：自动化；信息化；准时化

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

天车作为特种设备，在炼钢行业的生产过程中起着极其重要的作用，因此保证其稳定、安全的运行，成为安全生产的重要工作。为此，研发一套实现对天车设备、人员操作的在线监控管理系统以保证天车安全生产。通过炼钢天车设备及操作在线监控管理实现减少设备故障、降低设备维修费用、操作效率提升降低电耗、提高操作安全性的目的，杜绝安全事故发生。

唐山市乐亭县海港经济开发区河钢乐亭钢铁基地，炼铁事业部主要设备配置：2台360 m2烧结机、2台480万t的带式焙烧机2座2 922 m3高炉；热轧事业部主要设备：3座KR脱硫、2座200 t转炉、1座200 t脱磷转炉、2座LF、2座RH、2台两机两流1 900 mm连铸机，一台两机两流1 600 mm板坯连铸机，一条2 050 mm轧线；配置16个跨51部天车，天车配置了安全监控系统，包括变压器室温度、电压、电流监控，电机温度监控，变频器报警监测、防碰撞、限位、登机连锁监控，但设备、操作监控覆盖不全面。

1    天车设备监控管理

1.1    天车PLC远程监控

PLC地面远程监控能给设备维护、维修带来极大方便。设备检修人员能随时观察设备的运行状态，及时发现设备隐患，及时排除故障，提高设备运行的可靠性，避免设备故障带来不必要的损失。地面服务站增加PDA趋势记录功能，为排查故障及事故分析带来便利。

1.2    大仓温度在线检测

天车电气大仓温度在线检测报警，电气大仓温度安装实时监控仪表，一般数据没有实时传输给点检人员，只能靠专业点检每周按计划进行点检观察，由于环境差异天车大仓空调老化状况非常不好，容易报警停机，造成大仓温度持续升高，影响电气元件运行，从而影响天车自动运行。将天车大仓温度实时传输给地面作业区，并通过微信实时将天车大仓温度数据发送到相关人员手中，避免影响天车自动运行的情况发生，利用对发生的大仓温度高的隐患能够及时发现，避免发生事故。

1.3    钢丝绳在线检测

天车是一种大型提升设备，由电机带动机械设备，以带动钢丝绳从而带动钢包等设备升降，完成调运任务。通过对断丝、变形、磨损、锈蚀等缺陷的实时在线监测科学预防断绳，节约修维护费用及换绳成本。

1.4    抱闸制动距离监测

在天车上的传动机构共有五处：大车、主小车、副小车、主钩、副钩，这五处都是主电机输出轴处有一抱闸，轴将动力传递给减速器，减速器再驱动其它机构运动。其中抱闸的作用是，当需要天车动作停止时，抱闸能及时把轴抱死；当需要天车动作时，抱闸能迅速打开，与电机输出不“干涉”。抱闸制动距离检测，能判断抱闸制动片、制动轴等设备运行状态，减低安全事故发生。

1.5    继电器使用寿命在线检测

继电器是控制天车动作的主要输出电气元件，理想使用寿命是10万次以上，要想继电器的使用寿命达到理想寿命，必须选型正确，如果继电器过载使用，寿命会很短。继电器的使用寿命会根据不同的使用环境而有所区别，与使用频率、负载都有关系。通过对继电器动作次数记录，提前精准判定并及时更换老化元件，避免设备事故发生。

1.6    电气系统绝缘检测

天车线路复杂，频繁运行，震动较大，隐蔽部位电缆可能会加速劣化损坏导致接地漏电。电缆接地漏电有可能会导致变频模块损坏。且热轧450 t天车主变二次侧回路为中性点不接地的悬浮系统，针对这种系统，单个接地点不会导致设备停机，所以提前发现隐患的难度大，而隐患发展到两点接地后，会造成停机、设备损坏进而形成事故。天车电缆接地绝缘检测能提前发现电缆接地隐患，避免事故停车，达到事故保全的效果。

2    操作监控管理

2.1    天车对讲机录音

天车指挥需要对讲机联系，规定指令清晰，液体天车摘挂耳轴关键等操作需要司机语音二次确认。在实际生产中，会偶尔出现指令和操作产生偏差的问题，对安全生产产生影响。因此，需要天车指挥标准化监控系统，对对讲机语音内容录音，监督天车沟通操作的过程标准化过程，为管理者检查提供依据。

热轧事业部生产用天车主跨共6个，共19部天车，包括废钢、加料1、加料2、精炼、钢水跨、连铸跨，按照天车跨配备了对讲机频道6个。

配置6个天车跨对讲机录音系统，语音清晰，按照时间形成录音文件，无语音1分钟间隔当前文件结束，无语音不录音，录音存储时间1周。

录音文件容量5M/分钟，按照85%的使用率计算，每天录音文件为6G，1周录音容量为42G。

天车对讲机录音能够实时采集各跨对讲机语音，为天车标准化作业中对讲机确认环节、上下天车语音联系等情况是否落实提供检查依据，当因对讲机指挥环节与地面沟通发生异常事件时，此系统可提供现场语音证据。

2.2    天车准时化作业管理

准时化生产是一种“拉动”式生产管理模式，实现在必要的时刻生产必要数量的必要产品（或零配件），从而彻底消除在制品过量的浪费，以及由之衍生出来的种种间接浪费。然后通过旨在解决这些问题的改善活动，彻底消除引起成本增加的种种浪费，实现生产过程的合理性、高效性和灵活性。天车准时化管理，完成天车运行全流程实时监控，司机操作过程不同阶段制定标准化时间，通过计算机采集记录司机实际操作时间与标准化时间对比，杜绝天车作业衔接时间过长，工作效率低等问题。例如：转炉加料天车编写针对炉作业的准时化程序，将加废钢等待时间、加废钢时间、装铁等待时间、装铁运行时间、装铁时间传输到PI实时数据库，并通过网页查询。

2.3    天车违规操作管理

炼钢天车是连接工艺之间的桥梁，天车稳定运行是炼钢生产的基本保证。天车作业区人员众多，工作点分散，而且单独作业，操作天车手法存在多样性，不便于管理。

天车操作随意性强的问题根深蒂固，体现在职工培训工作不够扎实，基础工作管理薄弱；岗位规程简单，不能对作业活动全覆盖，更重要的是缺乏对每个作业环节针对性的要求。起初岗位职工从“老师傅”那里传承过来的操作手法和作业习惯不同，经过多年的沉淀和积累，天车操作者的意识就形成了“随意性和顽固性”，当习惯成自然就非常难以改变了，尤其在作为生产骨干的作业长和班组长思想上扎根、生根直至根深蒂固，改变“旧习”就会难上加难。所以，在日常作业管理上缺乏规程和标准，对岗位工人的检查也没有详实的标准和依据，这是天车发生操作异常事件甚至事故的深层次管理原因。没有标准或标准不清是推行标准化作业的最大障碍。

热轧事业部共有天车51部，每部天车均配备PLC控制系统。但目前没有配置违规操作自动检测系统。通过对2022年作业区8起异常事件的调查分析发现，每一起事故、异常事件的发生均存有人员的操作失误、不规范行为等原因。为规范天车司机的操作，改变习惯性作业手法，防止天车人身安全事故、设备事故发生，设计开发炼钢天车违规操作实时报警系统。

借鉴道路“电子警察”的做法，对天车司机习惯性违规作业自动检测，通过司机室语音播放给天车司机，规范天车工操作。通过违规预先提醒功能，减少违规行为发生，杜绝因操作失误，误碰等现象造成钢丝绳反卷，顶轮事故发生、消除操作者放松警惕的可能性，达到操作者主动标准化作业的推动作用。

在加料天车增加包括天车操作违规报警项目为天车上下车未使用告知器，接班未实验副小车限位，接班未实验主小车限位，接班未实验主起升限位，接班未实验副起升限位，接班未实验大车防碰撞预警位，接班未实验大车防碰撞停车位，班中主起升限位停车，班中副起升限位停车，天车动车未鸣铃，天车主起吊未停顿试吊，天车副起吊未停顿试吊，天车停止作业电源未切断60 s，天车主起升接近落点未用调速减速60%，天车副起升接近落点未用调速减速60%，天车大车反车制动，天车主小车反车制动，天车副小车反车制动，天车3只及以上控制器同时操作（三把活），天车运行中天车门打开整车断电，天车主起升下限位报警1 m，天车副起升下限位报警1 m等28项报警代码。

通过现场测试，在天车运行过程汇总，语音播报前方可能接触的设备设施，大大提高了岗位的操作专注度，提高了天车自动运行的安全可靠性。

3    司机安全操作可视化

3.1    天车耳轴识别

炼钢天车吊挂作业需要天车司机、地面指挥人员协同，天车司机自己无法确认地面吊挂状态，地面吊挂状态完全依靠地面指挥人员，吊挂作业许多环节地面需要指挥者确认，确认不好会造成蹲钩、卡勾、钢包脱落等危险，并且现场指挥人员存在较大人身安全隐患。为了降低炼钢吊包作业流程存在的危险，提高作业效率，设计炼钢天车吊挂作业图像识别功能。

此系统将地面拍摄大包耳轴的摄像头图像应用无线技术实时传输到天车平板电脑，平板电脑应用 Python编程经过卷积分析，识别天车吊挂作业等待、准备挂钩、正在挂钩、吊钩到位四个状态并语音提示天车司机，从而省略指挥人员的两侧确认和天车司机的二次确环节，不仅避免了指挥人员来回走动所带来的人身安全隐患，而且还能节省挂包时间，提高生产效率。将图像识别、机器学习等新兴技术应用于天车领域，使天车作业更加智能化、自动化，实现培养人才、提高生产利润的目标。

3.2    天车语音导航

热轧炼钢区域现场设备较多，且诸多设备位造成天车运行通道狭窄，容易发生磕碰事故。天车安装定置提醒装置，利用天车定位语音导航系统，将天车运行通道中易发生磕碰部位录入系统定位，当天车将要通过这些区域时提前通知提醒天车司机注意，从而防止发生磕碰事故。

司机室内由于视线的局限性，吊、放包工作过程中不能清晰观察天车大车、小车、吊钩的位置，利用天车定位语音导航系统，将天车工作位坐标录入系统定位，通过语音播报天车大车、小车、吊钩实际位置与工作坐标差距，实现工作位精确定位，提高工作效率。

精炼、钢水跨运行天车共计六部主要为钢水三台450 t、一台160 t、精炼跨一台450 t、一台160 t。炼钢区域现场设备较多，尤为钢水跨区域，在天车运行过程中下方主体设备有：转炉炉后平台、滑板除尘车、滑板加沙平台、三个连铸机装缸平台、LF炉平台、LF炉悬臂吊、十二个烤包器、RH平台。为了消除天车运行过程中磕碰设备事故的发生，增加提前预警，实现天车运行零磕碰。

天车定位数据采集利用天车PDA曲线，确定天车在运行过程中所接触的设备设施并定位大车、小车X、Y位置数据。同时与天车内天车定位电脑相结合，配置预警外放设备，根据天车运行的X、Y轴数据，实现预警内容播报。对障碍物躲避的语音提示保证天车的行车安全，对工作位实时提醒，缩短天车吊包、放包操作时间，提高工作效。

3.3    监控画面整合

热轧事业部炼钢转炉天车定位是独立系统，调度室配置天车定位画面，动态显示铁水进入炼钢车间直至钢水到达连铸机进行浇铸的整个炼钢过程，转炉中控室无此画面显示。

在炼钢中控增加电视监控，显示天车定位画面，可以在转炉中控室、LF、KR主控室显示，并具有录像功能，为生产节奏异常，提供追溯录像信息功能，从而提高生产效率。转炉可以根据天车位置，判断备包、备废钢和铁水情况，充分利用生产间隙，维护炉况，提高转炉寿命。

4    结    语

通过天车设备及操作在线监控管理，建立标准化管理机制，强化推进标准化作业。完善岗位规程，制订可视化岗位规程，提高岗位工人对规程的掌握率，提高操作标准化，加强人员操作规范性管控。让每个岗位工人逐渐按照标准化作业要求进行操作，使标准化作业在日常的行为中成为习惯，从而降低各类事故的发生几率。总之，炼钢天车设备及操作在线监控管理，通过自主研发、模式独立、投入最少的原则，实现人员增值、标准化作业增强公司软实力。