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(shí)現(xiàn)了加料240t天車給3號(hào)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)裝鐵功能。通過對(duì)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(shí)現(xiàn)大車定位、副鉤掛鉤、聯(lián)動(dòng)裝鐵、副鉤摘鉤、大車離開、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)回零位自動(dòng)裝鐵全過程。轉(zhuǎn)爐天車自動(dòng)裝鐵標(biāo)志著轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化水平的提升，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和設(shè)備維護(hù)成本，增加操作安全性能，天車動(dòng)作固化減少了裝鐵時(shí)間。

目前不銹鋼轉(zhuǎn)爐裝鐵是三處人工聯(lián)系配合實(shí)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(duì)講機(jī)指令手動(dòng)操作轉(zhuǎn)爐，天車工在天車司機(jī)室接收搖爐工手勢(shì)信息操作鐵包位置和傾翻角度，統(tǒng)一指揮下，實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)冶煉、自動(dòng)出鋼、自動(dòng)倒渣功能的實(shí)現(xiàn)，為了進(jìn)一步提高自動(dòng)化水平，決定自主研發(fā)加料240t天車自動(dòng)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(duì)3號(hào)轉(zhuǎn)爐裝鐵。目前轉(zhuǎn)爐裝鐵為手動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)爐裝鐵流程為大車從等待位進(jìn)入裝鐵位、主鉤進(jìn)入裝鐵位，副鉤掛鉤、主副小車北行到達(dá)裝鐵位、提副鉤同時(shí)搖爐配合完成裝鐵、摘副鉤、天車離開傾角回零位。裝鐵時(shí)裝鐵工與主控室對(duì)講機(jī)聯(lián)系，裝鐵工與天車司機(jī)手勢(shì)聯(lián)系，人工觀察天車稱量來(lái)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(jī)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(cè)量功能，精確度為10mm，數(shù)據(jù)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸?shù)搅说孛婢W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）3號(hào)轉(zhuǎn)爐：配置了西門子S7-400系統(tǒng)PLC，目前已經(jīng)具有傾動(dòng)主控制手動(dòng)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(hào)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(biāo)和難點(diǎn)分析

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)裝鐵是否穩(wěn)定、可靠運(yùn)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(shí)現(xiàn)無(wú)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(hào)轉(zhuǎn)爐中。

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

經(jīng)過安全、質(zhì)量及設(shè)備辨識(shí)，自動(dòng)裝鐵改造有以下4個(gè)難點(diǎn)：

（1）安全措施設(shè)計(jì)及實(shí)施。（2）傾動(dòng)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(cè)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(shí)施思路

3.1 自動(dòng)裝鐵控制技術(shù)方案

（1）天車自動(dòng)控制：增加PLC控制功能，與天車定位系統(tǒng)通信，實(shí)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(gè)動(dòng)作的位置控制，并具有PLC檔位調(diào)整運(yùn)行速度的功能。（2）轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)自動(dòng)控制：增加轉(zhuǎn)爐裝鐵搖爐的自動(dòng)控制功能。（3）天車轉(zhuǎn)爐PLC通信：通過通信PLC雙網(wǎng)卡，實(shí)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(jì)算、摸索裝鐵模型，設(shè)計(jì)出天車鐵包位置對(duì)應(yīng)的XYZYFZF位置與轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)對(duì)應(yīng)角度，實(shí)現(xiàn)天車、傾動(dòng)聯(lián)動(dòng)位置控制。（5）自動(dòng)條件判斷：天車自動(dòng)條件包括設(shè)備正常狀態(tài)、自動(dòng)投入狀態(tài)、進(jìn)入轉(zhuǎn)爐區(qū)域等條件，轉(zhuǎn)爐自動(dòng)條件包括設(shè)備正常狀態(tài)、裝鐵狀態(tài)、自動(dòng)投入條件等。（6）保護(hù)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(cè)量故障、裝鐵模型控制位置超差故障、天車和傾動(dòng)動(dòng)作超時(shí)故障等，實(shí)現(xiàn)傾動(dòng)及天車自動(dòng)停止功能。（7）撒鐵監(jiān)測(cè)：采用爐前攝像頭進(jìn)行裝鐵撒鐵檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)連鎖。

3.2 自動(dòng)裝鐵控制實(shí)施思路

（1）自主研發(fā)：在轉(zhuǎn)爐自動(dòng)出鋼、自動(dòng)倒渣、第二出坯跨自動(dòng)吊運(yùn)板坯控制自主研發(fā)成功實(shí)施的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，采用自主研發(fā)方式實(shí)施自動(dòng)裝鐵技術(shù)攻關(guān)。（2）多重保護(hù)連鎖：涉及到的天車控制、定位檢測(cè)、傾動(dòng)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(dòng)、停止、急停操作、撒鐵圖像檢測(cè)等多重安全連鎖保護(hù)。（3）控制模式獨(dú)立：現(xiàn)有手動(dòng)控制模式不變，增加自動(dòng)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(shí)施，減少投入。（5）安全審核：對(duì)實(shí)施方案、控制方案、連鎖關(guān)系、現(xiàn)場(chǎng)連鎖試驗(yàn)、冷試車、熱式車等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行多次安全審核。

4 自動(dòng)裝鐵流程

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

5 安全措施

（1）系統(tǒng)故障：以下故障時(shí)，將觸發(fā)系統(tǒng)故障，天車PLC、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)PLC自動(dòng)控制到手動(dòng)狀態(tài)，天車及傾動(dòng)停止動(dòng)作，天車駕駛室故障指示燈、裝鐵工現(xiàn)場(chǎng)故障指示燈、轉(zhuǎn)爐畫面故障報(bào)警。

●天車故障：設(shè)備故障、位置測(cè)量故障、動(dòng)作超時(shí)故障、重量故障。

●轉(zhuǎn)爐故障：設(shè)備故障、傾動(dòng)角度測(cè)量故障、動(dòng)作超時(shí)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(dòng)/手動(dòng)開關(guān)及急停按鈕、轉(zhuǎn)爐畫面停止按及傾動(dòng)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(dòng)控制，天車及轉(zhuǎn)爐停止動(dòng)作。

6 具體的實(shí)施方案

（1）天車完善監(jiān)測(cè)功能：增加主起升、副起升歐姆龍絕對(duì)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(cè)。（2）天車自動(dòng)控制：天車增加S7-400PLC模板，設(shè)計(jì)天車自動(dòng)控制圖紙，配盤安裝，操作按鈕及指示燈，現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)線路調(diào)試，實(shí)現(xiàn)天車自動(dòng)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(shí)現(xiàn)天車控制PLC與定位PLC通信，并具有通信故障檢測(cè)報(bào)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(dòng)、停止、急停按鈕及狀態(tài)指示燈，實(shí)現(xiàn)裝鐵的啟動(dòng)、停止、急停功能。（5）轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)自動(dòng)控制：編制程序及畫面，增加轉(zhuǎn)爐裝鐵搖爐的自動(dòng)控制功能。（6）天車轉(zhuǎn)爐PLC通信：通過通信PLC雙網(wǎng)卡，實(shí)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(jì)：設(shè)計(jì)出裝鐵過程中，天車鐵包位置對(duì)應(yīng)的大車、主小車、副小車、主鉤、付鉤位置與轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)對(duì)應(yīng)角度關(guān)系。（8）自動(dòng)條件設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)自動(dòng)投入條件，天車設(shè)備正常狀態(tài)、投入狀態(tài)、進(jìn)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(dòng)投入條件。（9）保護(hù)連鎖設(shè)計(jì)：天車和轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)本體設(shè)備故障、位置或角度測(cè)量故障、裝鐵模型控制位置超差故障、天車和傾動(dòng)動(dòng)作超時(shí)故障等，故障后應(yīng)急操作功能。（10）撒鐵監(jiān)測(cè)功能：采用爐前攝像頭進(jìn)行裝鐵撒鐵檢測(cè)，編制控制程序。（11）天車自動(dòng)裝鐵SOP：編制天車自動(dòng)裝鐵SOP及應(yīng)急操作。（12）轉(zhuǎn)爐自動(dòng)裝鐵SOP：編制轉(zhuǎn)爐自動(dòng)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(jìn)行單體調(diào)試。（14）聯(lián)動(dòng)冷試車：按照設(shè)計(jì)的天車及轉(zhuǎn)爐自動(dòng)裝鐵規(guī)程，使用空鐵包進(jìn)行冷試車，經(jīng)過連鎖急停試驗(yàn)及三次聯(lián)動(dòng)試車正常，方可進(jìn)行熱式車。（15）安全評(píng)審：對(duì)實(shí)施方案及實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行評(píng)審。（16）熱式車：按照規(guī)程，在實(shí)施小組成員到位情況下，在8點(diǎn)班進(jìn)行鐵水裝入熱式車，試車完畢后總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善規(guī)程。

7 改造效果

（1）人員增值：實(shí)施過程中，參加人員會(huì)對(duì)裝鐵過程有深入的認(rèn)知，提高專業(yè)融合，跨界學(xué)習(xí)能力。（2）標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)：通過實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝鐵，真正實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。（3）公司軟實(shí)力增強(qiáng)：通過實(shí)施過程中經(jīng)驗(yàn)的積累及實(shí)驗(yàn)的成功，提升公司軟實(shí)力。

結(jié)束語(yǔ)：自動(dòng)裝鐵功能實(shí)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(dòng)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(gè)臺(tái)階。