頂裝煤焦爐機車全自動操作系統(tǒng)

1、頂裝煤焦爐機車全自動操作系統(tǒng)方 案 說 明2012年11月岳陽千盟電子有限公司目 錄1.引言32.系統(tǒng)方案概述32.1.地址檢測：32.2.通信技術32.3.生產工藝及元器件選型方面32.4.控制方式方面（根據用戶需求選用）32.5.系統(tǒng)的實時監(jiān)控和記錄32.6.視頻識別技術33.系統(tǒng)網絡構成34.系統(tǒng)原理35.系統(tǒng)功能35.1.管理功能35.1.1.生產計劃編排與下達35.1.2.記錄、統(tǒng)計、查詢、打印功能35.2.聯鎖控制功能35.3.自動走行、自動定位功能35.4.機車駕駛室提示、顯示功能35.4.1.中控室動畫功能35.4.2.機車駕駛室顯示功能35.5.其它功能35.5.1.推焦緊急

2、停止35.5.2.自動識別爐號35.5.3.系統(tǒng)自適應功能35.5.4.網絡功能35.6.全自動控制功能35.6.1.推焦車35.6.2.裝煤車35.6.3.攔焦車35.6.4.熄焦車35.6.5.搗固全自動35.7.全自動操作異常處理35.8.塌煤情況處理36.機車關鍵信號的冗余檢測37.機車接口要求3一、 引言實現焦爐機車全自動操作既是煉焦行業(yè)的發(fā)展趨勢、也是企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇。首先，隨著“數字化、網絡化、智能化”工業(yè)系統(tǒng)意識在全世界范圍得到認可，模塊化儀表、通信國際標準接口等技術發(fā)展使全自動操作實現有了堅實的硬件基礎；其次，國內近幾年對焦炭行業(yè)發(fā)展的調整，新上的均是大型焦爐，對設備自

3、動化方面的投入更是成為焦爐整體系統(tǒng)設計的一個重點；其三，隨著國家由制造大國向制造強國的轉變，國家對勞動者的保護意識的提高，提高員工待遇、降低勞動者工作強度這是企業(yè)必然需要面對的社會責任；其四，針對焦爐現場高粉塵、高污染、勞動力密集的現狀，企業(yè)效益的提高必然要進行減員增效，要實現這些就需要盡可能的作業(yè)自動化！二、 系統(tǒng)方案概述基于自動化行業(yè)“檢測感知+高效通訊+數字組網+智能控制+協(xié)同輸出+有效反饋”的幾個要點，以及“統(tǒng)一管理+分散控制”的原則。要實現焦爐機車全自動操作的目標：首先，要對各車輛的動態(tài)位置準確識別及各車輛的走行精確控制，同時各車之間及各車與中央控制室之間要有可靠的數據通信；其次，各

4、車輛需要實現單元可靠的自動操作并把操作情況實時遞給車輛對位系統(tǒng)；其三，通過多種冗余手段對常規(guī)檢測信號進行分析，確保所有檢測信號正確；其四，在全自動作業(yè)期間要有穩(wěn)定高效的監(jiān)視和報警系統(tǒng)，實時的監(jiān)控系統(tǒng)運行。為此在焦爐機車全自動操作系統(tǒng)中，將包含位置機車聯鎖系統(tǒng)和自動對位系統(tǒng)、視頻識別系統(tǒng)、遠程監(jiān)控和報警系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)等幾個子系統(tǒng)。系統(tǒng)組織如下圖： 圖1 系統(tǒng)組織圖 其中，位置檢測系統(tǒng)、聯鎖控制系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)、以及自動對位系統(tǒng)均為原有焦爐機車安全聯鎖系統(tǒng)的基本系統(tǒng)。本系統(tǒng)中，在此基礎上進行了整改，在生產管理系統(tǒng)中增加了全自動部分內容。另外，將原系統(tǒng)的通信器更替為新型DSP通信器，將通信波特

5、率由原來的2400BPS提升到4800/9600BPS，縮短了通訊時間，整體上提高了系統(tǒng)通信效率。地址檢測器也升級為DSP智能地址檢測器，檢測位置信號更靈敏，適應范圍更廣，解析地址速度更快，對位置檢測系統(tǒng)狀態(tài)辨別更清晰。 視頻識別系統(tǒng)，由攝像頭和視頻處理器構成。針對特殊位置進行視頻圖像識別，判斷當前狀態(tài)，為限位檢測系統(tǒng)的有效彌補。特別是在塌焦和行車安全、動作安全等方面，具有無可替代性。同時，也為遠程監(jiān)視系統(tǒng)提供壓縮后的圖像包。遠程監(jiān)視和報警系統(tǒng)，由工業(yè)顯示器、視頻服務器、無線電臺、車載觸摸屏以及燈光報警器等設備組成。該系統(tǒng)將各車壓縮后圖像包傳輸到中控，統(tǒng)一顯示在中控的工業(yè)顯示器上。同時與圖像包

6、傳輸的還有各車的限位、液壓等當前狀態(tài)，若這些信息中包含報警信息的話，并根據“警告、危險、緊急”等分級處理，并發(fā)出文字、燈光、聲音等報警。同時，生成相關記錄和統(tǒng)計，以方便維修部門維修。自動操作控制系統(tǒng)，在控制上分成兩個層次：第一層次，為焦爐自動協(xié)同，主要完成不同機車的協(xié)同工作，已達到自動操作的緊湊和高效；第二層次，為機車單元自動操作，主要完成中控室下發(fā)指令的單元操作。各個系統(tǒng)的詳細介紹，見第四部分系統(tǒng)原理。三、 系統(tǒng)結構整個系統(tǒng)將包含1座煤塔（3列流嘴）、1座淋水塔、2臺推焦車、2臺裝煤車、2臺攔焦車、2臺電機車（在設計時，將各類型機車均預留為3臺）。整個系統(tǒng)的硬件組成主要分成3個部分：中控室部

7、分、編碼電纜部分、機車部分。詳細硬件結構圖，見圖2 系統(tǒng)結構總示意圖:圖2 系統(tǒng)結構總示意圖 為了方便下一步的闡述，將系統(tǒng)簡化如圖3 系統(tǒng)結構簡化圖：圖3 系統(tǒng)結構簡化圖 中控操作室為系統(tǒng)主要操作和監(jiān)控地點，主要分成2個部分：一部分為畫面監(jiān)控，主要設備包含工業(yè)顯示器和視頻處理器、無線電臺，主要完成對車上圖像數據的接收、分析、復原顯示等功能。另一部分為系統(tǒng)操作，主要設備包含2臺上位機、以及數據服務器，主要完成生產管理（計劃編排和工藝系數統(tǒng)計等）、系統(tǒng)在線數據監(jiān)控（當前位置、收發(fā)數據、限位組態(tài)）、系統(tǒng)運行數據備份功能（關鍵信息存儲備查）。其中上位機2臺為熱冗余，互為備用。另還可以在遠程增加客戶端，

8、實現遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行。 中控柜內為系統(tǒng)核心部分，是系統(tǒng)內各機車協(xié)同作業(yè)的主要控制部分。主要設備有：PLC組（采用西門子 CPU315-2DP+CP343-1）和機車單元（各單元含一個地址發(fā)生器、信號匹配器、地上通信器和地上控制器）。機車單元設備均為岳陽千盟電子設計制造，其中地上通訊器將采用新型DSP智能通信器，將波特率提高到4800bps（最高9600bps），可以獨立診斷通信當前狀態(tài)；新型DSP智能地址檢測器，能更高效、更穩(wěn)定的解析出當前位置信息，也可以獨立診斷位置檢測部分當前狀態(tài)。另外，該部分與焦爐煤塔下煤系統(tǒng)PLC進行MPI通信連接，采集煤塔運行信息，另通過煤塔上的攝像頭來檢測下煤狀態(tài)，

9、來實現下煤自動化。中控柜主要完成系統(tǒng)通信主控、工藝和生產協(xié)同邏輯主控，實現系統(tǒng)安全聯鎖、機車作業(yè)協(xié)同、機車自動控制等功能。 四、 系統(tǒng)原理整個系統(tǒng)承續(xù)了岳陽千盟的焦爐機車生產管理系統(tǒng)的基本結構和基本功能，并在此基礎上添加了智能控制、視頻識別、故障報警、無線傳輸的技術應用。現就相關技術原理進行簡單的介紹：4.1 視頻識別技術 一個圖像智能識別、處理和傳輸控制器，實現視頻區(qū)域設定、視頻信號采集，經圖像分割、特征提取、目標識別等一系列圖像處理與分析后得到控制信號，并將控制信號和視頻信號通過接口傳輸出來，為現場監(jiān)控、安全生產和全自動控制煉焦提供過程控制依據。 基于達芬奇技術系統(tǒng)硬件框圖功能如下：第一、

10、 實現各部分圖像的實時采集并按要求進行存儲和發(fā)送到指定部分；第二、 根據PLC指令采集所需部位的圖像、向指令要求的機車或中控室發(fā)送特定的圖像，例如：推焦過程中推焦車PLC自動要求攔焦車、熄焦車發(fā)送導焦柵、熄焦車對位等這些部分的實時圖像，推焦車的視頻識別設備自動將這些圖像按要求進行生成實時畫面顯示到工業(yè)電視上；第三、 根據圖像特征識別出以下狀態(tài)，并通過Profibus-DP或以太網通信接口傳給PLC系統(tǒng)，形成連鎖控制信號，實現多種檢測手段的冗余檢測功能：1、 車輛附近是否有人工作，是否有障礙物；2、 焦爐是否有爐門，避免取門機門鉤認定損壞做出錯誤的判斷，造成設備和生產事故；3、 車輛是否對準，同

11、編碼電纜一起共同判斷，避免某些機車長時間使用后摘門機間隙過大，機構沒有準確對位，機車進行摘門或關門等動作時損壞設備；4、 爐門是否關好，避免一些檢測信號出現故障出現錯誤的判斷；5、 車輛的對位爐號是否是正確爐號，進一步驗證編碼電纜的地址是否正確；6、 摘門后的炭化室是否出現塌焦現象等；7、 分析各種動作在動作過程中的圖像，判斷動作執(zhí)行有無異常情況。4.2智能控制 自動走行。自動走行采用無級調速，聯鎖系統(tǒng)的PLC采用Profibus-DP的方式同車上PLC通訊（或者直接在原車的PLC上增加模塊），聯鎖系統(tǒng)的PLC根據當前位置和目標位置自動計算出速度曲線，將變頻器的速度曲線送到車上PLC對變頻器進

12、行實施控制，變頻器的速度曲線采用S型速度曲線，S型的速度曲線可以減少變頻器調速的過程中產生的沖擊導致車輛的震動，提高系統(tǒng)的對位精度。 機車自動。機車的自動實現主要兩個層次，第一次層次是工段層次，第二層次為機車層次。工段層次，主要完成工段機車狀態(tài)綜合分析，協(xié)調機車生產，指揮機車單元動作。工段生產工藝大致分成兩個部分：A工段推焦動作：裝煤車下煤，攔焦車攔焦和關門，熄焦車卸焦接焦，推焦車摘門推焦。B工段裝煤動作：裝煤車裝煤，攔焦車摘門和預備攔焦，熄焦車熄焦（或者接空罐和送滿罐），推焦車關門平煤。各部分動作基本是同一時間范圍內進行，需要進行協(xié)調，避免某一機車動作延遲，導致工藝時間延長，從而影響生產。系

13、統(tǒng)根據工段機車狀態(tài)，來發(fā)出相關指令來指揮個機車動作。機車層次，主要完成機車當前狀態(tài)確認，按系統(tǒng)中控命令執(zhí)行相應的單元動作。機車在接受中控命令后，確認機車狀態(tài)，執(zhí)行相應單元自動動作。在單元自動中，若中控命令更新，再一次判斷機車狀態(tài)，向中控或者發(fā)送詢問信息，或者存儲中控指令做為下一指令，或者發(fā)送當前動作狀態(tài)等。4.3 故障報警系統(tǒng)系統(tǒng)在設計上將組建機車無線網絡，將機車運行關鍵性數據采集到中控，在中控室對整個系統(tǒng)進行圖像和數字監(jiān)控。該功能將顛覆傳統(tǒng)的電氣故障處理流程，將“故障發(fā)生操作工-生產班組生產工段維護工段維護班組技術人員解決故障”的故障處理流程改變?yōu)椤肮收希ɑ蛘唠[患）發(fā)生監(jiān)控中心技術人員解決故

14、障”，縮短故障時間，降低設備故障成本。故障信息同時在車載觸摸屏上用文字顯示相關信息，也會存儲在觸摸屏的歷史記錄中。同時，也將在中控室建立故障信息數據庫，對故障信息進行歸類分析和統(tǒng)計，對設備管理提供有指向性信息。使設備管理改變被動狀態(tài)，具有主動性和前瞻性。五、系統(tǒng)功能機車全自動操作系統(tǒng)是在機車聯鎖系統(tǒng)安全穩(wěn)定的技術上發(fā)展來的新系統(tǒng)，所有原有的機車聯鎖系統(tǒng)的功能全部具備如下：5.1 管理功能5.1.1 生產計劃編排與下達生產計劃編排：根據5-2串序（或者9-2串序）生產工藝，結合出焦時間間隔、檢修分段、倒班順序，自動編排推焦計劃、并可以人工修改、亂簽等功能。5.1.2 記錄、統(tǒng)計、查詢、打印功能在

15、生產過程中，自動記錄每一個碳化室的裝煤時間、出焦時間、取煤時間、下煤起始時間、推焦電流和裝煤電流等，在推焦、裝煤結束后，自動形成一條記錄以便隨時查詢；并能自動形成各種生產報表5.2 聯鎖控制功能聯鎖控制：聯鎖控制時，由本系統(tǒng)去控制各車的各種動作，當給定的條件不符合時，即使人工進行操作，其操作也不能執(zhí)行。聯鎖解除：聯鎖解除時，本系統(tǒng)不控制各車的各種動作。任何一個聯鎖控制都采用一個旋鈕進行控制聯鎖/解除，以便機車檢修、維修或當系統(tǒng)出現故障時解除聯鎖。上位機記錄各種動作執(zhí)行時是否采用聯鎖。5.3 自動走行、自動定位功能根據生產計劃，以及當前計劃完成情況，自動確定機車下一步應該行走的目標位置，執(zhí)行計劃

16、任務的機車，在車上按“自動走行”按鍵后，自動朝目標位置走行。并能根據距目標位置的遠近，自動控制機車的速度，在自動走行中到達目標位置時自動停止、自動對位。為確保安全，采用手動優(yōu)先原則，即任何時候人工扳動走行手柄，自動走行立即取消，進入手動走行狀態(tài)。5.4 機車駕駛室提示、顯示功能5.4.1 中控室動畫功能中控室上位機以動畫方式反映煉焦作業(yè)車輛工作情況，實時跟蹤顯示全爐區(qū)二維俯視圖，機車移動狀況及所處爐號，推焦和裝煤過程，熄焦、卸焦過程，在推焦開始后，自動顯示推焦二維橫向圖及紅焦從爐孔通過流入熄焦車的過程，顯示推焦電流和裝煤電流動態(tài)曲線，顯示各碳化室焦碳成熟程度（以顏色表示成熟程度）。5.4.2

17、機車駕駛室顯示功能在機車駕駛室用數字顯示屏或觸摸屏實時顯示各機車的工作狀況，并有相應的語音提示功能，畫面如前面展示：5.5 其它功能5.5.1 推焦緊急停止在熄焦車攔焦車操作臺上裝有緊急停止按鈕，若在推焦過程中熄焦車或攔焦車發(fā)生故障要求停止推焦時，熄焦車或攔焦車可按下緊急停止按鈕，推焦桿立即停止前進。5.5.2 自動識別爐號根據所檢測的機車位置，自動識別機車所處的爐號。根據所檢測的機車位置和計劃推焦爐號的位置，判斷機車應正確運行的方向。5.5.3 系統(tǒng)自適應功能由于爐孔或焦桿變形等各種原因需改變碳化室中心地址時，本系統(tǒng)會自動適應，并用新的中心地址去更新原數據區(qū)儲存的中心地址。5.5.4 網絡功

18、能系統(tǒng)上位機預留數據接口，以方便與企業(yè)局域網實現數據交換。5.6 全自動控制功能在車上按下“全自動申請/撤消”按鈕后，若滿足全自動操作條件，系統(tǒng)進入全自動操作狀態(tài)，按鈕燈亮，系統(tǒng)實現如下功能。5.6.1 推焦車工作流程說明：根據生產計劃中控室PLC將計劃爐號及位置發(fā)給推焦車PLC。推焦車PLC收到指令后，判斷是否滿足走行條件（如：周圍是否有障礙物、機車檢測信號是否滿足走行條件），如果所有條件全滿足推焦車自動走行到計劃爐號并自動對位，當對位達到設定的范圍內自動停止。視頻識別系統(tǒng)對對位部分的圖像信息進行處理，判斷是否對準、對的爐號是否是計劃爐號，分析完所有信息都一致后機車將對準信號發(fā)給中控PLC系

19、統(tǒng)。中控室PLC根據當前時間，給推焦車發(fā)出是否允許摘門指令。當所有條件滿足后推焦車自動摘取爐門。當所有推焦條件滿足后中控室PLC發(fā)給推焦車推焦指令，推焦車自動開始推焦。推焦過程中攔焦車的導焦柵到位、熄焦車的焦斗門關等關鍵限位失落，則緊急停止推焦并報警。推焦車結束后，中控室PLC自動控制推焦車自動關閉機側爐門。爐門關閉后，中控室PLC自動控制推焦車自動走行至平煤位置，對準后自動開啟小爐門。中控室PLC根據裝煤車裝煤計時到一定時間，自動啟動開始平煤。自動平煤過程中，根據現場工藝和平崗行程控制平煤節(jié)奏“2長1短”。裝煤結束后，自動平煤延時繼續(xù)平煤。自動平煤結束后，平煤桿退回原位置，并關閉小爐門。推焦

20、車PLC確認裝好爐門后，自動走行到下一個計劃爐號準備下次推焦車操作。整個自動運行過程中司機只需監(jiān)視，不需要做任何操作，如果在運行過程中司機發(fā)現情況再次只需按下“全自動申請/撤消”或者“暫?！卑粹o即可停止。5.6.2 裝煤車工作流程說明根據推焦車和煤塔的情況，中控室PLC將計劃裝煤爐號及位置發(fā)給裝煤車PLC，并控制裝煤車自動走行。裝煤車收到指令后，自動走行到計劃爐號并自動對位，當對位達到設定的范圍內自動停止。裝煤車根據中控室PLC發(fā)給的實時控制指令開始裝煤。在裝煤的過程中裝煤車上的車載系統(tǒng)會實時檢測煤重等信息。裝煤結束后自動走行到裝煤車回皮位置對位。回皮結束后，根據現場工藝自動選擇下煤口，并自動

21、走行到煤塔對應的下煤口位置；對位后自動向中控PLC發(fā)送 “請求下煤”申請。中控PLC系統(tǒng)收到“請求下煤”后，且準備下煤時，禁止煤車走行。當下煤結束后，發(fā)送允許裝煤車走行，裝煤車自動走行至稱重位置，進行毛重稱重。稱重結束后，根據中控室PLC的指令執(zhí)行下一步操作。當整個自動運行過程中司機只需監(jiān)視，不需要做任何操作，如果在運行過程中司機發(fā)現情況再次只需按下“全自動申請/撤消”按鈕即可停止。裝煤車自動中，不包含煤塔自動下煤，煤塔自動下煤在進行介紹。5.6.3 攔焦車工作流程說明根據生產計劃中控室PLC將計劃爐號及位置發(fā)給攔焦車PLC。攔焦車PLC收到指令后，判斷是否滿足走行條件，如果所有條件全滿足攔焦

22、車自動走行到計劃爐號并自動對位，當對位達到設定的范圍內自動停止。中控室PLC根據當前時間，給攔焦車發(fā)出是否允許摘門指令。當所有條件滿足后攔焦車自動摘取爐門，同時攔焦車自動開啟除塵接口閥。將導焦柵對準計劃爐號伸出到位，滿足推焦條件后攔焦車自動發(fā)出允許推焦信號給中控室PLC，同時自動啟動除塵風機。推焦結束后，攔焦車收到中控室PLC的指令后，自動關閉接口閥，將導焦柵收回原位，攔焦車自動將爐門關閉。攔焦車PLC確認裝好爐門后，自動走行到下一個計劃爐號準備下次推焦操作。整個自動運行過程中司機只需監(jiān)視，不需要做任何操作，如果在運行過程中司機發(fā)現情況再次只需按下“全自動申請/撤消”或者“暫?！卑粹o即可停止。

23、5.6.4 熄焦車工作流程說明根據生產計劃中控室PLC將計劃爐號及位置發(fā)給熄焦車PLC，熄焦車PLC收到指令后，判斷是否滿足走行條件。如果所有條件全滿足熄焦車自動走行到計劃爐號自動對位，當對位達到設定的范圍內自動停止。滿足接焦條件后熄焦車自動發(fā)出允許推焦信號給中控室PLC。接焦過程中，若是移動接焦，則啟動低速勻速接焦。推焦結束后，熄焦車收到中控室PLC的指令后，自動走行到熄焦塔對位。對位完成后發(fā)出熄焦淋水指令到中控室PLC，中控PLC發(fā)送“自動淋水”指令到熄焦系統(tǒng)。熄焦系統(tǒng)啟動淋水，且需反饋“正在淋水”信號給本系統(tǒng)。淋水結束后，延時判定熄焦結束。熄焦結束后自動走行到晾焦臺，按設定的放焦順序（可

24、按照現場工藝進行調整）開始放焦。如果運焦后部不允許放焦，焦臺操作工按下禁止放焦指令，可以不讓熄焦車放焦，同時給系統(tǒng)發(fā)出故障警告信息。放焦結束后，自動關閉角斗門，自動走行到下一個計劃爐號準備下次接焦車操作。整個自動運行過程中司機只需監(jiān)視，不需要做任何操作，如果在運行過程中司機發(fā)現情況再次只需按下“全自動申請/撤消”或者“暫?！卑粹o即可停止。5.6.5 下煤全自動工作流程說明中控室PLC與煤塔控制系統(tǒng)進行實時通訊，收集煤塔煤量信息，當煤量到達高/低限位時進行相應的信息提示。中控室PLC根據裝煤車位置和重量信息，判斷當前煤車是否有下煤需求。當有下煤需求的機車，自動走行至選定下煤口時，發(fā)出“禁止煤車走

25、行”信號，鎖定裝煤車禁止其走行。同時判斷裝煤車是否處于“準備接煤”狀態(tài)，并且啟動到位延時。裝煤車到位延時結束后，并且裝煤車“準備接煤”，煤塔自動開啟溜嘴進行放煤。煤塔位置視頻識別系統(tǒng)或者裝煤車煤箱稱重系統(tǒng)判斷煤重信息已達到要求，則發(fā)送相應信號停止下煤。停止下煤后，發(fā)出“解除煤車走行”信號。5.7 全自動操作異常處理為了確保全自動運行人身和設備的安全，當機車出現以下情況時，立即退出全自動狀態(tài)，并輸出報警信號。l 有手動操作時l 在規(guī)定時間內不能完成單元動作時（如：在開始摘門時啟動定時器，定時時間內爐門沒有成功被摘下）。l 推焦車設置兩個故障電流值A和B(使A>B，A定義為故障停止電流，B定義為推焦允許電流)。焦桿在未接觸到焦餅之前如果“當前電流值>B”，或焦桿在接觸到焦餅之后如果“當前電流值>A”都將退出全自動操作。l 關鍵限位信號實現異常，如推焦桿后限或前限聯系多次出現不正常動作。l 機車液壓系統(tǒng)油壓出現異常l 機車電源部分出現回路跳閘后l 推焦車、攔焦車摘門液壓系統(tǒng)的執(zhí)行油缸同模擬油缸出現位置不一致時，自動退出全自動系統(tǒng)，避免導致液壓系統(tǒng)亂缸l 機車動作部分出現在中間位置異常停止后，如推焦桿、導焦柵、移