1.立项背景

鞍钢股份有限公司炼焦总厂为落实集团公司“信息化、智能化项目建设”的总体要求，充分调动现场参与的积极性，加快公司信息化、智能化建设，按照“少人化、无人化、集控化”的原则，实现提质增效、提高劳动生产率的核心目的。于2018年2月开始开展信息化、智能化项目实施。整个项目涉及原料煤粉碎、智能皮带运输系统、智能卸煤小车系统，项目实施后达到了预期减员目标，提高了设备基础自动化，智能化水平，部分设备初步具备了信息化功能接口，实现信息化管理。



图1：备煤作业区工艺流程图

说明：鞍钢股份有限公司炼焦总厂有2个备煤作业区，8套翻车机、66个贮煤筒仓，贮煤量可达46.1万吨。



图2：炼焦系统工艺流程图

说明：鞍钢股份有限公司炼焦总厂拥有6米焦炉8座，7米焦炉4座，年产焦炭730万吨；全厂物料输送皮带337条，环长75450米。

随着工业4.0及互联网+的热潮，国内外工业企业建设智能化工厂的需求日益增涨，在完善基础自动化及SCADA的基础上，运用当前成熟先进的技术，如：5G+、大数据、人工智能等信息化、智能化技术手段实现工艺装备的在线检测、智能诊断、无人巡检、信息互联、本质安全。通过2018年炼焦总厂实施该项目后，确实极大的提高了劳动生产率、优化了人力资源、提高了设备自动化，智能化水平、提高了设备管理水平。

2.内涵和主要做法

“炼焦智能物料运输关键技术研发与协同构建”由鞍钢集团鞍钢股份有限公司炼焦总厂进行同行业对标，调研、明确需求与技术路线，由鞍钢集团工程技术有限公司进行设计。该项目采用的关键技术有：1）粉碎机运行状态在线检测，分析诊断、报警、远程移动监测。2）物料输送系统过程控制通讯故障诊断。3）皮带通廊内人体视觉识别技术，通过摄像头画面分析在运行皮带周围的人员是否存在安全风险，如果是，则触发连锁条件，立即停机，确保人员人身安全。4）物料输送系统设备状态参数检测，采用一种集检测、分析、触发动作一体的皮带打滑检测装置。5）煤筒仓卸煤小车的精确定位，智能寻仓、卸料。6）各分散的操作室HMI的整合、消防，烟气报警设施联网管理。7）利用智能巡检机器人替代人工巡检高压配电室。

3.原理或机理

3.1炼焦物料输送系统过程控制网络改进

PLC CPU 采用 AB 1756-L71 CPU 替代 当前使用的 1756-L55 CPU，ControlNet 通讯网络受限于扩展能力与通讯速率已经无法满足未来大数量通讯的需求，故本次采用以太网通讯网络替代， ControlNet 通讯网络；采用1756-EN2TR 嵌入式交换机技术以太网通讯模块替代当前使用的 1756-CNBR；

CPU与各I.O子站之间采用 多模光纤以太环网替代原有的ControlNet 光纤通讯网络；升级PLC CPU至 1756-L71并升级其与分站PLC之间的通讯网络为EtherNet 1756-EN2TR。

改进后有利于数据远程采集，实现集中管控。

3.2 炼焦物料输送系统过程控制网络故障快速诊断

网络状态监控与故障快速定位系统利用现有控制系统资源及丰富的模块信息，集成在一个统一的数据信息化平台上，编制专门的监控程序，把设备、程控系统、网络系统运行趋势以及故障原因直接可视化、系统化。

系统实时跟踪网络中PLC设备与I.O模块的状态变化，PLC硬件故障发生时，很难确定故障起因与故障设备，难以查找停机的真正原因的情况。

3.3炼焦物料输送系统设备状态在线检测分析与诊断

通过对粉碎机等关键大电机、风机增加在线检测设备，对振动数据、温度及转速等参数的在线采集，完成信号的拾取、放大、滤波、数据采集、数据处理与数据传输，并综合相关工艺，采用先进的信号处理技术，在发生运行异常及故障时及时报警，并诊断出故障的类别及部位。通过随时监测和评估设备运行状态，可以提早发现设备早期故障隐患，及时发出建立在标准化基础上的分级预警和报警，为进一步的故障分析、设备性能评估提供信息和数据。

3.4人体视觉识别安全系统

据现场情况，对人行过道全面视频监控监管，实时采集视频图像，实时进行人员安全检测，当人员进入危险区，进行声光报警，提醒监控室职守人员，加强对现场的关注，如果人员发生意外，可以人工干预皮带停机；当工作人员进入危险区时，系统自动感知，与PLC控制系统通信，控制皮带停止运转，进而减少不必要的人员伤亡。为实现项目的目标，设计一套软硬件系统，主要包括两个子系统、三个模块，分别为：视频采集系统、业务判定系统、视频流人体目标检测模块、硬件控制模块。

3.5运输皮带保护装置完善

传统皮带保护装置有撕裂、打滑、堵溜、电流检测，本项目对原设计没有电流检测的电机增加了检测，并参与到PLC程序控制，达到保护电机的目的。

3.6智能卸煤小车系统研发

增加车号识别系统、生产管理系统、控制系统实现以下功能：状态监控、任务管理、小车控制、料仓管理、物料管理、系统管理、来料识别、小车位置检测、驱动控制、皮带互锁、过程记录等，达到减员增效、提高安全性和稳定焦炭质量的效果。

3.7操作室的集中管控

利用先进的信息融合、智能化技术，将原有操作室HMI、消防报警系统、视频监控系统、气体检测报警系统、电梯、指令对讲系统等统一融合在一起，达到了集控的目的、优化了人力资源、提升了管理水平和劳动效率。

3.8高压配电室智能巡检

针对现场两个高压配电室，选择吊挂式电力巡检机器人，通过预先敷设的固定轨道，运动到对应高压柜的可检测区域，拾取柜体的运行状态信息。轨道上加载的24V供电滑轨给机器人提供动力电源。

4.创新亮点

炼焦物料输送系统过程控制网络故障快速诊断系统开发：

网络状态监控与故障快速定位系统利用现有控制系统资源及丰富的模块信息，集成在一个统一的数据信息化平台上，编制专门的监控程序，把设备、程控系统、网络系统运行趋势以及故障原因直接可视化、系统化。

系统实时跟踪网络中PLC设备与I.O模块的状态变化，PLC硬件故障发生时，很难确定故障起因与故障设备，难以查找停机的真正原因的情况。

实时跟踪网络中计算机系统、交换机系统的状态，覆盖网络中的全部设备，应对网络硬件故障发生时，很难确定故障起因与故障设备，难以查找停机的真正原因的情况。

对停机原因记录、分类、汇总、统计，形成分类报表，解决管理中很难准确掌握生产线的故障信息，错报、漏报、报告不及时，增加了决策的难度的问题。

信息共享，统计分析设备故障信息，解决设备系统跨专业、分散、独立，各个层面的信息分析不集中、不及时、目的性不强等问题。

炼焦物料输送系统设备状态在线检测分析与诊断平台系统开发：

1）通过对状态监测系统的有效集成，并新增设备状态在线分析与诊断平台;平台采用 B/S、C/S 两种软件架构开发应用功能，实现移动应用访问状态数据、管理报表等功能。通过移动 APP、PC 终端等多种方式为授权用户提供远程访问，对点检和巡检和厂级的定修提供决策支撑；为科学评价设备的服役状态、优化设备的维修策略及备件采购策略提供必要的技术手段与数据支撑；具备设备状态调控离线分析评价工具系统及设备离线点检数据管理系统，实现设备状态信号的数据采集、集中存储和智能分析，实现对设备状态的智能管控。该系统平台可实现后续产线、机组设备的标准功能及专有设备状态分析模型的拓展；

2）通过提取数据中潜含的特征与规律，在智能算法层面实现对全流程关键设备状态数据的智能分析和深层利用，为评价设备的服役状态提供必要的技术手段。建立机械设备故障诊断分析系统、设备状态综合评价系统。建立数据分析基础框架功能平台，包括轴承故障、轴系故障、大电机故障规则库；结合采集的设备运行数据，建立轴承诊断模型、风机和电机诊断模型、振动和温度信号分析模型、设备寿命评估模型、设备状态与质量关联分析模型、设备保障薄弱环节分析模型、设备过程能力评价模型；

人体视觉安全识别系统研发：

该项目采用视觉技术，实现智能安防、智慧安防。系统采集视频信息，对视频内容进行解析，利用现代视觉安防技术、模式识别技术、人工智能技术实现人员检测、人员定位、人员运动特征识别。通过对人行过道全面视频监控监管，实时采集视频图像，实时进行人员安全检测，当人员进入危险区，进行声光报警，提醒监控室职守人员，加强对现场的关注，如果人员发生意外，可以人工干预皮带停机；当工作人员进入危险区时，系统自动感知，与PLC控制系统通信，控制皮带停止运转，进而减少不必要的人员伤亡。为实现项目的目标，设计一套软硬件系统，主要包括两个子系统、三个模块，分别为：视频采集系统、业务判定系统、视频流人体目标检测模块、硬件控制模块。应用图像处理与识别技术，实现人员危险姿态（俯卧、后仰、侧倾、接近皮带）自动识别并报警。

智能卸煤小车系统开发：

1).增设铁车号自动识别设备（即：地面读出装置）是为铁路车号自动识别功能而专门设计的一种设备，主要由轨边箱内设备和轨上设备组成，轨上设备主要是磁钢和天线，轨边箱内设备是一个高度为2U的机箱，内部集成了RF射频模块、射频读出卡、磁钢信号采集电路及主处理器单元。通过地面识别设备对车辆安装电子标签的扫描，进行车号信息的自动识别和读取。

2）.增加小车位置检测装置,主要由地址编码器、天线箱、格雷母线、地址解码器组成。实时检测小车的绝对位置，通过通讯方式送到主控PLC。

3).增加控制装置，包括中控室计算机、地面主控柜、小车车载控制柜组成。

中控室计算机:提供操作员操作接口，接收PLC信息，发出控制指令，记录保存操作数据,实时监视现场运行状态。计算机能跟据来料信息和各库存信息判断应放料仓位，在操作界面上显示出来，供操作员参考。

地面主控柜：主要由开关电源、PLC、通讯模块、交换机组成。料位计的仓位、小车地址等数据经通讯模块输入到PLC CPU。PLC将计算机发来的控制命令和仓位、小车当前位置，生成小车运行指令发送到小车控制PLC，控制卸料小车自动找仓、多点布料。

小车车载控制柜：安装在小车上，接收主控PLC的控制指令和本地操作面板的操作信号，远程或本地控制小车走行。

4）.增设无线网络，主要由无线网桥组成，车地各装一台。通过无线网桥可实现小车与地面的透明通讯，将车上的视频图像传送到地面中控。

5）.增加监视系统，包括车上摄像机、现场摄像机、传输线路、画面分割器、监视器组成。车上摄像机对准小车下料斗，主要用于观察小车是否对准仓位、卸料时是否满料；地面摄像机监控现场情况，防止意外事件的发生。

5.实施前后效果（益）对比

实施前皮带专职岗位人数689人，12座焦炉输送系统年总故障影响时间72小时；焦炭质量的稳定性预测性差；实施后皮带专职岗位人数138人；避免焦炭损失9763.2吨；增加煤筒仓智能卸煤小车系统，保证焦炭质量预测性，提高高硫焦煤配入量3.96万吨，年节约198万元。项目共计年节约成本4972.776万元。

6.项目可推广范围

冶金炼焦行业可以借鉴推广该项目一些经验做法。