智能操控显示(千度高温电石炉有了智能管家——天业集团密闭电石炉自动化控制及智能出炉机器人研发纪实)

Posted 2023-05-29

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智能操控显示(千度高温电石炉有了智能管家——天业集团密闭电石炉自动化控制及智能出炉机器人研发纪实)

1月28日，新疆天业天能化工有限公司天伟电石厂电石生产车间内，两台智能出炉机器人分置东西，坚守在岗位上，在1000℃的电石炉前，自动完成搭电、烧穿、开眼、带钎、堵眼及清炉舌等一系列出炉作业。此时，工人坐在控制室里吹着空调，仅需摁动电钮，满载熔岩般火红电石液的电石锅便精准运至指定地点，安全、智能、高效。

近年来，天业集团通过加大科研经费投入与设备设施自动化改造升级，持续提升企业安全生产能力水平，不断降低工人劳动强度，改善员工工作环境。该公司实施的“密闭电石炉自动化控制与节能技术的开发与应用”项目，是对传统电石生产过程控制及出炉系统的革命性改变，通过对电石生产关键过程自动化、智能化及节能控制研究，开发出冶炼控制系统与专用出炉机器人成套技术，重塑了电石生产控制工艺流程，实现了电石生产全过程自动化精准安全控制，有效降低了原材料与辅料消耗，达到了节能增效、减排降耗的目的。

研发初心：安全环保以人为本

我国生物可降解塑料研发产业的迅猛发展，有力带动了BDO上游原料电石用量大幅增长，电石这一传统产业重新站上历史前台，一跃成为新材料产业发展的重要原料来源。

但在2016年前，我国电石企业生产还普遍停留在“人工出炉”这一陈旧落后的生产模式上，国内智能出炉机器人相关研究理论始终没能突破工业化应用掣肘，工业化亦无成熟的技术可借鉴。彼时的电石生产，人工电石冶炼炉温高达2000℃，人工作业平台温度将近50-60℃，作业人员烫伤的安全风险和艰苦的作业条件，使得员工流失率居高不下，而智能化全自动出炉技术一直处于被国外企业严密封锁的状态，我国电石行业发展举步维艰。

天业集团作为引领氯碱化工和农业节水两大行业风向标，以及拥有西北地区最大电石生产企业的大型国有企业集团，打破国外电石行业生产技术垄断，建设安全智能、绿色高效的生产模式，责无旁贷。为此，天业集团勇挑重担，立誓突破这一藩篱。

“‘环境优美、技术领先、效益优良、员工幸福’是我们的企业目标，也是我对15000名员工的承诺。”天业集团党委书记、董事长宋晓玲动情地表示，“看着和自己孩子年龄差不多的员工在这么艰苦的条件下作业，我夜不能寐。我们党委一班人下定决心，一定要想办法带领团队改变这种现状，改变人们对传统电石行业高耗能、高污染、高风险、强体力的刻板印象，决不让员工处于这种高温、高风险和强体力的工作环境中，要不惜一切代价，研发出适合本土的全自动化高智能机器人，让幸福天业成为现实。”

敢为人先：勇做技术集成

就如同胖子并非一日吃成一样，成功也不会一蹴而就。彼时，我国电石行业还处在人工出炉作业环节，机械化出炉领域依然处于空白，尚无任何成熟经验可借鉴，举步维艰之际，宋晓玲当机立断，“走出去，学回来！”

随后，天业集团选派专人远赴日本考察学习，并引进两台日产智能出炉机器人。实际安装后，本土应用并不理想。“引进的两台日产设备为半自动化生产设备，在天能电石实地安装使用中发现，引进设备自动化程度并不高，在实际应用过程中安全系数和生产效率均不突出。”天能电石厂设备科科长王喆介绍，研发团队激情再次受阻，一系列技术难题错综交织，团队成员士气一落千丈。

原来，研发过程中，因为电石炉存在多变量、非线性、大时滞、强耦合和高噪声等复杂特性，加之数据采集多、历时长，以及干扰技术研究与规划设计的因素过多，致使数据检测极困难，常规技术手段无法有效检测。同时，电石出炉特定在高温环境下，对机器人设备及材料的选型要求高、难度大，要实现标准化远程控制，需收集大量经验数据并建立庞大的工艺操作数据库，操作难度可想而知。

“遇事就趴下不是天业的风格！”关键时刻，宋晓玲把舵定向，坚定地鼓励大家，“全国考察，做技术集成！一定能研发出拥有自主技术产权、切实符合企业实际生产情况的智能出炉机器人！”

随后，天业集团将智能出炉机器人项目列为“头等大事”，项目团队自此踏上外出考察和科技攻关之旅。

矢志不渝：突破“卡脖子”难题

上面举旗定向，下面贯穿始终。聚焦智能出炉关键性技术研发与现场环境提升，天业集团成立专题科研组，研发团队成员上下一心，一场围绕“智能控制、工艺技术、设备设施、安全环保”为核心的调查研究全面铺开，一场与员工幸福感息息相关又坚苦卓绝的战斗也同时打响。

研发团队针对电石自动化控制水平及机械化程度低、工艺操作控制依靠人工经验、控制以单变量为主等电石生产中存在的诸多“挠头”难题，采取逐条罗列、分步骤研究攻关的“笨办法”：针对配料系统、电极控制系统、净化系统、智能诊断系统展开研究，开发先进的控制技术及电石炉控制系统；以半机械式自动出炉机、液压出炉机器人为切入点和突破口，主攻开发作业机械化智能出炉机器人；分析探究炉前人工作业、炉前操作室控制、远程控制室图像控制等领域，锚定远程控制技术与出炉作业标准化……

凭借“团结奉献拼搏创新”的天业精神，历经几十次技术研讨、数百次现场试验、上千次设计改良，一个个难题的攻克，一项项科技成果的诞生，无声地记录着天业人孜孜以求、永不言败的坚守。

多变量预测、智能化调控先进控制系统的研究与开发，优化了电石生产工艺，实现了电石冶炼装备更高水平自动化升级；出炉作业专用重载机器人及节能技术研究与开发，重塑了电石冶炼出炉工艺流程，为实现电石冶炼机器人系统集群化应用提供了一套完整的解决方案；完成对传统技术装备换代升级，使人工出炉流水作业操作动作形成标准化规程，实现出炉机器人远程智能控制“人炉分离”安全操作……获得《一种电石炉导电元件故障预警装置》等6项专利申请和一种电石炉电极长度的测量方法及系统等5项专利授权……

功夫不负有心人。2016年12月，由天业集团历时3年研发、拥有独立自主知识产权的首台智能出炉机器人在天能电石27#炉前威武亮相，并一次性调试成功。2020年7月，“电石出炉机器人智能控制及节能技术的研究与应用”项目通过新疆生产建设兵团第八师科技局验收，项目各项指标均达到设计指标。智能出炉机器人的操控性、稳定性和人机交互特性均优于国外同类产品，成功实现了电石出炉全过程远程自动控制，并率先创造了电石行业女工出炉操作的先例。

“2022年8月，我们这个项目刚获得兵团科技进步奖三等奖。”面对认可，研发团队成员、天能化工有限公司天伟电石厂设备科工程师王明洁心态平和、言辞坚定，“天业人嘛，迎难而上、敢想敢拼，多年的老传统就是这么一茬一茬传下来的。”

幸福天业：从汗流浃背到摁电钮吹空调

“以前出炉全靠人捅，七八个人站在50、60℃的炉台上，体力消耗非常大，且操作时每个人各有各的一套经验，也正因此，人为因素的干扰太大，由于经验偏差造成人为喷料和烫伤的情况都是有的。”提及智能出炉机器人应用前后的对比，今年49岁、在电石出炉岗位工作了17年的天伟电石厂电石一工段出炉工潘国军有这说不完的感慨，“现在大不一样了！我和同事都是坐在空调房里，动动手指，摁摁电钮，活就干了。”

随着第一台智能出炉机器人成功研发应用，一时间，这一惠及众多电石产业工人的科研成果迅速在天业集团天能电石、天辰电石、天伟电石广泛铺开。仅天伟电石从2018年至2020年间就合计投资5282.4万元，相继完成12台电石炉智能化出炉机器人改造。项目实施后，单台电石炉操作人员减少4人。职工年均工资按10万元计算，单台电石炉节约人工成本40万元/年，12台电石炉每年可节约人工成本480万，且员工劳动强度极大减轻，出炉作业劳动生产率大幅提升。

“当时我们研发智能出炉机器人主要是基于保证人员安全和改善员工工作环境的考虑，没想到项目实施后，因为配合研发了密闭电石炉先进控制系统，产品能耗下降明显，经济效益和环保效益都很显著。按照天能电石厂12台电石炉、配合安装36台出炉机器人核算，从2016年12月上马安装第一台截至2020年12月安装完最后一台，累计减少电力能源消耗1.5亿千瓦时，折标准煤1.84万吨；减排CO2 8.1万吨、SO2 0.22万吨、NOx 0.54万吨，减少烟尘排放量0.03万吨以上。”宋晓玲表示。

截至目前，天业集团已累计投入使用智能出炉机器人114台，且通过信息化与工业化融合，电石生产节能降耗更为可观。同时，提高了技术装备安全保障能力，完善了新疆生产建设兵团安全科技支撑体系，实现了“科技强安”目标，也助力新疆生产建设兵团兑现碳达峰碳中和目标。

（陈晓晨）