煉鋼天車設備及操作在線監控管理及應用

張春濤 姚旭亮

摘 要：天車設備及操作在線監控管理采用自動化、信息化、視覺識別技術，從設備狀態檢測、設備圖像采集分析、天車準時化作業管理等方面，實現天車運行狀態的數字化采集和智能分析，達到設備、生產、質量可控，降低人員成本，提高人工勞效的目標。

關鍵詞：自動化；信息化；準時化

ONLINE MONITORING MANAGEMENT AND APPLICATION OF STEELMAKING OVERHEAD CRANE EQUIPMENT AND OPERATION

Zhang Chuntao? ? Yao Xuliang

（Tangshan Iron and Steel Group Co.， Ltd.? ? Tangshan? ? 063000，China）

Abstract：The online monitoring and management of crown block equipment and operation adopts automation， information technology， and visual recognition technology. From the aspects of equipment status detection， equipment image acquisition and analysis， and crown block on-time operation management， digital collection and intelligent analysis of crown block operation status are achieved， achieving the goal of controllable equipment， production， and quality， reducing personnel costs， and improving labor efficiency.

Key words： automation; information technology; on time

0? ? 前? ? 言

天車作為特種設備，在煉鋼行業的生產過程中起著極其重要的作用，因此保證其穩定、安全的運行，成為安全生產的重要工作。為此，研發一套實現對天車設備、人員操作的在線監控管理系統以保證天車安全生產。通過煉鋼天車設備及操作在線監控管理實現減少設備故障、降低設備維修費用、操作效率提升降低電耗、提高操作安全性的目的，杜絕安全事故發生。

唐山市樂亭縣海港經濟開發區河鋼樂亭鋼鐵基地，煉鐵事業部主要設備配置：2臺360 m2燒結機、2臺480萬t的帶式焙燒機2座2 922 m3高爐；熱軋事業部主要設備：3座KR脫硫、2座200 t轉爐、1座200 t脫磷轉爐、2座LF、2座RH、2臺兩機兩流1 900 mm連鑄機，一臺兩機兩流1 600 mm板坯連鑄機，一條2 050 mm軋線；配置16個跨51部天車，天車配置了安全監控系統，包括變壓器室溫度、電壓、電流監控，電機溫度監控，變頻器報警監測、防碰撞、限位、登機連鎖監控，但設備、操作監控覆蓋不全面。

1? ? 天車設備監控管理

1.1? ? 天車PLC遠程監控

PLC地面遠程監控能給設備維護、維修帶來極大方便。設備檢修人員能隨時觀察設備的運行狀態，及時發現設備隱患，及時排除故障，提高設備運行的可靠性，避免設備故障帶來不必要的損失。地面服務站增加PDA趨勢記錄功能，為排查故障及事故分析帶來便利。

1.2? ? 大倉溫度在線檢測

天車電氣大倉溫度在線檢測報警，電氣大倉溫度安裝實時監控儀表，一般數據沒有實時傳輸給點檢人員，只能靠專業點檢每周按計劃進行點檢觀察，由于環境差異天車大倉空調老化狀況非常不好，容易報警停機，造成大倉溫度持續升高，影響電氣元件運行，從而影響天車自動運行。將天車大倉溫度實時傳輸給地面作業區，并通過微信實時將天車大倉溫度數據發送到相關人員手中，避免影響天車自動運行的情況發生，利用對發生的大倉溫度高的隱患能夠及時發現，避免發生事故。

1.3? ? 鋼絲繩在線檢測

天車是一種大型提升設備，由電機帶動機械設備，以帶動鋼絲繩從而帶動鋼包等設備升降，完成調運任務。通過對斷絲、變形、磨損、銹蝕等缺陷的實時在線監測科學預防斷繩，節約修維護費用及換繩成本。

1.4? ? 抱閘制動距離監測

在天車上的傳動機構共有五處：大車、主小車、副小車、主鉤、副鉤，這五處都是主電機輸出軸處有一抱閘，軸將動力傳遞給減速器，減速器再驅動其它機構運動。其中抱閘的作用是，當需要天車動作停止時，抱閘能及時把軸抱死；當需要天車動作時，抱閘能迅速打開，與電機輸出不“干涉”。抱閘制動距離檢測，能判斷抱閘制動片、制動軸等設備運行狀態，減低安全事故發生。

1.5? ? 繼電器使用壽命在線檢測

繼電器是控制天車動作的主要輸出電氣元件，理想使用壽命是10萬次以上，要想繼電器的使用壽命達到理想壽命，必須選型正確，如果繼電器過載使用，壽命會很短。繼電器的使用壽命會根據不同的使用環境而有所區別，與使用頻率、負載都有關系。通過對繼電器動作次數記錄，提前精準判定并及時更換老化元件，避免設備事故發生。

1.6? ? 電氣系統絕緣檢測

天車線路復雜，頻繁運行，震動較大，隱蔽部位電纜可能會加速劣化損壞導致接地漏電。電纜接地漏電有可能會導致變頻模塊損壞。且熱軋450 t天車主變二次側回路為中性點不接地的懸浮系統，針對這種系統，單個接地點不會導致設備停機，所以提前發現隱患的難度大，而隱患發展到兩點接地后，會造成停機、設備損壞進而形成事故。天車電纜接地絕緣檢測能提前發現電纜接地隱患，避免事故停車，達到事故保全的效果。

2? ? 操作監控管理

2.1? ? 天車對講機錄音

天車指揮需要對講機聯系，規定指令清晰，液體天車摘掛耳軸關鍵等操作需要司機語音二次確認。在實際生產中，會偶爾出現指令和操作產生偏差的問題，對安全生產產生影響。因此，需要天車指揮標準化監控系統，對對講機語音內容錄音，監督天車溝通操作的過程標準化過程，為管理者檢查提供依據。

熱軋事業部生產用天車主跨共6個，共19部天車，包括廢鋼、加料1、加料2、精煉、鋼水跨、連鑄跨，按照天車跨配備了對講機頻道6個。

配置6個天車跨對講機錄音系統，語音清晰，按照時間形成錄音文件，無語音1分鐘間隔當前文件結束，無語音不錄音，錄音存儲時間1周。

錄音文件容量5M/分鐘，按照85%的使用率計算，每天錄音文件為6G，1周錄音容量為42G。

天車對講機錄音能夠實時采集各跨對講機語音，為天車標準化作業中對講機確認環節、上下天車語音聯系等情況是否落實提供檢查依據，當因對講機指揮環節與地面溝通發生異常事件時，此系統可提供現場語音證據。

2.2? ? 天車準時化作業管理

準時化生產是一種“拉動”式生產管理模式，實現在必要的時刻生產必要數量的必要產品（或零配件），從而徹底消除在制品過量的浪費，以及由之衍生出來的種種間接浪費。然后通過旨在解決這些問題的改善活動，徹底消除引起成本增加的種種浪費，實現生產過程的合理性、高效性和靈活性。天車準時化管理，完成天車運行全流程實時監控，司機操作過程不同階段制定標準化時間，通過計算機采集記錄司機實際操作時間與標準化時間對比，杜絕天車作業銜接時間過長，工作效率低等問題。例如：轉爐加料天車編寫針對爐作業的準時化程序，將加廢鋼等待時間、加廢鋼時間、裝鐵等待時間、裝鐵運行時間、裝鐵時間傳輸到PI實時數據庫，并通過網頁查詢。

2.3? ? 天車違規操作管理

煉鋼天車是連接工藝之間的橋梁，天車穩定運行是煉鋼生產的基本保證。天車作業區人員眾多，工作點分散，而且單獨作業，操作天車手法存在多樣性，不便于管理。

天車操作隨意性強的問題根深蒂固，體現在職工培訓工作不夠扎實，基礎工作管理薄弱；崗位規程簡單，不能對作業活動全覆蓋，更重要的是缺乏對每個作業環節針對性的要求。起初崗位職工從“老師傅”那里傳承過來的操作手法和作業習慣不同，經過多年的沉淀和積累，天車操作者的意識就形成了“隨意性和頑固性”，當習慣成自然就非常難以改變了，尤其在作為生產骨干的作業長和班組長思想上扎根、生根直至根深蒂固，改變“舊習”就會難上加難。所以，在日常作業管理上缺乏規程和標準，對崗位工人的檢查也沒有詳實的標準和依據，這是天車發生操作異常事件甚至事故的深層次管理原因。沒有標準或標準不清是推行標準化作業的最大障礙。

熱軋事業部共有天車51部，每部天車均配備PLC控制系統。但目前沒有配置違規操作自動檢測系統。通過對2022年作業區8起異常事件的調查分析發現，每一起事故、異常事件的發生均存有人員的操作失誤、不規范行為等原因。為規范天車司機的操作，改變習慣性作業手法，防止天車人身安全事故、設備事故發生，設計開發煉鋼天車違規操作實時報警系統。

借鑒道路“電子警察”的做法，對天車司機習慣性違規作業自動檢測，通過司機室語音播放給天車司機，規范天車工操作。通過違規預先提醒功能，減少違規行為發生，杜絕因操作失誤，誤碰等現象造成鋼絲繩反卷，頂輪事故發生、消除操作者放松警惕的可能性，達到操作者主動標準化作業的推動作用。

在加料天車增加包括天車操作違規報警項目為天車上下車未使用告知器，接班未實驗副小車限位，接班未實驗主小車限位，接班未實驗主起升限位，接班未實驗副起升限位，接班未實驗大車防碰撞預警位，接班未實驗大車防碰撞停車位，班中主起升限位停車，班中副起升限位停車，天車動車未鳴鈴，天車主起吊未停頓試吊，天車副起吊未停頓試吊，天車停止作業電源未切斷60 s，天車主起升接近落點未用調速減速60%，天車副起升接近落點未用調速減速60%，天車大車反車制動，天車主小車反車制動，天車副小車反車制動，天車3只及以上控制器同時操作（三把活），天車運行中天車門打開整車斷電，天車主起升下限位報警1 m，天車副起升下限位報警1 m等28項報警代碼。

通過現場測試，在天車運行過程匯總，語音播報前方可能接觸的設備設施，大大提高了崗位的操作專注度，提高了天車自動運行的安全可靠性。

3? ? 司機安全操作可視化

3.1? ? 天車耳軸識別

煉鋼天車吊掛作業需要天車司機、地面指揮人員協同，天車司機自己無法確認地面吊掛狀態，地面吊掛狀態完全依靠地面指揮人員，吊掛作業許多環節地面需要指揮者確認，確認不好會造成蹲鉤、卡勾、鋼包脫落等危險，并且現場指揮人員存在較大人身安全隱患。為了降低煉鋼吊包作業流程存在的危險，提高作業效率，設計煉鋼天車吊掛作業圖像識別功能。

此系統將地面拍攝大包耳軸的攝像頭圖像應用無線技術實時傳輸到天車平板電腦，平板電腦應用 Python編程經過卷積分析，識別天車吊掛作業等待、準備掛鉤、正在掛鉤、吊鉤到位四個狀態并語音提示天車司機，從而省略指揮人員的兩側確認和天車司機的二次確環節，不僅避免了指揮人員來回走動所帶來的人身安全隱患，而且還能節省掛包時間，提高生產效率。將圖像識別、機器學習等新興技術應用于天車領域，使天車作業更加智能化、自動化，實現培養人才、提高生產利潤的目標。

3.2? ? 天車語音導航

熱軋煉鋼區域現場設備較多，且諸多設備位造成天車運行通道狹窄，容易發生磕碰事故。天車安裝定置提醒裝置，利用天車定位語音導航系統，將天車運行通道中易發生磕碰部位錄入系統定位，當天車將要通過這些區域時提前通知提醒天車司機注意，從而防止發生磕碰事故。

司機室內由于視線的局限性，吊、放包工作過程中不能清晰觀察天車大車、小車、吊鉤的位置，利用天車定位語音導航系統，將天車工作位坐標錄入系統定位，通過語音播報天車大車、小車、吊鉤實際位置與工作坐標差距，實現工作位精確定位，提高工作效率。

精煉、鋼水跨運行天車共計六部主要為鋼水三臺450 t、一臺160 t、精煉跨一臺450 t、一臺160 t。煉鋼區域現場設備較多，尤為鋼水跨區域，在天車運行過程中下方主體設備有：轉爐爐后平臺、滑板除塵車、滑板加沙平臺、三個連鑄機裝缸平臺、LF爐平臺、LF爐懸臂吊、十二個烤包器、RH平臺。為了消除天車運行過程中磕碰設備事故的發生，增加提前預警，實現天車運行零磕碰。

天車定位數據采集利用天車PDA曲線，確定天車在運行過程中所接觸的設備設施并定位大車、小車X、Y位置數據。同時與天車內天車定位電腦相結合，配置預警外放設備，根據天車運行的X、Y軸數據，實現預警內容播報。對障礙物躲避的語音提示保證天車的行車安全，對工作位實時提醒，縮短天車吊包、放包操作時間，提高工作效。

3.3? ? 監控畫面整合

熱軋事業部煉鋼轉爐天車定位是獨立系統，調度室配置天車定位畫面，動態顯示鐵水進入煉鋼車間直至鋼水到達連鑄機進行澆鑄的整個煉鋼過程，轉爐中控室無此畫面顯示。

在煉鋼中控增加電視監控，顯示天車定位畫面，可以在轉爐中控室、LF、KR主控室顯示，并具有錄像功能，為生產節奏異常，提供追溯錄像信息功能，從而提高生產效率。轉爐可以根據天車位置，判斷備包、備廢鋼和鐵水情況，充分利用生產間隙，維護爐況，提高轉爐壽命。

4? ? 結? ? 語

通過天車設備及操作在線監控管理，建立標準化管理機制，強化推進標準化作業。完善崗位規程，制訂可視化崗位規程，提高崗位工人對規程的掌握率，提高操作標準化，加強人員操作規范性管控。讓每個崗位工人逐漸按照標準化作業要求進行操作，使標準化作業在日常的行為中成為習慣，從而降低各類事故的發生幾率。總之，煉鋼天車設備及操作在線監控管理，通過自主研發、模式獨立、投入最少的原則，實現人員增值、標準化作業增強公司軟實力。