伴随着钢铁产业的不断升级改造，车间和库房管理越来越科学，不仅为企业带来了巨大的效益，也为钢铁行业增添了全新的活力。天车作为其中最为主要的搬运设备，在炼钢车间的主要职责是倒运铁水，重量达100-200t。由于天车长时间处于恶劣的环境中，运行是否安全、平稳，既影响着车间的生产，又影响着工作人员的生命安全。为确保车间天车安全运作，需要企业利用高新技术，对天车进行定位监测，以便及时发现运行状况，实现智能化生产。
1、天车定位技术的概述
1.1定位技术的发展
在工业生产中，天车主要用于生产检修，而在炼钢车间内，天车则是起重设备。对于炼钢车间而言，天车好比运动员的手脚，不只影响生产量，更影响车间的安全。最开始的时候，天车的定位通常由天车工判断，同时地面由一名人员指挥司机行走，这种相对传统的定位方式，对人力和时间的消耗比较大。而且，还要求司机驾驶经验丰富，以便满足生产需求。近年来，伴随着编码器的推广和应用，炼钢行业开始在天车上安装编码器进行定位，逐渐取代了人工作业。编码器的安装，可以对天车轮轴的转动圈数进行统计，基于车轮的半径，定位天车的位置。然而，由于炼钢车间环境复杂，粉尘居多，温度高，时间一长，就会导致编码器的旋转轴出现问题。另一方面，一旦天车的车轮打滑，编码器就无法对旋转角度进行精准的计算。
天车定位技术最早兴起与上世纪80年代初，是日本的格雷母线技术。随后，我国与1998年研发了感应无线技术，2009年研发了天车检测系统。激光器的问世更早，由美国在1960年研发出来，在多个领域应用。由于激光器的精度比较高，也被用于天车的定位领域。相对来讲，射频识别技术是一种全新的技术，方便灵活，普遍用于各行业。
1.2天车定位技术的意义
当今社会，钢铁生产的系统越发成熟，更加重视对生产、设备等方面的管理。生产过程中，由于各环节密切相关，任一环节出现短板，都会影响生产，轻则影响生产速度和质量，重则影响企业的效益。加之炼钢车间噪音大、温度高等，物料的传递、转运等都需要天车执行，需要准确、实时的传递信息，确保信息准确无误。但是，由于天车所处位置特殊，通讯设备受到使用限制，影响信息的交互。这种情况下，对天车进行定位至关重要，不仅可以提高天车的工作效率，还能保证数据信息的准确性、实时性。实践中，定位系统以天车的位置为基准，对运行轨迹进行记录，形成作业流程图，并展现给工作人员。同时，依靠调度系统，对下个工作节点进行预判，全面掌控天车。根据天车的作业记录，借助相关的报表数据，为安排和优化生产计划，提供有利的参考。
2、高精度定位技术的应用
2.1光电式编码器
编码器，是安装于天车转动轴，将转动轴的位移转变为数字或电脉冲信号的一种传感器。而光电式编码器，则是一种全新的传感器，通过对编码器技术、光电检测技术的结合，将天车的位置信息转为二进制的编码。相较于增量型的传感器，这类编码器的特征更加显著，如精准度高，即便是在掉电的状态下，也能保持运转。光电式编码器由光电接收器、码盘等部分组成，转动轴在运转过程中，会带动码盘，无论是在哪一个位置，都能通过对接收器数据的读取，获得编码，从而明确转动轴的位移。当转动的角度大于360o时，齿轮轴就会将码盘带入位，继而增加量程。
2.2格雷母线
格雷母线定位技术，是在感应环线原理上产生的，包括固定站、格雷母线、移动站3个部分。通常情况下，格雷母线内含感应环线，根据具体的排布方式制作而成。移动站和格雷母线相距10cm，在天车移动期间，会和母线出现电磁感应，而固定站则基于电磁感应的强度，对位置进行大体的计算，并上传到控制系统。此类技术的特点是，可以适用于任何的环境，精度高，能够连续检测。但是，安装、维护有一定的难度，而且维护的成本也比较高。
2.3激光测距
激光测距技术的方向性、相干性良好，是一种比较理想的光源。分析得知，该技术的原理是光反射，包含各种技术，比如脉冲激光测距、相位激光测距等。对于前一种技术而言，在测距点发射脉冲，反射后接收，经由时间测量装置，对脉冲一个来回的时间进行测量，获得距离；而后一种技术的激光，是可以持续调制的，通过对激光来回的相位差，对距离进行计算。此类技术的特点是，安装简便，测量准确。但是，该技术对天车的性能、运行轨道有一定的要求，对于3台或以上天车同时运行的情况下，是不适用的。而且，对工作环境的粉尘、温度要求相对较高。
3、系统架构组成
在炼钢车间中，大型天车的运行跨度相当于整个车间的长度，一般在高层的平台上进行格雷母线的安装，与两侧安装固定站。而小型天车的运行，则基于大车的宽度，将激光测距仪安装在小车上，根据激光的方向，在大车上安装反光板，对激光进行反射，以便提高测量的精准度。对于光电式编码器，则安装在天车的主副钩。在天车运行期间，为了提高安全性，还要将激光测距仪安装在大车的两侧，实时检测邻近天车或天车和墙壁的距离，达到预警距离后，及时向天车发出停车信号。
3.1网络架构
天车的格雷母线系统，会在天车运行期间，向外界发出检测位置的信号，协议采用的是Modbus TCP，由以太网向控制系统传递信号。大多数情况下，控制系统位于天车的配电室内。激光测距仪由电缆和天车的PLC模块相连，通过相应的传输方式传递信号，同样传至控制系统。同时，编码器借助与之相匹配的协议，向控制系统传递主副钩的高度信号。
3.2软硬件的选型和流程
在监控系统内，激光测距仪的量程为20m，型号TC-20；格雷母线的型号AWC-EC100，终端箱型号AWC-BS01。控制系统使用的是西门子的系列产品，并配备了以太网卡。天车运行过程中，格雷母线会随时对位置进行定位，激光测距仪则对小车的位置进行检测，编码器对天车主副钩的位置进行实时检测。所得数据均由PLC传至上位机。
4、结语
综上所述，伴随着科学技术的发展，在工业生产中运用了越来越多的检测装置。为炼钢车间配备一套拥有高精度定位技术的安全监控系统，可以有效解决很多的技术难题，确保车间的安全生产。同时，还能规范生产流程，充分发挥出先进技术的优势，为智能化天车的实现奠定基础。
参考文献：
[1]韩立民,刘岩.基于高精度定位技术的炼钢车间天车安全监控系统[J].中国新技术新产品,2019(9):9-10.
[2]林时敬,徐安军,刘成,等.基于深度强化学习的炼钢车间天车调度方法[J].中国冶金,2021,31(3):37-43.
[3]李稷,徐安军.炼钢车间多天车动态调度仿真方案[J].东北大学学报（自然科学版）,2020,41(12):1699-1707.
[4]何朝宣,查振元,曾政,等.面向酿造工艺流程的智能天车机器人系统研究[J] 制造业自动化,2020,42(9):80-83.
[5]谭树人,董行健,陈卫东.基于语音识别的天车作业智能辅助系统设计[J].制造业自动化,2020,42(6):8-10,26.
