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摘 要：针对国内焦化厂焦炉机械成套设备的使用问题，结合焦化机械发展趋势和国家政策，论述焦炉车辆设备的智能化改造必要性、可行性和发展前景。
关键词：焦炉 车辆设备 智能化
1背景
焦炉车辆设备主要指装煤车、推焦车、拦焦车、电机车、熄焦车（焦罐车）、捣固机、摇动给料机，其功能是配合焦炉完成装煤、从焦炉中推出焦炭、把焦炭运输到熄焦塔熄灭的全过程。
焦炉生产现场存在环境条件差、多车运行、控制复杂、人员不稳定等情况，随着信息化、智能化技术的快速发展和应用，焦炉成套设备的自动化和智能化逐渐成为用户关注的重点和发展的方向。
从焦炉机械设备自动化水平和企业经济效益等因素考虑，焦炉设备的全自动、无人操作系统将是焦化设备发展的必然趋势。
日本和西欧等国家早在上世纪九十年代就已经在焦炉机械成套设备智能化上实现了无人操作运行。目前，国内在该项目上尚属于初期阶段，在系统研发、制造和实际操作方面太原重工等设备厂商跃跃欲试，寻求突破发展，预计在未来几年将出现大面积项目上马。
2. 项目的必要性和国家政策
2.1 项目的必要性
焦化行业竞争较为激烈，焦炭价格大幅度波动，并随着国家对炼焦企业生产安全的规范、劳动者保护意识的增强，人工成本大幅增加，因此引进焦炉机械智能化操作系统势在必行。
通过智能化改造项目可实现焦炉车辆作业过程自动化控制，具有如下重要效能：
1、借助自动对位系统及地面车辆协调管理系统实现炼焦生产过程中焦炉车辆的安全、可靠运行，提高炼焦生产的效率；
2、加强炼焦生产操作工艺管理，提高焦炉车辆作业水平；
3、杜绝因炉号对位错误导致“红焦落地”安全事故；
4、降低工人劳动强度，减少人员编制，降低企业的用人成本；
最终会给企业带来巨大的经济效益，并提高企业行业影响力。
2.2 国家政策
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中明确指出， “数字化和智能化设计制造”是优先主题之一。
《中国制造2025》中指出，制造强国战略要以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化网络化智能化制造为主线，加快从制造大国转向制造强国。在这一过程中，智能制造是主攻方向，也是从制造大国转向制造强国的根本路径。
进入“十三五”，焦化行业迎来了“产能过剩”和“污染严重”两大考验，肆意浪费能源、不计环保成本的炼焦时代在中国已经走到尽头。“十三五”规划明确提出：支持绿色清洁生產，推进传统制造业绿色改造，推动建立绿色低碳循环发展产业体系，鼓励企业工艺技术装备更新改造。
3. 经济效益分析（以太原重工为山东潍焦集团生产的6.25米分体式捣固焦炉车辆设备为例）
3.1 人员配置
山东潍焦集团6.25米分体式捣固焦炉车间现有人员配置包括管理人员、操作人员及维护人员等，炼焦车间人数合计193人。通过焦炉机械自动化改造完成后可提高设备的可靠性和稳定性，减少人员配置，炼焦车间人数合计148人。改造后两套焦炉车辆操作人员可至少减少45人，按照人工成本4000元/月计算，一年可节约成本216万。
3.2 人为故障损坏
一套焦炉设备年均备件150万，其中人为事故造成约50万的损失。通过自动化和智能化可降低人为事故损失。潍焦两套设备预估人为故障损坏一年节约100万。
3.3 管理费用
焦炉设备自动化改造项目完成后，可明显改善工作环境、降低劳动强度，降低企业人员流失率，减少企业管理费用，两套设备预估可节约50万元。
3.4 成本回收
两套焦炉车辆设备智能化改造全部费用预估1000万，成本回收周期为2.73年。之后将带来持续不断的收益回报。
4. 关键技术与技术路径
4.1 关键技术及指标
1、焦炉车辆自动对位技术
自动对位系统可实现装煤车、推焦车、拦焦车、电机车、导烟车的自动炉号识别和自动对位功能。各车所在位置及当前所执行的工作等信息均可通过无线网络传送到地面控制室。
自动对位系统包括控制系统、传感器、人机界面、对位码盘、无限通讯等装置，系统通过先进的无线通讯技术、自动炉号识别技术、光纤传感器及码盘来实现焦炉车辆的自动对位、监控，从而达到各大车自动走行到计划炉号。系统定位精度±5mm。
实施方案：
在实现各车单元自动的基础上，开发性能可靠的炉号识别和车辆自动定位系统，实现各车辆的自动对位运行。
（1）搭建焦炉炉号识别系统硬件平台，开发炉号识别系统的PLC程序和人机界面程序。
（2）依靠炉号识别系统知道车辆的位置炉号，根据地面协调系统发来的目标炉号，再计算当前车辆的地址与目标地址的距离，根据距离的远近，按特定的曲线函数计算当前车速，使机车按不同速度移动，直至到达目标位置，停止走行，自动定位精度达到±5mm。
2、地面协调控制技术
在实现焦炉成套设备各车单车自动的基础上，各车配置无线通讯系统，通过地面协调系统，各机车与地面中控室进行数据通讯，实现各机车的全自动联锁运行。
（1）搭建地面协调系统中与焦炉设备相关部分的硬件平台。
（2）开发地面协调系统的PLC程序和人机界面程序，根据出焦计划实现推焦车自动取门，装煤车自动装煤，拦焦车、电机车自动到达指定炉号完成相应的工作，实现有人值守、无人操作、自动运行。
（3）焦炉机械成套设备联锁
3、焦炉车辆无线通讯技术
现代无线传输系统简化了电缆安装，降低施工及维护成本，同时便捷有效地解决了工业通讯中所面临多重困难与挑战，例如现场无法布线，拖链易于磨损等。通过焦炉车辆无线通讯技术可有效避开现场的变频器和电机等设备的低频干扰，实现焦炉车辆与中控系统实时、可靠的数据传输，最终实现中控室的集中管理。
实施方案：
（1）搭建焦炉车辆无线通讯硬件平台，通过现场测试选用干扰小、稳定性好的频段通讯。
（2）设计焦炉车辆无线通讯系统发送、接收报文，并设计稳定的应答机制。
（3）对网络通讯实时性、误码率等进行测试，保证系统通讯的可靠性。
4.2 采用的技术路径
智能化改造項目分为三个步骤：单元自动、整车自动和各车辆协调自动。
1） 单元自动
通过完善PLC程序，增添油缸位移传感器以及增添低压元件通断检测来实现可靠的焦炉车辆单元自动功能，一键式完成指定机构操作。
2）整车自动
在实现各焦炉车辆单元自动基础上，完善各车辆软硬件配置，完善焦炉车辆应急处理机制，实现各机构动作可控、可靠地顺序执行，最终实现一键式整车自动操作。研究内容如下所示：
a、为适应炉体热膨胀变形给设备运行带来的影响，建立自适应系统的基础数据库；
b、为提高控制系统的可靠性，建立信号反馈处理机制；
c、完善焦炉设备健康管理系统及安全防护系统。
3）各车辆协调自动
在实现各焦炉车辆整车自动的基础上，配置无线通讯及地面协调系统，实现车辆连锁和自动定位，根据结焦时间实现推焦车自动取门，装煤车自动装煤，拦焦车、电机车自动到达指定炉号完成相应的工作，逐步实现有人值守、无人操作的车辆协调自动功能。
5. 结语
焦炉车辆机械设备的智能化改造符合国家“十三五”对“产能过剩”的传统制造业绿色改造、智能化改造的要求，不但可以提高设备的自动化水平、改善员工工作环境，还可以减少人员编制，降低企业的用人成本，提高企业的经济效益，是未来企业发展的必然趋势。
参考文献：
[1]炼焦新工艺与技术 北京：化学工业出版社 2006
[2]炼焦机械及设备 北京：化学工业出版社 2011
[3]炼焦工艺与设备 北京：化学工业出版社 2008
[4]焦炉管理与维修 北京：化学工业出版社 2014
关键词：焦炉 车辆设备 智能化
1背景
焦炉车辆设备主要指装煤车、推焦车、拦焦车、电机车、熄焦车（焦罐车）、捣固机、摇动给料机，其功能是配合焦炉完成装煤、从焦炉中推出焦炭、把焦炭运输到熄焦塔熄灭的全过程。
焦炉生产现场存在环境条件差、多车运行、控制复杂、人员不稳定等情况，随着信息化、智能化技术的快速发展和应用，焦炉成套设备的自动化和智能化逐渐成为用户关注的重点和发展的方向。
从焦炉机械设备自动化水平和企业经济效益等因素考虑，焦炉设备的全自动、无人操作系统将是焦化设备发展的必然趋势。
日本和西欧等国家早在上世纪九十年代就已经在焦炉机械成套设备智能化上实现了无人操作运行。目前，国内在该项目上尚属于初期阶段，在系统研发、制造和实际操作方面太原重工等设备厂商跃跃欲试，寻求突破发展，预计在未来几年将出现大面积项目上马。
2. 项目的必要性和国家政策
2.1 项目的必要性
焦化行业竞争较为激烈，焦炭价格大幅度波动，并随着国家对炼焦企业生产安全的规范、劳动者保护意识的增强，人工成本大幅增加，因此引进焦炉机械智能化操作系统势在必行。
通过智能化改造项目可实现焦炉车辆作业过程自动化控制，具有如下重要效能：
1、借助自动对位系统及地面车辆协调管理系统实现炼焦生产过程中焦炉车辆的安全、可靠运行，提高炼焦生产的效率；
2、加强炼焦生产操作工艺管理，提高焦炉车辆作业水平；
3、杜绝因炉号对位错误导致“红焦落地”安全事故；
4、降低工人劳动强度，减少人员编制，降低企业的用人成本；
最终会给企业带来巨大的经济效益，并提高企业行业影响力。
2.2 国家政策
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中明确指出， “数字化和智能化设计制造”是优先主题之一。
《中国制造2025》中指出，制造强国战略要以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化网络化智能化制造为主线，加快从制造大国转向制造强国。在这一过程中，智能制造是主攻方向，也是从制造大国转向制造强国的根本路径。
进入“十三五”，焦化行业迎来了“产能过剩”和“污染严重”两大考验，肆意浪费能源、不计环保成本的炼焦时代在中国已经走到尽头。“十三五”规划明确提出：支持绿色清洁生產，推进传统制造业绿色改造，推动建立绿色低碳循环发展产业体系，鼓励企业工艺技术装备更新改造。
3. 经济效益分析（以太原重工为山东潍焦集团生产的6.25米分体式捣固焦炉车辆设备为例）
3.1 人员配置
山东潍焦集团6.25米分体式捣固焦炉车间现有人员配置包括管理人员、操作人员及维护人员等，炼焦车间人数合计193人。通过焦炉机械自动化改造完成后可提高设备的可靠性和稳定性，减少人员配置，炼焦车间人数合计148人。改造后两套焦炉车辆操作人员可至少减少45人，按照人工成本4000元/月计算，一年可节约成本216万。
3.2 人为故障损坏
一套焦炉设备年均备件150万，其中人为事故造成约50万的损失。通过自动化和智能化可降低人为事故损失。潍焦两套设备预估人为故障损坏一年节约100万。
3.3 管理费用
焦炉设备自动化改造项目完成后，可明显改善工作环境、降低劳动强度，降低企业人员流失率，减少企业管理费用，两套设备预估可节约50万元。
3.4 成本回收
两套焦炉车辆设备智能化改造全部费用预估1000万，成本回收周期为2.73年。之后将带来持续不断的收益回报。
4. 关键技术与技术路径
4.1 关键技术及指标
1、焦炉车辆自动对位技术
自动对位系统可实现装煤车、推焦车、拦焦车、电机车、导烟车的自动炉号识别和自动对位功能。各车所在位置及当前所执行的工作等信息均可通过无线网络传送到地面控制室。
自动对位系统包括控制系统、传感器、人机界面、对位码盘、无限通讯等装置，系统通过先进的无线通讯技术、自动炉号识别技术、光纤传感器及码盘来实现焦炉车辆的自动对位、监控，从而达到各大车自动走行到计划炉号。系统定位精度±5mm。
实施方案：
在实现各车单元自动的基础上，开发性能可靠的炉号识别和车辆自动定位系统，实现各车辆的自动对位运行。
（1）搭建焦炉炉号识别系统硬件平台，开发炉号识别系统的PLC程序和人机界面程序。
（2）依靠炉号识别系统知道车辆的位置炉号，根据地面协调系统发来的目标炉号，再计算当前车辆的地址与目标地址的距离，根据距离的远近，按特定的曲线函数计算当前车速，使机车按不同速度移动，直至到达目标位置，停止走行，自动定位精度达到±5mm。
2、地面协调控制技术
在实现焦炉成套设备各车单车自动的基础上，各车配置无线通讯系统，通过地面协调系统，各机车与地面中控室进行数据通讯，实现各机车的全自动联锁运行。
（1）搭建地面协调系统中与焦炉设备相关部分的硬件平台。
（2）开发地面协调系统的PLC程序和人机界面程序，根据出焦计划实现推焦车自动取门，装煤车自动装煤，拦焦车、电机车自动到达指定炉号完成相应的工作，实现有人值守、无人操作、自动运行。
（3）焦炉机械成套设备联锁
3、焦炉车辆无线通讯技术
现代无线传输系统简化了电缆安装，降低施工及维护成本，同时便捷有效地解决了工业通讯中所面临多重困难与挑战，例如现场无法布线，拖链易于磨损等。通过焦炉车辆无线通讯技术可有效避开现场的变频器和电机等设备的低频干扰，实现焦炉车辆与中控系统实时、可靠的数据传输，最终实现中控室的集中管理。
实施方案：
（1）搭建焦炉车辆无线通讯硬件平台，通过现场测试选用干扰小、稳定性好的频段通讯。
（2）设计焦炉车辆无线通讯系统发送、接收报文，并设计稳定的应答机制。
（3）对网络通讯实时性、误码率等进行测试，保证系统通讯的可靠性。
4.2 采用的技术路径
智能化改造項目分为三个步骤：单元自动、整车自动和各车辆协调自动。
1） 单元自动
通过完善PLC程序，增添油缸位移传感器以及增添低压元件通断检测来实现可靠的焦炉车辆单元自动功能，一键式完成指定机构操作。
2）整车自动
在实现各焦炉车辆单元自动基础上，完善各车辆软硬件配置，完善焦炉车辆应急处理机制，实现各机构动作可控、可靠地顺序执行，最终实现一键式整车自动操作。研究内容如下所示：
a、为适应炉体热膨胀变形给设备运行带来的影响，建立自适应系统的基础数据库；
b、为提高控制系统的可靠性，建立信号反馈处理机制；
c、完善焦炉设备健康管理系统及安全防护系统。
3）各车辆协调自动
在实现各焦炉车辆整车自动的基础上，配置无线通讯及地面协调系统，实现车辆连锁和自动定位，根据结焦时间实现推焦车自动取门，装煤车自动装煤，拦焦车、电机车自动到达指定炉号完成相应的工作，逐步实现有人值守、无人操作的车辆协调自动功能。
5. 结语
焦炉车辆机械设备的智能化改造符合国家“十三五”对“产能过剩”的传统制造业绿色改造、智能化改造的要求，不但可以提高设备的自动化水平、改善员工工作环境，还可以减少人员编制，降低企业的用人成本，提高企业的经济效益，是未来企业发展的必然趋势。
参考文献：
[1]炼焦新工艺与技术 北京：化学工业出版社 2006
[2]炼焦机械及设备 北京：化学工业出版社 2011
[3]炼焦工艺与设备 北京：化学工业出版社 2008
[4]焦炉管理与维修 北京：化学工业出版社 2014