自動化監測技術在煉鋼廠行車中的應用研究

［摘 要］文章基于傳統行車監測和控制技術的弱點和不足，利用先進的行車定位系統、視頻采集技術、無線傳輸技術，為煉鋼廠行車提供新的鋼包無線工位視頻監視系統實施方案和行車安全監控管理系統實施方案，實現精準操控，保證吊包時吊鉤的精準入位，增加了操作安全性。

［關鍵詞］自動化監測；煉鋼廠；行車

［中圖分類號］TF71 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0135–03

1 項目情況

某煉鋼廠現有41 部行車，其中高溫液體行車8 部，承擔著鐵水、鋼水、鋼渣等高溫液體的吊運工作，其運行的安全性、穩定性對煉鋼廠安全管理工作至關重要。目前，行車自動化監測和控制水平低，無法實現對行車司機不規范操作行為的有效監督管控；行車移動時，地面人員注意不到或聽不清行車警鈴提示，存在高空墜物傷害風險；人員上下行車時，存在行車對位不準或突然移動，人員擠壓傷害及高空墜落風險。

基于上述原因，山西首鋼國際工程技術有限公司決定對高溫行車進行本質化安全整改。

2 綜合安全系統組成

2.1 鋼包無線工位視頻監視系統

該系統利用先進的行車定位系統、視頻采集技術、無線傳輸技術等，將工位視頻傳輸到對應行車駕駛室，清晰地顯示在畫面上，拉近和擴展了行車工觀察吊鉤掛包的情況，保證吊包時吊鉤的精準入位，增加了安全性，可減少失誤，避免事故的發生。

2.2 安全監控管理系統

該系統組成如下。

（1）安全監控管理器。可對行車運行狀態進行實時監測、記錄、分析和診斷，是集預警、保護、統計于一體的綜合安全監控系統和運行信息管理平臺，能有效監視行車各項運行信息，記錄各種電氣節點的信號軌跡，協助分析事故原因，提供行車管理的決策支持等。工作人員能夠方便、清楚地監測到行車設備的運行情況，能夠對超限項目進行報警，并在顯示屏上顯示記錄，同時數據可導出打印作為業績考核和事故分析的重要依據，也能夠視頻監控、存儲司機的操作行為，作為事故分析和行為糾正的依據。其可以有效預防和抑制事故的發生，杜絕安全生產隱患，便于安全監管。

（2）投光燈。每部行車安裝6 盞投光燈，行車運行時能夠在地面上顯示行車的運行軌跡，使地面人員能夠及時有效避開，保證安全。

（3）上下行車激光定位。幫助行車準確停在安全的登車位，保障人員上下行車安全。

3 實施方案

3.1 鋼包無線工位視頻監視系統實施方案

現場兩個跨需改造5 部行車12 個鋼包工位，其中加料跨2 部行車、3 個工位，鋼水跨3 部行車9 個工位。系統結構示意如圖1 所示。

（1）工作流程。行車在區域內走行進入工位時，駕駛室智能顯示設備會立即顯示該工位的視頻。走行在兩個工位之間，未到達具體工位時，駕駛室智能顯示設備不顯示圖像。

（2）行車定位（工位定位）子系統。在行車走行區域工位安裝電子標簽，行車對應位置安裝RFID 識別設備，當行車到達電子標簽處讀取標識確定行車到達何處工位。

電子標簽定位范圍3 m，到達標簽前后1.5 m 范圍內為進入工位，開始顯示圖像進行實時監測。

（3）工位視頻采集子系統。工位兩側安裝2 個高清網絡攝像頭，從正面角度記錄鋼包耳軸位工作視頻（攝像頭具備防塵防震護罩，護罩具備風冷接口，如果現場溫度較高使用方可以接入現場的壓縮空氣）。攝像頭安裝示意如圖2 所示。

（4）無線傳輸子系統。攝像頭采集的視頻通過光纖傳輸到地面無線基站，再由車載無線基站接收視頻，最終傳至駕駛室顯示器。

（5）AI 智能識別系統。采用先進的AI 技術完成視頻分析、邊緣計算，TPU 支持RISC-V 生態、支持DNN 神經網絡模型分析、編譯和調整在邊緣設備中進行實時推理，快速布署現有的主流模型或訓練好的神經網絡模型，智能判斷鉤頭與鋼包掛耳的入位情況，并提示行車司機。

（6）無線傳輸系統采用雙鏈路布局，損壞一個網橋的情況下仍能正常工作。

（7）多網橋覆蓋，自動切換網橋無延時，保障視頻實時、清晰。

3.2 行車安全監控管理系統實施方案

3.2.1 安全監控管理器

行車安全監控管理系統通過對起重量限制、起升高度限制、超速保護等措施實現行車安全運行，安全監控設備結構如圖3 所示。

根據GB/T28264—2017《起重機械安全監控管理系統》中的要求，行車安全監控管理系統中采集、記錄的信號如下。

（1）起重量限制：取現場開關量。

（2）起升高度限位/ 下降深度限位：取現場開關量。

（3）運行行程限位：取現場開關量。

（4）聯鎖保護（門限位/ 機構運行聯鎖）：取現場開關量。

（5）軌道運行機構防撞：取防撞信號進入采集器。

（6）超速保護：取現場開關量。

（7）操作指令：從起重機操作觸點隔離采集信號。

（8）起升機構制動：新配置安裝接近開關讀取制動器狀態。

（9）起升高度/ 下降深度：新配置安裝絕對值編碼器或卷筒傳感器讀取起升高度/ 下降深度。

（10）起重量：現場設備能夠提供起重量信號或買方更換帶輸出接口的儀表讀取到起重量。

（11） 大車走行位置：新配置安裝大車走行系統（電子標簽方式）。

（12）小車走行位置：新配置安裝小車定位系統（激光測距），記錄小車位置。

（13）工作時間。

（14）累計工作時間。

（15）每次工作循環。

（16）視頻監控：安裝高清網絡攝像頭觀察吊點和駕駛室內司機行為。

（17）智能區域報警裝置：安裝人工智能區域報警裝置監測行車平臺登機區域上是否有人并報警。

（18）地面傳輸系統：將監控系統中的數據和視頻傳輸至地面服務器，實現在地面觀看行車數據和視頻。

3.2.2 除所列信息采集外的功能

除上述所列的條款外，根據GB/T28264—2017《起重機械安全監控管理系統》中的規定，電氣監控系統還應具有下列功能：①系統應對行車運行狀態及故障信息進行實時記錄。②系統應對行車運行狀態及故障信息進行歷史追溯。③系統具有自診斷功能。在開機時應具有自檢程序；對警報、顯示等功能進行驗證；在系統自身發生故障而影響正常使用時，能立即發出報警信號。④行車運行有危險時，發出聲光報警信號。⑤系統信息的采集應滿足實時性要求，存儲應滿足原始完整性要求。⑥系統存儲的數據信息應包含數據的編號、時間和日期。⑦在運行周期內系統的采樣周期不應大于100 ms。⑧數據存儲時間不應少于1 a 連續工作日。⑨系統的管理應由經授權的人員進行。

3.2.3 系統軟件界面

（1）開機界面。設備通電自動啟動，主界面啟動后開始設備自檢，對系統自身所有設備進行檢查，以防由于自身問題導致誤報。

（2）系統主界面。設備自檢結束軟件進入主界面工作。主界面分為3 部分，上面左側是行車俯視圖，顯示小車的狀態；上面右側是起重機側視圖，可以看到行車動畫的顯示，有數據的主副鉤位置和實時稱重量。界面下方是行車各種限位和制動器的狀態顯示。

（3）數據界面。界面上部分顯示各種監控數據，下部分仍然顯示限位等重要信息。

（4）查詢界面。采取多種方式查詢，支持按照時間段、設備類型、事件狀態等多種方式查詢。查詢結果可以導出EXCEL 格式，U 盤自動導出。

（5）設置界面。設置用戶信息、用戶權限；設置系統時間、時間校準；設置設備使用壽命；設置報警輸出。

（6）數據分析。通過采集到的開關量、模擬量數據進行圖標顯示，協助分析起重機工作狀態、事故原因等。

3.2.4 系統設備

（1）記錄儀主機。通過觸摸操作，方便快捷地進行查詢、數據保存及提取，具有USB 接口，可隨時根據需要拷貝相關數據，用于分析處理。顯示屏：22寸多觸點觸摸屏。

（2）采集器。采用先進的TCP/IPModbus 協議可接駁MES、ERP、MIS 等企業級管理系統，可被遠程訪問，調取現場實時數據。在監測到非正常的工作狀態后，控制系統自動保存報警數據及做出輸出控制，實現保護起重機的安全。

具備實時采集、自動存儲、即時反饋、自動處理、自動傳輸功能，保證了現場數據的真實性、有效性、實時性、可用性。其具有一體性、機動性、體積小、重量輕、高性能等特點。提供24 VDC56 路輸入（可更換220 V AV 繼電器）。

（3）攝像機。在行車上安裝網絡攝像機，用于視頻監控吊點和駕駛室內司機行為。系統所采集的視頻信息可以存儲到黑匣子機柜內，保存不少于72 h 記錄。可以通過顯示屏觀測到實時視頻或回放視頻信息。攝像機同時配備防塵、防震、防熱輻射防護罩。

（4）系統軟件。系統軟件能夠顯示、記錄、分析、報警行車的運行狀態和分析數據，能夠根據運行時間提示維護和操作人員行車的大小車、鋼絲繩、抱閘等所有設備的運行時間和運行次數，并進行更換和維修預警，預留監控接口，無線通訊有足夠帶寬預留。

行車安全記錄儀（黑匣子）系統主機安裝在司機室，在司機室合適位置安裝，將監控界面和運行信息在司機室顯示，方便操作人員實時觀看。

（5）投光燈。投光燈安裝在行車箱梁上，行車運行時能夠在地面上顯示行車的運行軌跡，避免地面走入危險區域。每部行車設計6 個投光燈完成現場警示作用。行車南北大梁各安裝3 個投光燈，3 個投光燈投射圖案拼接為一個整體圖案，完成行車下方危險區域提示功能。

現場實際安裝為：每臺行車安裝6 臺投光燈，將地面危險作業區域圈定到一定范圍內，能夠有效地提示地面作人員注意上方的不安全因素，從而預防事故的發生。

（6）上下車激光定位。在適當位置設置反光板定位登車口停車位，當行車行至此處輸出登車口激光傳感器檢測到反光板位置，系統輸出聯動信號（一個開關量給登車口電磁鎖），當行車駛出此位置關閉輸出。

4 結束語

綜上所述，高空行車裝上行車安全監控管理器、行車運行投光燈及行車定位等設備后，一個人既可以近距離觀測目標，又可以遠距離控制設備，無需兩個人配合，即可實現精準操控，保證吊包時吊鉤的精準入位，增加了操作安全性，具有很高的實用價值。

參考文獻

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