煤炭焦化為對(duì)原煤進(jìn)行再次加工，保證各個(gè)行業(yè)煤炭的使用要求。焦?fàn)t生產(chǎn)的自動(dòng)化水平直接決定整個(gè)焦化廠的生產(chǎn)水平，不僅與當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)率相關(guān)，而且還與生產(chǎn)成本息息相關(guān)。因此，為保證焦化廠的競(jìng)爭(zhēng)力需從實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t機(jī)械的全面自動(dòng)化，最終達(dá)到無人值守的模式才能夠降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前焦化廠實(shí)際生產(chǎn)所配置的操作人員數(shù)量比例高達(dá)37.58%，對(duì)應(yīng)的人工比較偏高。

因此，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械的全自動(dòng)化并達(dá)到無人值守的目的對(duì)于降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

對(duì)于焦化廠而言，涉及到的焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械包括有裝煤車、推焦車、攔焦車、導(dǎo)煙車、電機(jī)車、熄焦車等。焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的布置形式一般如圖1所示。

目前，焦化廠的移動(dòng)機(jī)械設(shè)備主要采用PLC控制為主，并通過變頻器對(duì)其速度進(jìn)行控制。各種移動(dòng)機(jī)械設(shè)備的功能描述如下：

1）裝煤車。該機(jī)械設(shè)備將搗固形成的煤餅推入炭化室中，其對(duì)應(yīng)的控制器為S7-300；

2）推焦車。該機(jī)械設(shè)備將已經(jīng)成熟的焦炭通過推焦桿送入炭化室中，其對(duì)應(yīng)的控制器為S7-300；

3）攔焦車。該機(jī)械設(shè)備通過導(dǎo)焦槽將成熟的焦炭送入旋轉(zhuǎn)的焦罐中，其對(duì)應(yīng)的控制器為S7-300；

4）搗固機(jī)。該機(jī)械設(shè)備將煉焦煤在煤箱中搗固成煤餅；

5）導(dǎo)煙車。該機(jī)械設(shè)備將煉焦過程中產(chǎn)生的煙塵通過雙U形導(dǎo)煙管排出，并達(dá)到除塵的效果，其對(duì)應(yīng)的控制器為S7-300。

目前，焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械的整體控制水平總結(jié)如下：

1）現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械均采用S7-300PLC控制器實(shí)現(xiàn)控制，且每個(gè)PLC控制器基于DP總線實(shí)現(xiàn)與子站之間的通信；

2）現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械均通過變頻器對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行控制，該控制方式具有控制平滑且沖擊力小的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，在電機(jī)編碼器閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上提升了控制的準(zhǔn)確性；

3）當(dāng)前焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械的結(jié)構(gòu)化、模塊化控制理念能夠?qū)收闲畔⑦M(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，并可很大程度上縮小故障處理時(shí)間；

4）對(duì)于相互關(guān)系相對(duì)緊密的移動(dòng)機(jī)械之間需增加強(qiáng)制聯(lián)動(dòng)控制功能。比如，推焦車、攔焦車和電機(jī)車之間的聯(lián)動(dòng)控制要求攔焦車發(fā)出信號(hào)后才能夠啟動(dòng)電機(jī)車，而后才能夠啟動(dòng)推焦車，從而保證的生產(chǎn)的安全性；

5）現(xiàn)場(chǎng)焦?fàn)t移動(dòng)設(shè)備均配置了精度較高的傳感器，能夠?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制；

6）現(xiàn)場(chǎng)焦?fàn)t移動(dòng)設(shè)備的液壓系統(tǒng)中通過比例換向閥根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況對(duì)比例換向閥的電壓或電流值進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的平穩(wěn)、快速、準(zhǔn)確控制。

雖然當(dāng)前焦化廠移動(dòng)機(jī)械的自動(dòng)化控制已經(jīng)初步具備一定的規(guī)模，但是仍然無法實(shí)現(xiàn)最終的無人值守、操作功能。本文重點(diǎn)對(duì)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械的全自動(dòng)進(jìn)行升級(jí)改造，最終能夠?qū)崿F(xiàn)在無人操作模式下運(yùn)行。

通過對(duì)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械控制現(xiàn)狀分析可知，導(dǎo)致其無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)或無人操作目標(biāo)的主要阻礙是無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)移動(dòng)設(shè)備之間的通訊問題，無法清楚掌握除了自身外其他移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；第二是無法準(zhǔn)確獲取本機(jī)或其他移動(dòng)機(jī)械的位置。因此，本文將重點(diǎn)從上述兩個(gè)方面著手實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械的全自動(dòng)和無人操作模式。

目前，可供選擇的通風(fēng)方式包括有WIFI通訊、2.4GHz通訊、433M通訊以及GPRS通訊。上述四種通訊方式的優(yōu)劣對(duì)比如表1所示。

現(xiàn)場(chǎng)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械之間的最大距離為300m，WIFI通訊方式的傳輸距離不滿足要求；考慮到現(xiàn)場(chǎng)通信成本，GPRS通信方式成本較高。同時(shí)，考慮到焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械所配置的變頻器的諧振頻率處于低頻范圍。因此，最終決定采用2.4GHz通信方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械之間的通信。

綜上所述，焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械之間的通信本工程采用深圳艾賽通訊公司的室外無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)；該設(shè)備能夠根據(jù)需求選擇900MHz、2.4GHz和5.7GHz不同頻率的通訊方式。而且，該通訊設(shè)備具備自動(dòng)偵測(cè)數(shù)據(jù)鏈路的功能，并在異常情況下自動(dòng)復(fù)位，可靠性較高。

及時(shí)掌握焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械本身及相關(guān)移動(dòng)機(jī)械之間的相對(duì)位置是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。但是，焦?fàn)t生產(chǎn)環(huán)境粉塵濃度較大、電磁環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備振動(dòng)噪聲大等惡劣環(huán)境導(dǎo)致無法可靠、精準(zhǔn)的確定焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械的位置。

可選用的定位技術(shù)包括有讀攜碼器加限位開關(guān)技術(shù)、紅外定位技術(shù)、編碼器地址檢測(cè)技術(shù)以及編碼電纜定位技術(shù)。綜合對(duì)比上述四種定位技術(shù)的功能指標(biāo)和對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力，最終確定采用編碼電纜定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)械的精準(zhǔn)定位。

當(dāng)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械通訊和定位問題解決后，所設(shè)計(jì)的焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械全自動(dòng)控制系統(tǒng)原理如圖2所示。

焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械全自動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)為移動(dòng)機(jī)械的定位精度和無線通信的性能。因此，本節(jié)重點(diǎn)對(duì)上述兩項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試。

以推焦車定位為例，焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械全自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示信息如圖3所示。

如圖3所示，推焦車可在全自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用上實(shí)現(xiàn)其與裝煤車、攔焦車的對(duì)位操作；同時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行過程中移動(dòng)機(jī)械并未出現(xiàn)較大的跳變現(xiàn)象，可滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可知，采用2.4GHz無線通信方式對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸速率最大可達(dá)24Mbps，并在數(shù)據(jù)傳輸過程中并未造成數(shù)據(jù)遲滯的現(xiàn)象；從上位機(jī)通訊監(jiān)控來看，各個(gè)移動(dòng)機(jī)械之間的通訊狀態(tài)正常。

焦化為對(duì)煤炭對(duì)再次加工，可滿足不同行業(yè)的應(yīng)用。對(duì)于焦化廠而言如何降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量是其能夠增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力核心。為此，本文主要解決了傳統(tǒng)焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械控制無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制問題，最終達(dá)到無人值守操作的目的。其中，采用2.4GHz無線通信實(shí)現(xiàn)各移動(dòng)機(jī)械之間的通訊；采用編碼電纜技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)械的定位。實(shí)踐表明，基于上述研究成果實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)械全自動(dòng)功能能夠提升勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高焦炭產(chǎn)量。