趙華 ，馬銀華 ，于慶泉 ，魏世明 ，何亦光 ，李志

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

焦?fàn)t四大車（裝煤車、推焦車、攔焦車和熄焦車）是維持焦?fàn)t連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其中熄焦車是將焦?fàn)t炭化室1 000℃左右的紅焦承載并運(yùn)輸?shù)礁上ń範(fàn)t內(nèi)或熄焦塔進(jìn)行降溫冷卻處理的重要設(shè)備，也是四大車中運(yùn)行最頻繁、運(yùn)行路程最長的機(jī)車，具有重負(fù)載運(yùn)行、慣性大、手動(dòng)操控、操作時(shí)間緊湊的運(yùn)行特點(diǎn)。中國焦炭生產(chǎn)中焦車運(yùn)行大多采用人工操作，不同熄焦車在同一條軌道線運(yùn)行時(shí)，若操作視線不好、司機(jī)注意力不集中，或出現(xiàn)操作不當(dāng)、剎車系統(tǒng)不靈等情況，極易發(fā)生撞車事故，造成設(shè)備撞擊損壞、脫軌、紅焦落地、焦?fàn)t停產(chǎn)、人身傷害等嚴(yán)重后果。為了防止熄焦車撞車事故的發(fā)生，鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱“鲅魚圈”）煉焦部先后自主研發(fā)了基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)、基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)，并引進(jìn)了一種基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)，通過技術(shù)改造不斷提升設(shè)備保障能力，有效防止了熄焦車撞車事故的發(fā)生。

1 熄焦車防碰撞技術(shù)

1.1 基于限位開關(guān)的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)

鲅魚圈煉焦部工藝設(shè)備總體布局緊湊，4座7 m焦?fàn)t由南至北呈線狀排布，4輛熄焦車共用同一條熄焦線，2套處理能力均為160 t/h的干熄焦?fàn)t位于熄焦線中間。由于兩輛熄焦車同時(shí)進(jìn)行干熄焦作業(yè)時(shí)距離太近，經(jīng)常會(huì)發(fā)生熄焦車碰撞事故。為了解決此問題，鲅魚圈煉焦部于2008年自主研發(fā)了基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)。

1.1.1 工藝原理

限位開關(guān)利用運(yùn)動(dòng)單元觸發(fā)限位開關(guān)的接通和分?jǐn)啵惯\(yùn)動(dòng)單元部件能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)停止，改變運(yùn)動(dòng)方向或者運(yùn)動(dòng)模式等功能?；谙尬婚_關(guān)的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)控制示意圖見圖1。對(duì)熄焦車走行控制系統(tǒng)進(jìn)行程序優(yōu)化，新增熄焦車走行減速控制和制動(dòng)控制線路，以限位開關(guān)為控制接點(diǎn)，分別安裝在預(yù)先設(shè)定好的減速點(diǎn)、制動(dòng)點(diǎn)位置。當(dāng)熄焦車經(jīng)過減速點(diǎn)時(shí)，會(huì)自動(dòng)采取減速操作，由高速慢下來；再經(jīng)過制動(dòng)點(diǎn)時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)操作。由于兩熄焦車之間最終制動(dòng)點(diǎn)相距太近，在熄焦車上限位軸上安裝大號(hào)彈簧，在熄焦線上安裝固定“鐵鞋”，以達(dá)到緩沖和制動(dòng)作用，從而使兩車停下來時(shí)不碰撞。

圖1 基于限位開關(guān)的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)控制示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Anti-collision Control Technology for Coke Oven Locomotives Based on Limit Switch

1.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）工藝控制原理簡單，設(shè)備材料簡單，改造成本低廉，易自主開發(fā)。

（2）在工程應(yīng)用中，限位開關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象，運(yùn)行可靠性相對(duì)較差，但維修更換方便，運(yùn)行成本低。

（3）有較大局限性，適用范圍較小。

1.2 基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)

焦炭生產(chǎn)工藝要求焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備中的機(jī)車協(xié)同作業(yè)，完成裝煤、平煤、推焦、攔焦、除塵等一系列操作。機(jī)車協(xié)同的關(guān)鍵問題是焦?fàn)t機(jī)車的自動(dòng)控制，即如何按照煉焦生產(chǎn)計(jì)劃和煉焦生產(chǎn)工藝要求，在中控室工業(yè)計(jì)算機(jī)的集中控制管理下，控制焦?fàn)t機(jī)車自動(dòng)行走并精確定位于指定的目標(biāo)地址，繼而協(xié)同完成煉焦生產(chǎn)作業(yè)。鲅魚圈煉焦部機(jī)車定位原采用編碼電纜定位技術(shù)，存在更換維修成本高、難度大等不足，于2012年引進(jìn)了碼牌識(shí)別定位系統(tǒng)，提高焦?fàn)t機(jī)車定位的準(zhǔn)確性和精度。在此技術(shù)基礎(chǔ)上自主研發(fā)了基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)。

1.2.1 工藝原理

基于碼牌識(shí)別定位和編碼器測(cè)距的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)工作原理：基于碼牌識(shí)別定位系統(tǒng)建立焦?fàn)t各熄焦車的實(shí)時(shí)位置，利用焦?fàn)t機(jī)車無線通信網(wǎng)絡(luò)將各車的實(shí)時(shí)位置傳送給中控PLC，同時(shí)將熄焦車運(yùn)行區(qū)域劃分為4檔速度區(qū)、3檔速度區(qū)、1～2檔速度區(qū)三個(gè)區(qū)域。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，熄焦車在4檔速度區(qū)以任意速度行駛均可滿足安全停車的要求；在3檔速度區(qū)而速度為4檔時(shí)便有可能沖出軌道邊界；在1～2檔速度區(qū)而速度高于2檔時(shí)幾乎肯定會(huì)沖出軌道邊界。因此，為確保熄焦車安全運(yùn)行，規(guī)定3檔速度區(qū)限制4檔速度，熄焦車只可以3檔及以下速度行駛，1～2檔速度區(qū)限制3～4檔速度，熄焦車只可以2檔及以下速度行駛。基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)控制示意圖見圖2。

圖2 基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)控制示意圖Fig.2 Schematic Diagram for Anti-collision Control Technology for Coke Oven Locomotives Based on Positioning by Code Card Identification

1.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）此項(xiàng)技術(shù)屬于在碼牌識(shí)別定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上的再次開發(fā)利用，幾乎無成本，但機(jī)車位置判定計(jì)算設(shè)定較復(fù)雜，各種狀況下的位置判定需要嚴(yán)密的邏輯測(cè)算設(shè)計(jì)，可以自主開發(fā)但有一定的難度。

（2）運(yùn)行非?？煽?，無需維修，無運(yùn)行成本。

（3）有一定的局限性，在兩干熄焦系統(tǒng)之間未設(shè)置碼牌區(qū)域無法運(yùn)行，但可以通過新增碼牌方式進(jìn)行完善。

（4）定位精度取決于碼牌之間間隔，鲅魚圈煉焦部現(xiàn)設(shè)定為1.4 m。

（5）此項(xiàng)技術(shù)還可以判斷兩車之間距離，有較大技術(shù)升級(jí)空間。

（6）可與其他系統(tǒng)聯(lián)合起來建立焦?fàn)t車輛管理系統(tǒng)，提高焦?fàn)t車輛控制自動(dòng)化和智能化水平，為焦?fàn)t機(jī)車無人駕駛技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1.3 基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)

隨著滿足高爐生產(chǎn)需求和促進(jìn)焦化綠色生產(chǎn)的需要，鲅魚圈煉焦部焦?fàn)t生產(chǎn)節(jié)奏進(jìn)一步強(qiáng)化，且新建3干熄焦?fàn)t已列上日程，熄焦車操作時(shí)間日益緊張，同時(shí)車輛分配調(diào)度管理更為復(fù)雜，因此引進(jìn)了基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)。

1.3.1 工藝原理

超聲波測(cè)距是一種非接觸式的檢測(cè)方式。與其它傳統(tǒng)的光學(xué)檢測(cè)或者電磁學(xué)檢測(cè)方法相比較，超聲波測(cè)距不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等因素的干擾，尤其適用于被測(cè)物在煙霧、大量粉塵、電磁干擾或致毒等極端惡劣環(huán)境下的測(cè)量?；诔暡y(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)工作原理：利用超聲波抗干擾能力強(qiáng)，在雨雪、粉塵、蒸汽以及車輛晃動(dòng)等惡劣工況下，仍具有良好的目標(biāo)捕捉能力的技術(shù)特點(diǎn)，通過與焦?fàn)t車輛的車載控制系統(tǒng)連鎖，實(shí)現(xiàn)防撞對(duì)象間距的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及緊急情況下的自動(dòng)減速和停車。該焦?fàn)t車輛防碰撞系統(tǒng)主要由信號(hào)采集器、信號(hào)分析處理器、報(bào)警裝置、以及PLC控制系統(tǒng)等部分組成。基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)工藝控制示意圖見圖3。

圖3 基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)工藝控制示意圖Fig.3 Schematic Diagram for Anti-collision Control Technology for Coke Oven Vehicles Based on Ultrasonic Ranging

1.3.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）由于超聲波是依靠機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的，因而對(duì)粉塵、電磁場(chǎng)、蒸汽等惡劣工況抵抗力強(qiáng)。

（2）采用自有技術(shù)設(shè)計(jì)的喇叭口型探頭，具有良好的目標(biāo)捕捉能力，對(duì)車輛晃動(dòng)，軌道面局部高低不平等環(huán)境因素適應(yīng)能力強(qiáng)。

（3）利用自身技術(shù)開發(fā)的數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，可有效屏蔽噪音、障礙物等干擾因素。

（4）成本不高，運(yùn)行費(fèi)用少，除罐車更換作業(yè)外的其它作業(yè)均容易維護(hù)。

（5）可與焦?fàn)t車輛對(duì)位系統(tǒng)組合，實(shí)現(xiàn)“雙保險(xiǎn)”。

2 熄焦車防碰撞技術(shù)對(duì)比分析

結(jié)合鲅魚圈煉焦部三種熄焦車防碰撞技術(shù)的應(yīng)用情況，從技術(shù)改造、運(yùn)行控制以及升級(jí)空間等9個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)對(duì)比，詳見表1。由表1可以看出，三種熄焦車防碰撞技術(shù)改造成本都較低，相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)均較成熟，運(yùn)行成本低，相互可以兼容，均能在不同程度上實(shí)現(xiàn)熄焦車防碰撞目的，其中基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)適用范圍較窄，基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)適用面最寬、精確度最高，基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)開發(fā)較難，但開發(fā)前景較大。

表1 三種熄焦車防碰撞技術(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of Three Anti-collision Technologies for Coke Quenching Cars

3 應(yīng)用效果

（1）自2008年基于限位開關(guān)的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)應(yīng)用以來，在干熄焦提升機(jī)井架下未再發(fā)生熄焦車相撞事故，實(shí)現(xiàn)了干熄爐穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)省了操作時(shí)間，降低了設(shè)備維修費(fèi)用，延長了設(shè)備使用壽命。

（2）自2012年基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)投入運(yùn)用以來，熄焦車相撞事故有效減少，同時(shí)也防止了熄焦車撞擊焦?fàn)t兩側(cè)止擋器造成“過線脫軌”事故的發(fā)生，確保了煉焦生產(chǎn)的安全高效運(yùn)行。

（3）自2019年3月引進(jìn)的基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)投入運(yùn)營以來，沒有再發(fā)生熄焦車相撞事故，有效保證了焦?fàn)t生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

4 結(jié)語

鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司為了防止熄焦車碰撞事故的發(fā)生，先后自主研發(fā)了基于限位開關(guān)的防碰撞走行聯(lián)鎖控制技術(shù)、基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)，并引進(jìn)了一種基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)。通過對(duì)三項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析得出，三種熄焦車防碰撞技術(shù)改造成本都較低，相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)均較成熟，運(yùn)行成本低，相互可以兼容，均在不同程度上實(shí)現(xiàn)熄焦車防碰撞目的，其中基于限位開關(guān)的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)適用范圍較窄，基于超聲波測(cè)距的焦?fàn)t車輛防碰撞技術(shù)適用面最寬，精確度最高，基于碼牌識(shí)別定位的焦?fàn)t機(jī)車防碰撞技術(shù)開發(fā)較難但開發(fā)前景較大。三項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用后均有效減少了熄焦車運(yùn)行中碰撞事故的發(fā)生。