焦炉机车无人驾驶技术的浅析

来源 :中国科技博览 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leimu438
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  [摘 要]介绍焦炉机车控制系统的原理和一键循环稳定运行的条件,以及实现焦炉机车无人驾驶的关键技术改进。
  [关键词]焦炉机车;一键循环;远程操作;无人驾驶;
  中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)25-0143-02
  引言
  首钢京唐一期7.63米焦炉机车引进德国Schalke技术,由大连重工制造安装调试及运维,集自动化程度高、大型、高效、环保、节能于一身,凭借先进的硬件基础及生产管理手段,经过近几年不断优化改进和完善创新,成为了具备远程操作和无人驾驶基础的业内佼佼者,总体性能已达到国际一流水平。
  1 焦炉机车概述
  1.1组成及作用
  7.63米顶装煤焦炉机车主要由装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车组成(一般称为四大机车);装煤车工作在焦炉顶部,主要完成开闭装煤孔盖,向炭化室内添加煤料。推焦车工作在机侧位置,主要完成开闭炉门,推出炭化室内成熟焦炭,并在装煤时启闭小炉门控制平煤杆完成平煤操作。拦焦车工作在焦侧位置,主要完成开闭炉门和导焦操作。熄焦车工作在拦焦车下方,主要完成接焦并牵引焦罐车运行至熄焦塔。
  1.2各机车系统组成
  电源系统;基本系统(包括液压/安全装置/照明/空调/空压/水/润滑/发电机等);功能单元系统(包括走行/除尘/称重/给料/揭盖/清盖/密封/清座/炉顶清扫/卷缆/取门/清门/清框/推焦/平煤/头尾焦/炉台清扫/导焦/旋转焦罐等);控制系统(包括对位/操作/PLC/紧急PLC等系统);
  1.3操作模式
  ①检修:是指在机旁箱操作设备,不受联锁条件限制,操作自由度大,能时刻观察所控设备动态,是最基本的操作模式;
  ②手动:是指在司机室HMI画面上手动按键操作,此模式下所有动作均受本车联锁条件限制,每次按键仅控制单个部件的单一动作,操作繁琐、工作量大;
  ③半自动:即单元自动,基于手动操作模式之上,每次按键完成一个半自动过程链,是多个动作的集合,此模式还需要来自地面协调的四车联锁信号;
  ④全自动:基于半自动操作模式之上,进一步将各功能单元的半自动步序整合到一起,按顺序自动执行,实现单个炉号生产的所有功能,此模式下整车多个功能单元同时运行,一次按键即可自动完成一个目标炉号的全部动作;
  ⑤一键循环:基于全自动操作模式之上,只需一次按键,即可实现多个炉号全自动循环运行,此模式还需要焦炉管理系统(Coke Master)发送的出焦计划,保证设备按计划循环执行;
  ⑥远程操作(即焦炉机车无人驾驶):基于一键循环操作模式之上,在中控室完成对焦炉四大机车的远程操作,分有人值守和无人值守两个阶段,此模式还需要四大机车视频监控和远程操控系统的协调配合;无人驾驶代表了目前及未来很长时间内焦化行业焦炉机车的世界一流水平;
  以上六种操作模式是基于四大机车主PLC系统,由西门子S7-400系列CPU控制;
  紧急操作模式:各车紧急PLC由西门子S7-300系列CPU独立控制,不与其他机车联锁,是在主PLC系统出现问题,系统切换为紧急操作模式,将机车收回到安全位置;紧急操作包括:紧急炉门收回、头尾焦盘收回、清框/清门收回、紧急走行、平煤、推焦等(此处不包括应急操作)。
  2 焦炉机车控制系统
  2.1机车本体控制系统
  基础自动化级,是实现一键循环、远程操作及无人驾驶的基础;主要完成各机车现场级分散系统的状态收集、数据处理、运行显示、操作控制、联锁报警等功能;四大机车PLC控制系统主站均采用西门子S7-400系列CPU,HMI操作站为西门子面板式PC装WinCC软件,控制网络采用Profibus-DP现场总线系统;液压系统全部油缸均带有MTS线性位移传感器实现精确位移检测;变频传动部分采用西门子6SE70和G130系列变频器实现对主要电机的变频调速控制;对位部分由绝对值编码器和PAULY自动对位系统配合实现精确对位;I/O从站主要采用ET200M&ET200L实现分散控制;与上级通讯采用工业以太网,以卷缆内置光纤(推焦/拦焦车)和无线通讯(装煤/熄焦车)方式与地面协调进行实时数据交换。
  2.2地面協调管理系统(COOR)
  过程控制级,是四大机车的神经中枢,为四大机车安全生产、全自动运行及无人驾驶提供保障;主要负责焦炉机车的协调管理、数据集中处理,机车之间的数据通讯、联锁控制,以及与上级Coke Master系统的通信联系;地面协调PLC控制系统采用冗余S7-400H系列CPU,与每台机车通过以太网组网,进行无缝隙的指令及数据采集通讯;
  2.3视频监控和远程操控系统
  从属于地面协调的相对独立且专门化的两个子系统(未在图上画出),主要为实现焦炉机车无人驾驶服务;视频监控系统,主要由四大机车生产主流程的摄像头和安装于煤塔监视A/B/C/D四个炉区机车位置的高空摄像头,通过网络硬盘录像机、光端机等设备,用无线、光纤形式将所有监控画面传输至中控室并在大屏幕显示。远程操控系统(REMOTE),采用西门子S7-400系列CPU,主要在中控室实现对四大机车的急停控制和对大屏幕四大机车监控画面的自动切换控制。
  2.4焦炉管理系统(Coke Master)
  生产管理级,采用交换式快速以太网技术、TCP/IP网络通讯协议,与下级PLC系统(地面协调、上升管、液压交换机等系统)实现信息交互,Coke Master包括手动/自动炉温测定、炉温控制和推焦计划自动生成等系统,用于实现对整个焦炉热量的管理和对推焦/装煤过程的自动控制;
  3.实现无人驾驶的进程及改进措施
  3.1一键循环的稳定运行   一键循环模式已运行多年,经历了不断改进升级和优化完善,根据现场实际和多年运维经验,摘选如下影响一键循环稳定运行的典型问题点及改进措施:
  ①油缸位移传感器:是四大机车各部件位移状态的主要监控设备,使用数量巨大,时常因各种报警使全自动中断,夏季高温时尤甚,严重影响四大机车稳定运行,也是业内普遍存在的难题;措施:做好传感器抗干扰/耐高温/抗外力等防护工作;将早期使用的进口MTS传感器(最高工作温度75℃)逐步更换为国产北京航空航天产品(最高工作温度110℃),提高耐温性能,降低故障率;
  ②安全装置系统:稳定可靠的安全系统是实现无人驾驶的保障;措施:四大机车外部急停装置全部增加反馈信号、司机室增加急停信号状态画面、报警消息列汉化;走行防碰撞装置硬件升级,增加和改进走行减速限位/末端限位/机械安全挡,在程序中完善和优化连锁控制逻辑等;
  ③炉号识别和自动对位系统:对位过程中无法识别目标炉号、对位时间长、跨炉区生产经常对不上码牌等;主要原因:轨道变形/炉体变形/码牌松动错位/外力刮碰变形/调节余量不足/腐蚀遮挡/读码头脏/同条线上几台车读码头安装位置不一致等(如4台熄焦车对3座干熄塔均可能跨炉区工作);措施:及时对轨道/码牌/读码头等进行检查调整、清理紧固或修复更换;
  ④变频器:时常报警停机、走行主变频发生故障时易使车辆失控、长行车/精对位/炉区不同位置时速度控制不理想、转罐变频负载增大时卡劲报过流、6SE70变频器各模块电路板故障损坏率高等等;措施:根据现场特点采取适当防护/屏蔽/减振/加固等措施、将原始走行变频器控制方式由独立控制变为主从控制(主变频速度控制、从变频转矩控制)、变频器参数优化、不同状态条件下PLC程序速度给定值修改、转罐变频V/F控制增加低速时转矩补偿、6SE70系列变频器因技术和备件等原因有计划地淘汰升级更换为G130系列;
  ⑤PLC程序:机车PLC控制系统具有容量大、参数多、控制分散、作业频繁、工艺复杂等特征,多年来所进行的改进和优化数不胜数;例如,为缩短单孔操作时间而进行的大量步序衔接时机、限制条件、先后逻辑、位移数值、到位延时、运行速度、静态联锁改动态联锁等修改;为缓解装煤后期炉口冒烟情况而进行的与推焦车平煤动作的工序优化;为适应熄焦车与干熄塔不同距离时四车联锁条件限制导致的机车交互等待而进行的优化;为避免司机犯困而对一键循环使用时间限定为08:00~00:00;不同熄焦车对不同干熄塔及同一炉区出现两台熄焦车时的条件判断等;
  ⑥走行制動器:制动效果不佳、生产时经常溜车、常需多次对位、紧急停车过程中制动距离过长等;措施:将原有电磁抱闸制动器升级更换,保证制动效果;
  ⑦限位:如熄焦车旋转焦罐系统的调整装置开闭/有无罐/减速/停止等信号均由单个接近开关反馈,抗干扰程度低,改为每个信号都以双限位进行双保险反馈,增加抗干扰能力,提高生产效率;推焦车5组除尘翻板油缸位移传感器因处高温场合故障率较高,改为可耐高温的接近开关代替,且此环境下开关量信号性能远优于模拟量信号,以降低故障率等;
  ⑧中继:四大机车液压站电磁阀原设计中均由PLC模块点经续流二极管直接输出控制,模块坏点率较高,常需修改程序,维护不便还影响生产,改为在所有电磁阀回路中增加端子式中间继电器进行电源隔离,大幅降低了模块坏点率,保证了设备运行效率;
  ⑨编码器:原设计装在走行主动轮的行程编码器常因打滑等原因造成行程误差,熄焦车冬季出湿熄时表现尤甚,改为将编码器装在从动轮,并在码牌对位成功后自动同步行程值,减小累计误差;
  ⑩其他:四大机车各系统各种偶发性的故障、报警均会导致一键循环中断;措施:适当提高系统容错和自恢复能力,即根据对生产的影响程度对部分非关键步序上的限制和判断条件进行修改。
  3.2辅助功能的优化完善
  辅助功能单元可随实际需要选择激活或取消,虽不是生产主流程所必须,但逐步实现辅助功能的全面恢复和全自动运行,对实现无人驾驶也意义重大;目前已并入全自动一键循环的辅助功能有:装煤车炉盖密封、炉顶清扫、自动加浆、东西仓自动转换受煤,推/拦焦车炉台清扫、放尾焦等;已实现单元自动的功能有推焦车放余煤、水箱加水、灰仓卸灰等;辅助功能的优化完善是一个精细且漫长的过程,需要在实际应用在逐步改进和优化。
  3.3远程视频监控系统
  为实现无人驾驶而新增的系统,主要改进:四大机车各增加成套视频控制设备,2座煤塔上增装4组高空摄像头,中控室增加视频控制柜、监控大屏幕(1大8小)、一台计算机;将装煤车两侧走行、受煤闸板、4个煤斗,推焦车两侧走行、取门、平煤、头尾焦盘、卸焦斗,拦焦车两侧走行、取门,熄焦车两侧走行、有驱、无驱等监控画面全部传到中控室;
  3.4远程操控系统
  为实现无人驾驶而新增的系统,主要改进:在中控室增加一套远程操控PLC系统、两台远程操作计算机,完善远程控制程序,实现对四大车的远程操控,和对四大机车主流程监控画面的自动切换,远程报警、紧急停止等功能。
  4 无人驾驶现状及潜在问题
  焦炉机车的无人驾驶是一项非常系统、复杂的智能化技术,它不仅要求车辆具有精准快速的定位识别、严谨可靠的自动控制、及时准确的内外通讯、全面系统的四车连锁,还需要稳定安全的信息处理系统作为支撑;
  目前,首钢京唐7.63米焦炉机车无人驾驶尚处于初级阶段,即已实现中控远程操作(机车无人驾驶,有人值守),在国内焦化行业处于领先地位,但目前普遍存在的设备老化、炉体膨胀及环境等因素,使整个系统的稳定性受到影响,如炉体变形会导致取门、清框、导焦、装煤导套锁定等动作的位移值在各炉号都不一样,传感器受电磁干扰影响而出现数值异常或报警,控制和反馈信号虚闪会导致全自动无故中断等等;即便所有整改项目都已达到设计要求,但在运行中还可能暴露其他问题,因此,只有不断地改进和完善,提高系统容错和自恢复能力,使机车远程操作逐步稳定,才能实现真正意义上的无人驾驶(无人值守)。
  5 结语
  当前,正值中国大力推动信息化与工业化的高度融合,促进传统制造业转型升级,推动中国由"制造业"向"智造业"迈进的关键时期,因此,认识、研究、学习、借鉴和再创新国内外先进技术,大力推进装备和软件国产化,逐步摆脱对国外软硬件的依赖,对破解中国制造业普遍面临的发展阶段性和结构性矛盾,具有十分重要的意义。
  参考文献
  [1]薛世文.焦炉机械与地面协调系统的数据处理与传输[J].重工与起重技术.2008.20(4):24-26.
  [2]孙元华.焦炉机械设备控制系统的设计与研究[D].大连.大连海事大学.2010.
其他文献
[摘 要]介绍了国外角反射器的发展现状,分析了国外装备的主要角反射器。本文从对抗脉冲压缩雷达、对抗极化捷变雷达和对抗毫米波末制导导引头等几个方面论述了角反射器的对抗机理。  [关键词]角反射器 对抗机理  中图分类号:TP334.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)25-0139-01  0 、引言  角反射器是以舰(机)载搜索雷达为主要作战对象,实行假目标迷惑干扰,使其提
期刊
[摘 要]建设项目是规模大,投资大,周期长,结构复杂的系统性工程,具有一定的投资风险,因此相关人员必须在在项目建设之前进行概预算,以确保其合理性,然后建设者要严格按照本计划进行施工,把工程造价控制在可控范围内,保证工程的顺利进行,提高施工质量,为企业创造更大的经济效益。  [关键词]建筑安装;工程预算;成本控制  中图分类号:F406.7 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)2
期刊
[摘 要]伴随着现阶段虚拟化进程的广泛发展,虚拟化的优点不断地显现出来。与此同时,虚拟化IT系统的日常工作手段、技术水平、管理方式、考核标准等方面的不足也随之出现,这些不足都需要及时进行处理。本文就这些不足进行了初步研究,换句话说就是预测和计划以后的IT运维内容,以及完成对维护对象的虚拟化进行研究。从而逐步提高虚拟化的技术水平,更新管理方式,建立更加健全的虚拟化系统,让虚拟化运维体系的技术优点得以
期刊
[摘 要]在我国经济水平不断发展的大背景下,石油产业已经成为了经济发展的重要支柱。油田的地面建设项目的管理情况能在很大的程度上影响油田开发的工作效率以及施工安全。油田工程项目涉及到很多方面的工作内容,不仅包括油田的开发以及建筑施工的事项,还包括相关的项目管理内容。因此,保证油田地面建设项目管理的有效性是石油企业重要的工作内容。本文就油田工程项目管理地面建设的相关内容展开了一系列的探析,旨在进一步提
期刊
[摘 要]建筑工程管理能够减少资源浪费,有效节约能源。通过科学、高效的建筑工程管理,可以保证建筑工程的相关资源得到优化配置,按需购置和使用资源,避免资源的浪费,降低施工成本,提高建筑工程的经济效益和社会效益。本文建筑工程管理存在的问题与解决方法,以供同仁参考借鉴。  [关键词]建筑工程;管理;重要性;实施途径  中图分类号:U455.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)25
期刊
[摘 要]根据一居室的毛坯房客厅数据,分析人的生理和心理需求,结合人因工程学,为提高人居室舒适性和生活质量,对客厅所需器具进行符合人因的设计。  [关键词]客厅,人因设计  中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)25-0147-01  1 引言  现代居室不仅要满足人们生理需求,且需满足人们的心理需求。客厅的功能也日益繁杂,因此对其提出了新的要求,其舒适性和
期刊
[摘 要]在建筑工程中最为关键的一个组成部分便是其中的给排水施工,这项施工的质量与整个建筑工程质量息息相关,其质量的优劣给够给建筑带来直接的影响。但在建筑给排水施工中还存在的许多问题,这些都会给建筑给排水工程质量与使用的功能带来影响,更甚者会使建筑的结构承载力大大降低。本文将以工程实践为基础,控制施工技术的质量,分析建筑给排水施工中存在的问题及对策,希望能给施工技术人员提供一个有价值的参考。  [
期刊
[摘 要]水利水電工程是一项比较基础的工程,特别是近几年来,人们的生活质量大大改善,所以水利水电工程不管是从数量上还是从规模上都有了本质的发展。在市场经济环境下,水利工程的建造不仅要确保质量,同时还要降低成本,这样才能提高其综合效益。基于此,本文对水利工程造价控制进行分析。  [关键词]水利工程;造价;合同;控制  中图分类号:F426.91 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018
期刊
[摘 要]随着科技的不断进步,人们的生活有了极大的改善,当前人们对于温度的测量、控制都有了更高的要求。在当代社会中,无论是企业生产还是人们的日常生活,都离不开温度的测量与控制,因而在具体温度测量、控制时,需要保证温度采样的可靠、迅速,才能确保相关数据是有效的,并且能快速进行数据传输,便于及时分析研究。文章主要针对51单片机进行研究,预先控制温度,并结合监测温度的数据决定是否要进行冷端补偿,进而达到
期刊
[摘 要]建筑工程安全监理全程参与在建筑工程施工的整个过程中,对确保施工的安全发挥着不同程度的作用,更使得建筑工程施工安全防患于未然,减少突发事故的发生以及降低了施工的风险,保证了工程质量与工期,提升了企业的经济效益与社会效益。建筑工程监理可以说是确保施工安全的一个利器,在今后的建筑工程施工中势在必行。本文对安全监理在建筑工程中的重要性进行了探讨。  [关键词]安全监理;建筑工程;重要性;措施  
期刊