北京和利时系统工程有限公司

表1  几种焦炉机车定位方式的比较

3  无人驾驶的其他关键技术

    机车的无人驾驶是一项非常复杂的技术，它不仅要求车辆具有精确、快速的定位设备，还需要其他譬如机车本身要具有安全可靠单元自动控制，高度安全的三车连锁，稳定可靠的无线传输保障，人身和设备的保障措施，自动安全的信息管理系统作为支撑。

3.1  可靠的机车本体控制技术
    机车本体控制是整个无人驾驶的基础，要将过去需要机车司机一项项操作的流程，通过流程指令贯穿并执行，必须要有高度可靠的检测设备和控制系统。目前国内外主要手段是采用故障率低的PLC+变频设备和高度可靠的限位开关、主令控制器、编码器等设备配置而成，由于环境较为恶劣，HMI一般不采用普通PC机而采用防护等级和稳定性较高的一体化工业级触摸屏。济钢6#、7#焦炉机车系统采用了罗克韦尔自动化公司的ControlLogix控制器、PanelView触摸屏、变频器，现场采用性能可靠的三菱公司限位开关，平煤、推焦行程测量采用德国巴鲁夫（Balluff）公司主令控制器。其控制及网络配置图如图1所示。

3.2  三车连锁系统
    三车连锁是保障机车安全操作的必要条件之一，通过这些计算机连锁，大大降低了工人的劳动强度。其主要连锁如下：
    摘门联锁：允许推焦车摘门＝推焦车摘门机构对准计划推焦炭化室的中心位置（在规定允许范围内）＋当前时间离计划时间在规定允许范围内。允许拦焦车摘门＝拦焦车摘门机构对准计划推焦炭化室的中心位置（在规定允许范围内）＋当前时间离计划时间在规定允许范围内；
    推焦联锁：一级允推＝推焦车、拦焦车、熄焦车对准计划推焦炭化室的中心位置（在规定允许范围内）＋拦焦车导焦栅到位（闭锁）＋熄焦车卸焦门关闭＋当前时间离计划时间在规定允许范围内。二级允推＝一级允推＋拦焦车确认＋熄焦车确认；
    平煤联锁：允许平煤＝推焦车对准平煤中心位置（在规定允许范围内）＋ 装煤车允许平煤＋小炉门打开；
    装煤联锁：允许开盖＝装煤车对准计划推焦炭化室（已推完焦）的中心位置（在规定允许范围内）＋机、焦侧炭化室炉门关闭。允许装煤＝装煤车对准计划推焦炭化室（已推完焦）的中心位置（在规定允许范围内）＋已开盖＋机、焦侧炭化室炉门关闭。允许取煤＝装煤车对准任一取煤口的中心位置（在规定允许范围内）。

图1  机车控制及通讯网络配置图

3.3  自动行走、自动定位

图 2  加煤车自动称量流程图

    推焦车、拦焦车：推焦动作和平煤动作在接焦操作完毕后，根据实际设定的工艺流程和串序方式（或计划炉号），机车自动（或按一下“确认”按钮）行走到下一计划炉号，并一次定位在规定允许范围内的位置；
    装煤车：装煤操作完毕后，装煤车自动（或按一下“确认”按钮）行走并定位到电子秤位置（规定允许范围，此时向网关PLC发送称重信号），称皮重完毕后，装煤车自动（或按一下“确认”按钮）行走并定位到取煤位置（规定允许范围），取煤完毕后，装煤车自动（或按一下“确认”按钮）行走并定位到电子秤位置（规定允许范围，此时向网关PLC发送称重信号），称毛重完毕后，根据实际设定的工艺流程和串序方式（或计划炉号），机车自动（或按一下“确认”按钮）行走到下一计划炉号，并一次定位在规定允许范围内的位置。其流程可参考图2；
    熄焦车：（位置判断是否熄焦（行程开关），定位熄焦、定位接焦）接焦完毕后，熄焦车自动（或按一下“确认”按钮）行走并定位到熄焦位置（规定允许范围），熄焦完毕后，熄焦车自动（或按一下“确认”按钮）行走并定位到计划卸焦位置（规定允许范围），卸焦完毕后，根据实际设定的工艺流程和串序方式（或计划炉号），机车自动（或按一下“确认”按钮）行走到下一计划炉号，并一次定位在规定允许范围内的位置。

3.4  无线数据传输技术
    近几年随着无线网络技术特别是数字网络技术的飞速发展，四大机车之间以及它们和主控室之间的数据通讯得到了有力地保证。目前国内行业还是普遍采用国外的无线电台技术。譬如济钢就选用了国外先进的点对点、点对多点SCADA电台，由于该产品采用数字信号处理（DSP）技术，具有较强的抗干扰性能。保证了现场数据交换及通信的需要。系统采用了先进的基于正副本多冗余校验机制的DF1通信协议，保证了无线通信数据的可靠和准确。其基本参数如下： CRC校验方式；波特率为9600；偶校验；频率范围为220～240MHz；载波功率为0.1W~2W。其具体网络配置可参照图1所示。

3.5  安全保证技术
    机车自动化操作和无人驾驶的前提是必须保证设备和人身的安全，因此所有的焦炉机械必须在有人的情况下反复调试、运行和磨合后方可投入自动和无人驾驶。其中为了避免误伤巡检人员、损害炉体及机械，下面几种安全保障措施是需要考虑实施的。
    定位系统的冗余检测：为保证位置检测的精确性，目前的几种定位系统都普遍采用冗余措施，譬如红外线检测可以采用双探头接收；其中只要一个探头接收到信号即可确认机车位置，并配有通讯诊断工具，及时提示维护人员注意红外通讯状况。
    路障扫描检测：为了避免车辆行走伤害检修人员和与其他机械设备发生碰撞。人们可以考虑采用路障扫描措施，并且引入到机车动作连锁。目前采用较多的为超声波和激光扫描，超声波设备较为便宜，但受天气及外界影响较大；激光设备价格较贵，但对环境要求较小。
    此外为了确保识别推焦炉门打开以及熄焦车卸焦完毕，系统可以考虑采用红焦成像识别和红外远程测温系统为推焦和熄焦车关门提供参考指导或者参与动作连锁。为实现无人驾驶，采用无线的传输的办法将现场的电视信号传输到主控室进行远程监视，也是人们必须要考虑的措施之一。

3.6  焦炉机车管理系统
    机车的信息管理系统主要包括：推排焦计划自动生成和远程下达；推焦电流管理；推焦系数的自动计算和各种推焦报表的生成和自动打印。如图2所示，机车的基本数据如推焦电流、机车位置等信号通过机车PLC、无线网络发送到网关PLC，再通过高速以太网传送至集中控制室内的服务器内，进行采集并存储在关系数据库内，分析研究焦炉运行情况，为焦炉操作提供指导意见。譬如通过推焦电流的曲线分析焦饼成熟程度和炉墙阻力情况。同时推排焦计划等信息通过该网络逆方向发送至机车上的PLC，指导或直接驱动机车完成行车、推排焦、装煤、接焦、熄焦等一系列动作。并且形成一系列的生产报表如推焦报表能自动记录推焦参数，统计推焦数据，并自动计算K1、K2、K3系数，具备查询打印功能。通过网络隔离、防病毒措施等，这些数据可以直观、便捷地被生产厂领导、车间技术人员浏览和分析，以便快速正确的做出指导生产的正确命令。

4  结语

    随着中国钢铁行业地崛起。中国焦化行业已经行驶在快车道上，与之配套的焦炉机车自动化近几年有了突飞猛进的发展。国内许多钢厂都已经进行了许多具有前瞻性的工作。济钢在搞好机车本身控制系统的可靠基础上，随着机车定位技术的逐渐成熟，和其他配套保障措施的顺利实施。在我国率先实现世界领先水平的机车的无人驾驶应该指日可待。