劉盛

（中天鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，江蘇 常州 213000）

0 引言

伴隨著工業(yè)科學技術(shù)的發(fā)展進程，天車的技術(shù)升級進程可基本劃分為傳統(tǒng)天車、遠程集中操控天車、智能無人天車、智慧天車4 個階段。根據(jù)長期的客戶現(xiàn)場實際交流調(diào)研情況，我國鋼鐵企業(yè)大部分天車仍處于上述最低層階段，即電氣化+部分自動化階段。相對于其他生產(chǎn)設備而言，作為工廠的主要搬運設備，天車數(shù)量眾多，應用廣泛，其信息化、網(wǎng)絡化、智能化升級改造的需求尤為迫切。

針對中天鋼鐵集團有限公司煉鋼車間天車實際運行情況，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G等新興技術(shù)對天車進行智慧升級和5G賦能，實現(xiàn)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚與建模分析、工業(yè)經(jīng)驗知識軟件化與模塊化、工業(yè)創(chuàng)新應用開發(fā)與運行，從而支撐生產(chǎn)智能決策、業(yè)務模式創(chuàng)新、資源優(yōu)化配置和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育，在更大范圍內(nèi)打破企業(yè)的物理和組織邊界，打通企業(yè)內(nèi)部、供應鏈上下游、供應鏈之間的數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)資源有效協(xié)同，形成無邊界組織。

1 工程概況

1.1 項目背景

中天鋼鐵集團煉鋼廠的煉鋼車間廢鋼吊運天車工作環(huán)境中存在高溫、粉塵、噪聲等危險有害因素，損害員工健康［1-4］。同時，連續(xù)作業(yè)、疲勞駕駛、勞動強度大、視線差等易引發(fā)人為操作錯誤，導致生產(chǎn)安全事故。在工業(yè)自動化、信息集成度不斷提升的情況下，天車搬運作業(yè)依然是一個重大瓶頸和盲區(qū)，讓整個信息化鏈條呈現(xiàn)了明顯斷裂，對天車的5G 遠程改造迫在眉睫。

1.2 改造項目研究

企業(yè)開展安全生產(chǎn)標準化工作，應遵循“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，以安全風險管理、隱患排查治理、職業(yè)病危害防治為基礎，以安全生產(chǎn)責任制為核心，建立安全生產(chǎn)標準化管理體系，全面提升安全生產(chǎn)管理水平，持續(xù)改進安全生產(chǎn)工作，不斷提升安全生產(chǎn)績效，預防和減少事故的發(fā)生，保障人身安全健康，保證生產(chǎn)經(jīng)營活動有序進行［5］。

本改造項目根據(jù)天車遠程操控的電氣與自動化控制原理，在部署遠程集中操控系統(tǒng)之前，先將傳統(tǒng)繼電器電控方式的老舊天車升級改造為PLC控制系統(tǒng)。為使得改造后的天車獲得良好的運行與操控性能，提升設備基礎管理水平，徹底解決老舊天車固有的高維修率、高備件消耗率等問題，改造過程中還對天車的動力及調(diào)速系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件與機械系統(tǒng)進行了優(yōu)化，使其具備遠控條件，其他輔助系統(tǒng)等也同步進行檢測，根據(jù)實際情況進行局部更換或升級改造。老舊天車本體改造項目如圖1 所示。

圖1 老舊天車本體改造項目

2 改造工作方案

5G+天車遠程集中操控系統(tǒng)標準技術(shù)方案包括8 大子系統(tǒng)，分別為中控遠程集中操控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、語音交互系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、廢鋼稱重系統(tǒng)、天車狀態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)、定位及自動巡航系統(tǒng)。

2.1 中控遠程集中操控系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由操作設備及人機界面，電控系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，視頻、語音及自動化接口和地面手持遙控等功能模塊組成。

2.1.1 人體工程學非標操作臺

操作臺采用框架結(jié)構(gòu)，模塊化設計。內(nèi)部主框架為2.0 mm 冷軋鋼板，后擋板為1.2 mm 冷軋鋼板，背墻采用鋁型材，防靜電噴塑處理，有用于顯示器支架懸掛的凹槽。臺面板為實木顆粒板，E1 級環(huán)保標準。上、下表面為某知名進口品牌的高壓耐磨耐火板（High Pressure Laminate）。整體厚度27 mm，安全負荷大于250 kg。視線間距、角度、坐姿方位均采用了可調(diào)整設計。操作臺主令控制器及左右兩側(cè)的操作按鈕、指示燈參照聯(lián)動臺順序布置，基本不改變操作者原有操作習慣。

2.1.2 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)設計整合為成套電氣控制柜，IP54 防護等級。鋼板厚度不低于2 mm，電纜顏色要符合國標要求，線槽內(nèi)走線、分層合理。所有電氣部件（儀表、繼電器、開關(guān)、保險絲、斷路器等）上應提供帶有適當名稱的標簽，與圖紙名稱一致。

PLC 采用西門子品牌，柜內(nèi)元器件均采用西門子、施耐德等品牌。

2.1.3 軟件系統(tǒng)

中控軟件系統(tǒng)包括天車遠程操控軟件、天車狀態(tài)監(jiān)控管理軟件及自動巡航運行控制軟件。

2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是采集現(xiàn)場視頻信息，傳輸至遠程控制室并實時顯示，作為天車操作人員識別生產(chǎn)現(xiàn)場狀況和控制天車運行作業(yè)的主要信息來源，是整個遠程集中操控系統(tǒng)最直觀的組成部分。

系統(tǒng)主要特點：①視頻產(chǎn)品為國內(nèi)頂尖品牌，高端配置；②最優(yōu)工程設計，攝像頭的數(shù)量、規(guī)格、安裝位置均通過幾何計算并經(jīng)工程實際驗證，確保效果最優(yōu)化；③最佳畫面效果，全系統(tǒng)采用4K 技術(shù)，400萬～800 萬像素，超高清畫面；④強大的后臺管理功能，集圖像處理、網(wǎng)絡功能、畫面管理、設備維護于一體；⑤特殊場景可采用特殊定制功能，如系統(tǒng)降溫除塵專項方案，全景畫面畸變修復，光學變倍，焦距、視角一鍵調(diào)節(jié)，畫面一鍵切換，區(qū)域防闖入偵測等；⑥大型拼接屏系統(tǒng)為遠程集中操控改造，用于展示整個作業(yè)現(xiàn)場的全局畫面，增強項目的參觀展示效果。

2.3 網(wǎng)絡通信系統(tǒng)

本項目網(wǎng)絡通信系統(tǒng)包括有線和無線2 大部分。主要由各類交換機、路由器、5G、無線設備、天線及饋線、光纖/網(wǎng)線、光電轉(zhuǎn)換等設備按照一定的組網(wǎng)方式共同構(gòu)成。為支持遠程操控系統(tǒng)龐大的數(shù)據(jù)傳輸，本項目網(wǎng)絡通信系統(tǒng)在帶寬容量、時延、抖動、可靠性等方面具備超高性能。本項目網(wǎng)絡通信系統(tǒng)采用工業(yè)5G 網(wǎng)絡和無線微波網(wǎng)絡，并做雙備份設計，且2 套網(wǎng)絡之間可以做到在線熱切換，極大地提升了網(wǎng)絡可靠性。

2.4 語音交互系統(tǒng)

語音交互系統(tǒng)的功能主要按照現(xiàn)場實際作業(yè)習慣和方式、實時語音溝通等安全要求進行針對性設計和部署。除特殊需求外，一般需要做到：①遠程操控臺對相應的天車進行喊話；②地面區(qū)域和遠程中控室可實現(xiàn)點對點語音通話，采用數(shù)字對講，具備完善的通話音質(zhì)。

2.5 安全防護系統(tǒng)

安全防護系統(tǒng)是自動化系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。5G+天車遠程集中操控系統(tǒng)標準技術(shù)方案中，安全防護設計一般包括：①共軌天車（5#、6#、7#）和異軌天車（8#、9#）防撞設計；②地面防碰撞設計，通過信號燈道閘等手段識別到危險物體和廢鋼車輛進入，及時報警聯(lián)鎖；③系統(tǒng)應急安全與天車急停設計；④防誤操作設計；⑤其他特殊安全設計。

2.6 廢鋼稱重系統(tǒng)

改造稱重系統(tǒng)，使其直接測出所吊物體的全部質(zhì)量，進行累計計算，使系統(tǒng)能夠準確測量出當前廢鋼斗合計廢鋼總質(zhì)量，精度不低于5‰，安裝由需方負責，供方負責現(xiàn)場指導安裝調(diào)試，使其具備條件。

2.7 天車狀態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)

天車狀態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)能使遠程操控人員及時掌握天車狀態(tài)數(shù)據(jù)，提升天車設備的基礎管理和信息化水平。該系統(tǒng)在每個中控操作臺上配置1 臺從站PLC 和1 臺HMI（上位機），起重機PLC 通過網(wǎng)絡通信模塊將起重機實時數(shù)據(jù)傳輸至從站PLC，通過上位機進行數(shù)據(jù)讀取和顯示，監(jiān)控數(shù)據(jù)主要包括：①設備運行參數(shù)（起重量、起升及下降高度、運行行程、限位開關(guān)動作情況、各操作指令等）；②設備狀態(tài)參數(shù)（聯(lián)鎖保護安全裝置、起升機構(gòu)制動器狀態(tài)，保護、控制裝置及制動接觸器動作情況，總電源及總接觸器動作情況等）；③實時報警信息。

2.8 定位及自動巡航系統(tǒng)

安裝相關(guān)定位系統(tǒng)硬件后，通過開發(fā)部署自動巡航運行控制軟件，天車可實現(xiàn)自動巡航功能。自動巡航功能一方面降低了遠程操控人員的作業(yè)強度，另一方面也使得一對多操作更高效。

3 改造效果

本工程實現(xiàn)了3 臺遠程廢鋼（5#、6#、7#）半自動天車駕駛，讓工作人員遠離現(xiàn)場高溫、粉塵、噪音環(huán)境，優(yōu)化了工作環(huán)境，改造了5G 遠程操作室。實現(xiàn)鐵鋼包為載體的煉鋼廠物流1∶1 仿真3D可視化系統(tǒng)，按照統(tǒng)一管理、靈活低耦合設計，需要對煉鋼廠的業(yè)務需求、系統(tǒng)需求、天車/鋼包、出坯運轉(zhuǎn)流程充分理解，設計3D可視化系統(tǒng)管理架構(gòu)、實現(xiàn)方式、系統(tǒng)接口等，可提供仰視、俯視、透視視角，360°全方位查看生產(chǎn)物流、主體設備信息，同步配置VR 技術(shù)實現(xiàn)遠程參觀和安全培訓等功能，提高煉鋼廠生產(chǎn)管控的真實感和靈活性；同時，3D 可視化工廠將作為煉鋼廠物聯(lián)網(wǎng)的顯示載體，可為實現(xiàn)中天鋼鐵智慧制造目標，打造極致高效安全的煉鋼智慧工廠提供展示平臺。

4 結(jié)語

本工程通過應用5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前沿技術(shù)，布局國內(nèi)先進一流的“智慧工廠”，對天車進行5G改造與升級，避免員工在高溫、粉塵、噪聲環(huán)境工作，大大改善了員工的工作場所和作業(yè)環(huán)境。同時，對現(xiàn)場安全風險進行充分評估，加強了安全管理，降低了員工的工作強度和發(fā)生危險事件或有害暴露的可能性，保護了員工的身體健康，有效地避免了生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。