轉(zhuǎn)爐天車自動裝鐵功能開發(fā)與應(yīng)用

唐山不銹鋼有限責(zé)任公司設(shè)備科 張士慧 姚旭亮

不銹鋼公司自主研發(fā)和實現(xiàn)了加料240t天車給3號轉(zhuǎn)爐自動裝鐵功能。通過對天車大車、主小車、副小車、主鉤、副鉤的定位及天車重量、轉(zhuǎn)爐傾角數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)大車定位、副鉤掛鉤、聯(lián)動裝鐵、副鉤摘鉤、大車離開、轉(zhuǎn)爐傾動回零位自動裝鐵全過程。轉(zhuǎn)爐天車自動裝鐵標志著轉(zhuǎn)爐自動化水平的提升，降低工人勞動強度和設(shè)備維護成本，增加操作安全性能，天車動作固化減少了裝鐵時間。

目前不銹鋼轉(zhuǎn)爐裝鐵是三處人工聯(lián)系配合實現(xiàn)的，裝鐵工在爐前指揮，轉(zhuǎn)爐搖爐工在主控室接受裝鐵工對講機指令手動操作轉(zhuǎn)爐，天車工在天車司機室接收搖爐工手勢信息操作鐵包位置和傾翻角度，統(tǒng)一指揮下，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐角度與天車鐵水包位置配合，完成人工裝鐵作業(yè)。隨著不銹鋼公司三號轉(zhuǎn)爐自動冶煉、自動出鋼、自動倒渣功能的實現(xiàn)，為了進一步提高自動化水平，決定自主研發(fā)加料240t天車自動裝鐵系統(tǒng)。

1 生產(chǎn)及設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

不銹鋼公司具有3座100t轉(zhuǎn)爐，加料跨共天車6部，其中加料240t天車對3號轉(zhuǎn)爐裝鐵。目前轉(zhuǎn)爐裝鐵為手動狀態(tài)，轉(zhuǎn)爐裝鐵流程為大車從等待位進入裝鐵位、主鉤進入裝鐵位，副鉤掛鉤、主副小車北行到達裝鐵位、提副鉤同時搖爐配合完成裝鐵、摘副鉤、天車離開傾角回零位。裝鐵時裝鐵工與主控室對講機聯(lián)系，裝鐵工與天車司機手勢聯(lián)系，人工觀察天車稱量來判斷裝入量，裝鐵速度不固定，容易出現(xiàn)過大冒煙現(xiàn)象，如果裝鐵過程中出現(xiàn)爐坑撒鐵異常，需要指揮天車司機或轉(zhuǎn)爐才能完成，反應(yīng)速度慢。

1.2 設(shè)備配置現(xiàn)狀

（1）240t天車配置：沒有配置PLC控制功能，目前配置了天車定位系統(tǒng)，使用的是西門子SMART型PLC，具有編碼電纜大車、小車測量功能，精確度為10mm，數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸?shù)搅说孛婢W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）3號轉(zhuǎn)爐：配置了西門子S7-400系統(tǒng)PLC，目前已經(jīng)具有傾動主控制手動主令控制功能。（3）通信網(wǎng)絡(luò)：轉(zhuǎn)爐PLC與天車定位系統(tǒng)通過3號轉(zhuǎn)爐PLC室的通信PLC雙網(wǎng)卡已聯(lián)通。

2 技術(shù)研發(fā)目標和難點分析

轉(zhuǎn)爐自動裝鐵是否穩(wěn)定、可靠運行涉及人身設(shè)備安全。加料240t天車在原有大車定位、主小車定位、天車重量采集的基礎(chǔ)上增加主起、副起升、副小車定位功能。實現(xiàn)無人干預(yù)情況下，煉鋼加料跨240t天車吊鐵水包將鐵水按照設(shè)定重量裝入到3號轉(zhuǎn)爐中。

煉鋼加料跨240t天車吊鐵水包到達3號轉(zhuǎn)爐區(qū)域，3號轉(zhuǎn)爐裝完廢鋼后等待裝鐵，此時天車及轉(zhuǎn)爐在自動裝鐵控制模式下，天車司機按下裝鐵指令，轉(zhuǎn)爐傾動自動旋轉(zhuǎn)到裝鐵角度，天車控制大車、小車、副起升機構(gòu)給鐵包掛小勾，天車繼續(xù)控制鐵包角度與轉(zhuǎn)爐角度配合進行裝鐵作業(yè)，當(dāng)鐵水裝入量達到設(shè)定或鐵包到達一定角度后，轉(zhuǎn)爐裝鐵完成，天車自動鐵包回位，傾動回零位等待吹煉，裝鐵自動控制流程完畢。

經(jīng)過安全、質(zhì)量及設(shè)備辨識，自動裝鐵改造有以下4個難點：

（1）安全措施設(shè)計及實施。（2）傾動及天車裝鐵過程中的位置控制模型建立。（3）天車大車、主小車、副小車、主鉤、付鉤位置測量及控制精度。（4）PLC控制及通信程序的編制。

3 控制技術(shù)方案及實施思路

3.1 自動裝鐵控制技術(shù)方案

（1）天車自動控制：增加PLC控制功能，與天車定位系統(tǒng)通信，實現(xiàn)天車大車位置X、主小車位置YZ、副小車位置YF、主小車起升位置ZZ、副小車起升位置ZF五個動作的位置控制，并具有PLC檔位調(diào)整運行速度的功能。（2）轉(zhuǎn)爐傾動自動控制：增加轉(zhuǎn)爐裝鐵搖爐的自動控制功能。（3）天車轉(zhuǎn)爐PLC通信：通過通信PLC雙網(wǎng)卡，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐PLC和天車控制PLC的通信功能。（4）裝鐵模型控制：計算、摸索裝鐵模型，設(shè)計出天車鐵包位置對應(yīng)的XYZYFZF位置與轉(zhuǎn)爐傾動對應(yīng)角度，實現(xiàn)天車、傾動聯(lián)動位置控制。（5）自動條件判斷：天車自動條件包括設(shè)備正常狀態(tài)、自動投入狀態(tài)、進入轉(zhuǎn)爐區(qū)域等條件，轉(zhuǎn)爐自動條件包括設(shè)備正常狀態(tài)、裝鐵狀態(tài)、自動投入條件等。（6）保護連鎖控制：天車和轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)本體設(shè)備故障、位置或角度測量故障、裝鐵模型控制位置超差故障、天車和傾動動作超時故障等，實現(xiàn)傾動及天車自動停止功能。（7）撒鐵監(jiān)測：采用爐前攝像頭進行裝鐵撒鐵檢測，實現(xiàn)保護連鎖。

3.2 自動裝鐵控制實施思路

（1）自主研發(fā)：在轉(zhuǎn)爐自動出鋼、自動倒渣、第二出坯跨自動吊運板坯控制自主研發(fā)成功實施的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，采用自主研發(fā)方式實施自動裝鐵技術(shù)攻關(guān)。（2）多重保護連鎖：涉及到的天車控制、定位檢測、傾動控制、PLC通信、天車工急停干預(yù)、轉(zhuǎn)爐主控急停干預(yù)、裝鐵工裝鐵啟動、停止、急停操作、撒鐵圖像檢測等多重安全連鎖保護。（3）控制模式獨立：現(xiàn)有手動控制模式不變，增加自動裝鐵控制模式，并方便切換。（4）投入最少：所增加的電氣控制元件最大限度的利舊的方式實施，減少投入。（5）安全審核：對實施方案、控制方案、連鎖關(guān)系、現(xiàn)場連鎖試驗、冷試車、熱式車等各個環(huán)節(jié)進行多次安全審核。

4 自動裝鐵流程

（1）天車準備：天車吊運鐵包到達三爐爐口20m范圍內(nèi)，確認設(shè)備無故障，故障指示燈熄滅。（2）天車投入自動：天車停止動作情況下，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動狀態(tài)，如自動條件滿足，則自動指示燈閃爍，天車工按下自動按鈕，自動指示燈常亮，說明天車進入自動狀態(tài)。（3）轉(zhuǎn)爐準備：轉(zhuǎn)爐在裝完廢鋼后，轉(zhuǎn)爐進入裝鐵狀態(tài)，確認設(shè)備無故障。（4）轉(zhuǎn)爐投入自動：傾動在零位情況下，畫面選擇自動裝鐵狀態(tài)，如自動條件滿足，則自動指示燈常亮，說明轉(zhuǎn)爐進入自動狀態(tài)。（5）自動裝鐵啟動：在第2和第4步完成后，裝鐵工現(xiàn)場自動裝鐵指示燈閃爍，按下自動裝鐵按鈕，自動指示燈常亮，說明進入自動裝鐵狀態(tài)。（6）自動裝鐵過程：天車啟動到掛副勾位置；掛副勾；傾動到初始位置；天車到達初始位置；聯(lián)動裝鐵；裝鐵完成；天車離開；傾動搖爐到零位；天車運行到轉(zhuǎn)爐東側(cè)20m處；自動裝鐵完畢。

5 安全措施

（1）系統(tǒng)故障：以下故障時，將觸發(fā)系統(tǒng)故障，天車PLC、轉(zhuǎn)爐傾動PLC自動控制到手動狀態(tài)，天車及傾動停止動作，天車駕駛室故障指示燈、裝鐵工現(xiàn)場故障指示燈、轉(zhuǎn)爐畫面故障報警。

●天車故障：設(shè)備故障、位置測量故障、動作超時故障、重量故障。

●轉(zhuǎn)爐故障：設(shè)備故障、傾動角度測量故障、動作超時故障。

●通信故障：四套PLC通信故障。

（2）人工干預(yù)操作：天車自動/手動開關(guān)及急停按鈕、轉(zhuǎn)爐畫面停止按及傾動主令、裝鐵工停止按鈕及急停按鈕，以上三處都可以操作，停止裝鐵自動控制，天車及轉(zhuǎn)爐停止動作。

6 具體的實施方案

（1）天車完善監(jiān)測功能：增加主起升、副起升歐姆龍絕對值編碼器安裝到卷筒起升限位輸出軸上，增加副小車4-20MA激光定位檢測。（2）天車自動控制：天車增加S7-400PLC模板，設(shè)計天車自動控制圖紙，配盤安裝，操作按鈕及指示燈，現(xiàn)場鋪設(shè)線路調(diào)試，實現(xiàn)天車自動調(diào)試控制功能。（3）天車控制PLC與定位PLC通信：編制程序，使用單邊通信技術(shù)，實現(xiàn)天車控制PLC與定位PLC通信，并具有通信故障檢測報警功能，從定位系統(tǒng)得到天車XYZ位置及W重量。（4）裝鐵工操作按鈕：在轉(zhuǎn)爐爐前操作室西側(cè)安裝啟動、停止、急停按鈕及狀態(tài)指示燈，實現(xiàn)裝鐵的啟動、停止、急停功能。（5）轉(zhuǎn)爐傾動自動控制：編制程序及畫面，增加轉(zhuǎn)爐裝鐵搖爐的自動控制功能。（6）天車轉(zhuǎn)爐PLC通信：通過通信PLC雙網(wǎng)卡，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐PLC和天車控制PLC的通信功能，編制通訊塊，包括通訊故障診斷。（7）裝鐵模型設(shè)計：設(shè)計出裝鐵過程中，天車鐵包位置對應(yīng)的大車、主小車、副小車、主鉤、付鉤位置與轉(zhuǎn)爐傾動對應(yīng)角度關(guān)系。（8）自動條件設(shè)計：設(shè)計自動投入條件，天車設(shè)備正常狀態(tài)、投入狀態(tài)、進入轉(zhuǎn)爐區(qū)域，轉(zhuǎn)爐設(shè)備正常狀態(tài)、裝鐵狀態(tài)、自動投入條件。（9）保護連鎖設(shè)計：天車和轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)本體設(shè)備故障、位置或角度測量故障、裝鐵模型控制位置超差故障、天車和傾動動作超時故障等，故障后應(yīng)急操作功能。（10）撒鐵監(jiān)測功能：采用爐前攝像頭進行裝鐵撒鐵檢測，編制控制程序。（11）天車自動裝鐵SOP：編制天車自動裝鐵SOP及應(yīng)急操作。（12）轉(zhuǎn)爐自動裝鐵SOP：編制轉(zhuǎn)爐自動裝鐵SOP及應(yīng)急操作。（13）程序編制及單體調(diào)試：涉及到天車定位PLC、天車控制PLC、通信PLC、轉(zhuǎn)爐PLC的控制程序及顯示畫面編制，進行單體調(diào)試。（14）聯(lián)動冷試車：按照設(shè)計的天車及轉(zhuǎn)爐自動裝鐵規(guī)程，使用空鐵包進行冷試車，經(jīng)過連鎖急停試驗及三次聯(lián)動試車正常，方可進行熱式車。（15）安全評審：對實施方案及實驗情況進行評審。（16）熱式車：按照規(guī)程，在實施小組成員到位情況下，在8點班進行鐵水裝入熱式車，試車完畢后總結(jié)經(jīng)驗，完善規(guī)程。

7 改造效果

（1）人員增值：實施過程中，參加人員會對裝鐵過程有深入的認知，提高專業(yè)融合，跨界學(xué)習(xí)能力。（2）標準化作業(yè)：通過實現(xiàn)自動裝鐵，真正實現(xiàn)標準化作業(yè)。（3）公司軟實力增強：通過實施過程中經(jīng)驗的積累及實驗的成功，提升公司軟實力。

結(jié)束語：自動裝鐵功能實現(xiàn)了比人工操作更加平穩(wěn)、安全的出鋼作業(yè)過程，杜絕了由于崗位操作失誤引起的各類問題，保證了本質(zhì)安全。自動裝鐵模型的自主研發(fā)，在“一鍵式煉鋼”的基礎(chǔ)上，煉鋼智能化又上升了一個臺階。