張紅亮，任 偉

（山西亮宇炭素有限公司鋁用炭素工程技術(shù)中心，山西 晉中 030600）

1 電煅爐煅燒無(wú)煙煤智能產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)的總體思路

電煅爐煅燒無(wú)煙煤智能產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)的總體思路是：用智能設(shè)備替代傳統(tǒng)流程設(shè)備，組建數(shù)字化流程，用算法控制替代定值控制和手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)智能控制。

電煅爐煅燒無(wú)煙煤智能產(chǎn)線(xiàn)的建設(shè)主要有三個(gè)方面：一是以生產(chǎn)設(shè)備、智能設(shè)備、測(cè)控設(shè)備等組成的產(chǎn)線(xiàn)硬件設(shè)施。主要包括工業(yè)AGV、AGV升降機(jī)、電煅爐及直流供電裝置、冷卻循環(huán)水路、各類(lèi)傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。這是智能產(chǎn)線(xiàn)的物理基礎(chǔ)，也是煅燒生產(chǎn)過(guò)程精確化執(zhí)行的基本保證。

第二方面是建設(shè)工業(yè)物聯(lián)局域網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)控設(shè)備、智能設(shè)備和智能管控平臺(tái)之間的互聯(lián)互通。主要包括：工業(yè)以太網(wǎng)和AGV無(wú)線(xiàn)AP等網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備設(shè)施。它是電煅爐煅燒無(wú)煙煤智能產(chǎn)線(xiàn)的信息橋梁。

第三方面是建設(shè)一個(gè)具有良好的人機(jī)對(duì)話(huà)環(huán)境的智能管控平臺(tái)（地面指揮控制系統(tǒng)）。主要包括：AGV指揮調(diào)度、智能控制和算法以及顯示操作等軟硬件。它是整個(gè)煅燒智能產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)指揮控制中心，是實(shí)現(xiàn)適度智能生產(chǎn)方式的核心。

智能管控平臺(tái)對(duì)物料搬運(yùn)、電阻率在線(xiàn)智控及煅燒過(guò)程中各要素、各環(huán)節(jié)實(shí)施精益化控制，可分析、判斷、決策控制任務(wù)，在智能設(shè)備設(shè)施的配合下更好的發(fā)揮人的潛能，讓管控平臺(tái)和機(jī)器智能與人的智慧融合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化。

智能產(chǎn)線(xiàn)是柔性化、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字生產(chǎn)流程，是煅燒工序精益化生產(chǎn)的有效使能手段。能夠克服傳統(tǒng)煅燒生產(chǎn)普遍存在的粉塵泄漏、爐電流波動(dòng)大等工藝難點(diǎn)，可預(yù)報(bào)電極倒塌、爐內(nèi)結(jié)焦、偏料、偏流等事件，預(yù)防噴爐等惡性事故的發(fā)生。是實(shí)現(xiàn)量化操作、精準(zhǔn)控制、確保設(shè)備安全運(yùn)行的重要載體。

電煅爐煅燒無(wú)煙煤智能產(chǎn)線(xiàn)的硬件設(shè)備設(shè)施主要由兩大部分組成（詳見(jiàn)圖1）：

圖1 電煅爐煅燒無(wú)煙煤智能產(chǎn)線(xiàn)總體結(jié)構(gòu)示意圖

第一部分是電煅爐無(wú)煙煤供給及煅后煤儲(chǔ)存輸送，這兩種物料均由同一臺(tái)工業(yè)AGV（搬運(yùn)機(jī)器人）負(fù)責(zé)計(jì)量和運(yùn)輸，整個(gè)輸送線(xiàn)采用各類(lèi)傳感器讓流程數(shù)字化、控制智能化、操作指令化，較好的解決了傳統(tǒng)產(chǎn)線(xiàn)控制粗放和物料動(dòng)態(tài)流程長(zhǎng)、粉塵泄漏點(diǎn)多等問(wèn)題，整條線(xiàn)環(huán)境清潔環(huán)保。

第二部分是無(wú)煙煤煅燒及智能控制，它是通過(guò)分析產(chǎn)成品煅后煤的電阻率ρ、排料速度s（排料量）和直流電功率p之間的關(guān)系，訂立模糊規(guī)則、通過(guò)模糊推理調(diào)節(jié)排料速度，并通過(guò)量化電阻率所需的直流電功率，實(shí)現(xiàn)煅后煤產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的在線(xiàn)控制。

2 電煅爐煅燒無(wú)煙煤智能產(chǎn)線(xiàn)的主要功能

2.1 電煅爐煅燒過(guò)程智控功能

（1）根據(jù)電煅爐進(jìn)出料量的動(dòng)態(tài)變化和爐內(nèi)煅料的移動(dòng)速度，預(yù)判爐內(nèi)煅料是否發(fā)生結(jié)焦并發(fā)出安全預(yù)警；

（2）根據(jù)爐壁四周溫度偏差對(duì)電煅爐偏流和爐底電極倒塌進(jìn)行分析預(yù)判，并發(fā)出安全預(yù)警；

（3）實(shí)測(cè)爐內(nèi)電功率，根據(jù)算法在線(xiàn)預(yù)測(cè)爐內(nèi)煅料電阻率的變化趨勢(shì)，通過(guò)自動(dòng)切換檔位和改變排料速度對(duì)電阻率實(shí)時(shí)控制，待煅后煤化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)錄入后，自動(dòng)反饋修正控制結(jié)果，實(shí)現(xiàn)智能控制；

（4）根據(jù)電煅爐單位時(shí)間內(nèi)A（B）倉(cāng)出料和C（D）倉(cāng)進(jìn)料量的動(dòng)態(tài)變化和CD倉(cāng)進(jìn)料的均勻程度，預(yù)判爐內(nèi)煅料是否發(fā)生偏料，并發(fā)出安全預(yù)警；

（5）根據(jù)電煅爐進(jìn)料和排料量在線(xiàn)估算是煅燒實(shí)收率。

2.2 電煅爐無(wú)煙煤供給和煅后煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)智控功能

（1）電煅爐供料指令控制，在A（B）倉(cāng)料空時(shí)地面指揮控制系統(tǒng)發(fā)出指令，AGV1自動(dòng)到原料倉(cāng)底部接料，通過(guò)AGV電梯向AB倉(cāng)搬運(yùn)物料；

（2）冷卻后的煅后煤在輸送時(shí)，由地面指揮控制系統(tǒng)發(fā)出指令，AGV1自動(dòng)到達(dá)冷卻倉(cāng)C（D）處接料，通過(guò)AGV電梯向成品倉(cāng)搬運(yùn)煅后料；

（3）煅燒工序使用的無(wú)煙煤原料由AGV2按指令從原料庫(kù)搬運(yùn)至進(jìn)料料斗，再由AGV1按指令搬運(yùn)至原料倉(cāng)待用；

（4）原料倉(cāng)和成品倉(cāng)采用負(fù)壓控制收集的粉塵自動(dòng)返倉(cāng)，不產(chǎn)生額外粉塵；

（5）AGV料箱設(shè)計(jì)為負(fù)壓箱，在搬運(yùn)過(guò)程中不產(chǎn)生粉塵，整個(gè)物料搬運(yùn)過(guò)程清潔衛(wèi)生；

（6）物料輸送工藝為數(shù)字化流程，各料倉(cāng)和AGV料箱安裝有計(jì)量裝置，搬運(yùn)量數(shù)字顯示，精確控制，同時(shí)AGV料箱還安裝有測(cè)溫元件，防止高溫煅后煤進(jìn)入成品倉(cāng)，帶來(lái)安全隱患。

3 智能產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)采用的主要智能設(shè)備

3.1 工業(yè)AGV

AGV是能夠滿(mǎn)足煅燒生產(chǎn)惡劣環(huán)境的搬運(yùn)機(jī)器人（圖2），接受生產(chǎn)任務(wù)指令，并按指令進(jìn)行線(xiàn)路規(guī)劃和任務(wù)實(shí)施。AGV可自動(dòng)尋址、避障、防撞和防墜，確保行駛安全。

圖2 煅燒工業(yè)AGV

AGV可在線(xiàn)自動(dòng)充電，故障自動(dòng)報(bào)警，其載貨量可根據(jù)電煅爐數(shù)量、產(chǎn)量設(shè)計(jì)，承擔(dān)的任務(wù)是原料和產(chǎn)成品煅后煤的無(wú)泄漏定量搬運(yùn)。AGV載有無(wú)線(xiàn)通訊裝置，通過(guò)無(wú)線(xiàn)AP和地面指揮控制系統(tǒng)通訊，接受和發(fā)送指令，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)完成接料和排料任務(wù)。AGV電梯和地面指揮控制系統(tǒng)連接，能夠接受控制指令自動(dòng)按照指令要求配合AGV完成行駛運(yùn)輸任務(wù)，AGV電梯設(shè)有防墜落機(jī)構(gòu)和AGV鎖，可有效避免承載平臺(tái)下墜和AGV滑動(dòng)，安全可靠。

3.1.1 AGV指令系統(tǒng)

AGV1待機(jī)位：原料倉(cāng)出料口，待機(jī)期間自動(dòng)充電；AGV2待機(jī)位：原料庫(kù)，待機(jī)期間自動(dòng)充電。

3.1.2 AGV1控制指令（圖3）

圖3 AGV1指令操作界面

（1）從原料倉(cāng)接無(wú)煙煤到電煅爐A（B）倉(cāng)，指令的控制內(nèi)容：① AGV1啟動(dòng)車(chē)載負(fù)壓裝置，計(jì)量車(chē)載料量；

② 地面指揮控制系統(tǒng)打開(kāi)原料倉(cāng)底排料閥，啟動(dòng)振動(dòng)給料機(jī)，開(kāi)始排料，當(dāng)AGV1車(chē)載料量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通知地面指揮控制系統(tǒng)停止排料；

③ AGV1開(kāi)始行駛，進(jìn)入AGV電梯，電梯上升到達(dá)電煅爐樓層自動(dòng)鎖死，AGV1行駛到A（B）倉(cāng)進(jìn)料口排料，排料完成后返回待機(jī)位，并關(guān)閉車(chē)載負(fù)壓裝置。

（2）從電煅爐C（D）倉(cāng)搬運(yùn)煅后煤到成品倉(cāng)，指令的控制內(nèi)容：

① AGV1啟動(dòng)車(chē)載負(fù)壓裝置，計(jì)量車(chē)載料量，并行駛到電煅爐煅后煤倉(cāng)C（D）底部；

② AGV1行駛到位后，地面指揮控制系統(tǒng)打開(kāi)C（D）倉(cāng)底排料閥排料，當(dāng)AGV1車(chē)載料量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通知地面指揮控制系統(tǒng)停止排料；

③ AGV1開(kāi)始行駛，進(jìn)入AGV電梯，電梯上升到達(dá)成品倉(cāng)樓層自動(dòng)鎖死，AGV1行駛到成品倉(cāng)進(jìn)料口排料，排料完成后返回待機(jī)位，并關(guān)閉車(chē)載負(fù)壓裝置。

（3）從無(wú)煙煤進(jìn)料斗接料到原料倉(cāng)，指令的控制內(nèi)容：

① AGV1啟動(dòng)車(chē)載負(fù)壓裝置，計(jì)量車(chē)載料量，并行駛到無(wú)煙煤料斗底部；

② AGV1行駛到位后，地面指揮控制系統(tǒng)打開(kāi)無(wú)煙煤料斗排料閥排料，當(dāng)AGV1車(chē)載料量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通知地面指揮控制系統(tǒng)停止排料；

③ AGV1開(kāi)始行駛，進(jìn)入AGV電梯，電梯上升到達(dá)原料倉(cāng)倉(cāng)樓層自動(dòng)鎖死，AGV1行駛到原料倉(cāng)進(jìn)料口排料，排料完成后返回待機(jī)位，并關(guān)閉車(chē)載負(fù)壓裝置。

3.1.3 AGV2控制指令

（1)從原料搬運(yùn)無(wú)煙煤到電煅爐原料倉(cāng)，指令的控制內(nèi)容（圖4）：

圖4 AGV2指令操作界面

① AGV2提前裝載好規(guī)定量的無(wú)煙煤，AGV2在接到 指令后，啟動(dòng)車(chē)載負(fù)壓裝置，向電煅爐進(jìn)料斗行駛；

② AGV2到達(dá)電煅爐進(jìn)料斗后開(kāi)始排料，排料完成后返回原料庫(kù)，關(guān)閉負(fù)壓裝置。

3.1.4 AGV升降機(jī)

作為AGV的升降平臺(tái)（見(jiàn)圖5），配合AGV實(shí)現(xiàn)物料在垂直和水平兩個(gè)空間的穿梭搬運(yùn)。升降平臺(tái)具有AGV鎖死機(jī)構(gòu)，防止平臺(tái)傾斜AGV滑動(dòng)，升降平臺(tái)具有防墜落功能，在到達(dá)指定樓層后平臺(tái)自動(dòng)鎖死，防止平臺(tái)下墜帶來(lái)安全隱患，平臺(tái)具有防傾斜功能，避免平臺(tái)傾斜帶來(lái)安全隱患。

圖5 AGV升降機(jī)

4 地面指揮控制系統(tǒng)

地面指揮控制系統(tǒng)是煅燒生產(chǎn)的控制中心，可按訂單指標(biāo)組織生產(chǎn)，對(duì)AGV下達(dá)任務(wù)指令，指揮AGV完成無(wú)煙煤的搬運(yùn)和煅后煤的儲(chǔ)運(yùn)；對(duì)電煅爐冷卻水進(jìn)行控制，確保電煅爐的安全運(yùn)行；對(duì)電煅爐煅燒的熱工過(guò)程和直流供電功率自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)煅后煤質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

4.1 電煅煤電阻率在線(xiàn)智能控制

電煅爐在環(huán)境溫度和排料速度相對(duì)穩(wěn)定的前提下，產(chǎn)成品的電阻率ρ和直流供電裝置供給的電功率P呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，供給的直流功率越大，電阻率約低。詳見(jiàn)圖6。

圖6 電阻率與電功率的關(guān)系示意圖

環(huán)境溫度升高時(shí)，電阻率降低，當(dāng)排料速度提高時(shí)，煅料在爐內(nèi)的移動(dòng)速度加快，爐內(nèi)煅料溫度降低，產(chǎn)成品的電阻率升高。

根據(jù)模糊控制原理，將操作人員或?qū)＜业牟僮鹘?jīng)驗(yàn)編制成模糊規(guī)則，再將產(chǎn)成品的電阻率化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)定時(shí)錄入并模糊化，通過(guò)和模糊規(guī)則的對(duì)比分析，完成模糊推理，將推理結(jié)果輸出，控制排料量，實(shí)現(xiàn)電煅煤電阻率的智能控制。另外，再根據(jù)電煅爐實(shí)際的直流電功率大小和計(jì)算推薦的功率范圍進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整整流變壓器的檔位，改變供電功率，實(shí)現(xiàn)煅燒過(guò)程中電功率的調(diào)整，滿(mǎn)足智能控制的基本要求，最終完成電煅爐煅燒過(guò)程的智能控制。詳見(jiàn)圖7。

圖7 電阻率在線(xiàn)智能控制原理框圖

隨著電極的消耗，電極極距也在發(fā)生變化，這將直接引起直流供電回路負(fù)荷的變化，造成電煅爐電功率的供給不足，影響智能控制效果，所以需要定期對(duì)電極極距進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，調(diào)整的范圍見(jiàn)表1。

表1 智能控制條件下不同電阻率對(duì)應(yīng)電極的極距調(diào)整范圍

另外，合理的極距范圍也可以穩(wěn)定煅燒帶，防止煅燒帶漂移造成煅后煤電阻率的波動(dòng)，有利于穩(wěn)定排料速度，同時(shí)也是穩(wěn)定智能控制效果的前提條件。在條件允許的情況下可將極距調(diào)整和測(cè)量納入自動(dòng)化控制范疇。實(shí)際生產(chǎn)中電阻率智能控制運(yùn)行曲線(xiàn)見(jiàn)圖8。

圖8 電阻率智能控制運(yùn)行曲線(xiàn)

4.2 電煅爐供料及煅后煤儲(chǔ)運(yùn)智能控制

電煅爐的無(wú)煙煤供給按照按AB倉(cāng)所需定量搬運(yùn)，AGV搬運(yùn)完畢后，自動(dòng)累計(jì)計(jì)算AB倉(cāng)的無(wú)煙煤消耗量，并和CD倉(cāng)的累計(jì)進(jìn)料量量對(duì)比，估算出電煅爐的綜合實(shí)收率、產(chǎn)量以及原料消耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，用于生產(chǎn)管理。

電煅爐產(chǎn)成品煅后煤的搬運(yùn)可以根據(jù)訂單于指標(biāo)要求分類(lèi)儲(chǔ)運(yùn)，為了防止AGV故障影響生產(chǎn)可離線(xiàn)備用一臺(tái)設(shè)備，待在線(xiàn)AGV故障時(shí)上線(xiàn)使用。

4.2.1 AGV1行駛線(xiàn)路規(guī)劃

（1）無(wú)煙煤原料倉(cāng)?電煅爐AB倉(cāng)

（2）電煅爐CD倉(cāng)?煅后煤成品倉(cāng)

（3）電煅爐無(wú)煙煤進(jìn)料斗?無(wú)煙煤原料倉(cāng)

4.2.2 AGV2行駛線(xiàn)路規(guī)劃

無(wú)煙煤原料庫(kù)?電煅爐無(wú)煙煤進(jìn)料斗，電煅爐供料及煅后煤儲(chǔ)運(yùn)線(xiàn)路見(jiàn)圖9。

圖9 電煅爐供料及煅后煤儲(chǔ)運(yùn)線(xiàn)路規(guī)劃示意圖

5 總結(jié)

用智能搬運(yùn)設(shè)備AGV替代傳統(tǒng)的輸送設(shè)備，AGV升降機(jī)替代傳統(tǒng)的提升機(jī)可以將物料的動(dòng)態(tài)輸送過(guò)程變?yōu)殪o態(tài)搬運(yùn)，量化了輸送過(guò)程，再配合各類(lèi)傳感器的使用讓流程數(shù)字化，改變了由眾多輸送設(shè)備構(gòu)成的傳統(tǒng)輸送方式，凈化了生產(chǎn)環(huán)境，減少了設(shè)備配置，提高了設(shè)備的使用效率，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了控制智能化。

通過(guò)對(duì)電煅爐煅燒熱工過(guò)程的深入研究，采用模糊技術(shù)實(shí)現(xiàn)煅燒生產(chǎn)過(guò)程的智能化控制，有助于穩(wěn)定煅燒生產(chǎn)的質(zhì)量指標(biāo)，通過(guò)對(duì)噴爐、偏料、偏流、結(jié)焦等事件的預(yù)判預(yù)報(bào)，有效地預(yù)防了各類(lèi)事故的發(fā)生，為電煅爐煅燒無(wú)煙煤探索了一條新的實(shí)現(xiàn)方式。