——天業(yè)集團(tuán)密閉電石爐自動化控制及智能出爐機(jī)器人研發(fā)紀(jì)實(shí)

陳曉晨

1月28日，新疆天業(yè)天能化工有限公司天偉電石廠電石生產(chǎn)車間內(nèi)，兩臺智能出爐機(jī)器人分置東西，堅守在“自己”的崗位上，在1000℃的電石爐前，自動完成搭電、燒穿、開眼、帶釬、堵眼及清爐舌等一系列出爐作業(yè)；工人坐在控制室里，吹著空調(diào)，僅需動手摁動電鈕，滿載熔巖般火紅電石液的電石鍋便精準(zhǔn)運(yùn)至指定地點(diǎn)，安全、智能、高效。

近年來，天業(yè)集團(tuán)通過持續(xù)加大科研經(jīng)費(fèi)投入與設(shè)備設(shè)施自動化改造升級，持續(xù)提升企業(yè)安全生產(chǎn)能力水平，不斷降低工人勞動強(qiáng)度，改善員工工作環(huán)境。其實(shí)施落地的“密閉電石爐自動化控制與節(jié)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用”項目，是對傳統(tǒng)電石生產(chǎn)過程控制及出爐系統(tǒng)的革命性改變，通過對電石生產(chǎn)關(guān)鍵過程自動化、智能化及節(jié)能控制研究，開發(fā)出冶煉控制系統(tǒng)與專用出爐機(jī)器人成套技術(shù)，重塑了電石生產(chǎn)控制工藝流程，實(shí)現(xiàn)了電石生產(chǎn)全過程自動化精準(zhǔn)安全控制，有效降低了原材料與輔料消耗，達(dá)到了節(jié)能增效、減排降耗目的。

研發(fā)初心：安全環(huán)保以人為本

隨著我國生物可降解塑料研發(fā)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，有力地帶動了BDO上游原料——電石用量的大幅增長，電石這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)由此褪去長期以來造就的暗淡印象，開始星光閃耀地站上歷史前臺，一躍成為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要原料來源。

但在2016年之前，我國電石企業(yè)生產(chǎn)還普遍停留在人工出爐這樣陳舊落后的生產(chǎn)模式上，國內(nèi)智能出爐機(jī)器人相關(guān)研究理論始終沒能突破工業(yè)化應(yīng)用，工業(yè)化亦無成熟的技術(shù)可借鑒。彼時的電石生產(chǎn)，人工電石冶煉爐爐內(nèi)溫度高達(dá)2000℃，爐前溫度也在1000℃，人工作業(yè)平臺溫度將近50-60℃，作業(yè)人員燙傷的安全風(fēng)險和艱苦的作業(yè)條件，使得國內(nèi)電石行業(yè)員工流失率居高不下，而智能化全自動出爐技術(shù)一直處于被國外企業(yè)嚴(yán)密封鎖狀態(tài)，我國電石行業(yè)發(fā)展舉步維艱。

作為引領(lǐng)氯堿化工和農(nóng)業(yè)節(jié)水兩大行業(yè)風(fēng)向標(biāo)以及西北最大電石生產(chǎn)企業(yè)的大型國有企業(yè)集團(tuán)，打破國外電石行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)壟斷，建設(shè)安全智能、綠色高效的生產(chǎn)模式，顯得尤為迫在眉睫。關(guān)鍵時刻，天業(yè)集團(tuán)一如既往地選擇了發(fā)揚(yáng)國企使命擔(dān)當(dāng)，挑重?fù)?dān)、破藩籬，狠狠立下誓言——

“‘環(huán)境優(yōu)美、技術(shù)領(lǐng)先、效益優(yōu)良、員工幸福’是我們的企業(yè)目標(biāo)，也是我對一萬五千名員工的承諾。”天業(yè)集團(tuán)黨委書記、董事長宋曉玲動情地表示，“看著和自己孩子年齡差不多的員工在這么艱苦的條件下作業(yè)，我夜不能寐。我們黨委一班人下定決心，一定要想辦法帶領(lǐng)團(tuán)隊改變這種現(xiàn)狀，改變?nèi)藗儗鹘y(tǒng)電石行業(yè)高耗能、高污染、高風(fēng)險、強(qiáng)體力的刻板印象。決不讓員工處于這種高溫、高風(fēng)險和強(qiáng)體力的工作環(huán)境中，也正是這種強(qiáng)烈的愿望和初衷，促使我們下定決心：要不惜一切代價，研發(fā)出適合本土的全自動化高智能機(jī)器人，讓幸福天業(yè)成為現(xiàn)實(shí)。”

敢為人先：勇做技術(shù)集成

沒有一口吃就的胖子，亦沒有一蹴而就的成功。研發(fā)之初，我國電石行業(yè)還處在人工出爐作業(yè)環(huán)節(jié)，機(jī)械化出爐領(lǐng)域依然處于空白，尚無任何成熟經(jīng)驗可借鑒。舉步維艱之際，“走出去，學(xué)回來！”宋曉玲當(dāng)機(jī)立斷。

至此，新疆天業(yè)選派專人遠(yuǎn)赴日本考察學(xué)習(xí)，并引進(jìn)2臺日產(chǎn)智能出爐機(jī)器人。實(shí)際安裝后，本土應(yīng)用并不理想。“引進(jìn)的2臺日產(chǎn)設(shè)備為半自動化生產(chǎn)設(shè)備，在天能電石實(shí)地安裝使用中我們發(fā)現(xiàn)，引進(jìn)的設(shè)備自動化程度并不高，在實(shí)際應(yīng)用過程中安全系數(shù)和生產(chǎn)效率均不突出。”天能電石廠設(shè)備科科長王喆介紹道，研發(fā)團(tuán)隊激情再次受阻，一系列技術(shù)難題錯綜交織，團(tuán)隊成員士氣一落千丈。

原來，研發(fā)過程中，因為電石爐存在多變量、非線性、大時滯、強(qiáng)耦合和高噪聲等復(fù)雜特性，加之?dāng)?shù)據(jù)采集多，歷時長，干擾技術(shù)研究與規(guī)劃設(shè)計因素過多，致使數(shù)據(jù)檢測極困難，常規(guī)技術(shù)手段無法有效檢測；其次，電石出爐特定在高溫環(huán)境下，對機(jī)器人設(shè)備及材料的選型要求高、難度大，要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化遠(yuǎn)程控制，則需收集大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)并建立龐大的工藝操作數(shù)據(jù)庫，操作難度可想而知。

“遇事就趴下不是天業(yè)風(fēng)格！”關(guān)鍵時刻，宋曉玲把舵定向，堅定地鼓勵大家，“全國考察，做技術(shù)集成！一定能研發(fā)出擁有自主技術(shù)產(chǎn)權(quán)、切實(shí)符合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況的智能出爐機(jī)器人！”并將智能出爐機(jī)器人項目列為天業(yè)集團(tuán)亟待破解的“頭等大事”。項目團(tuán)隊自此踏上外出考察和科技攻關(guān)之旅。

矢志不渝：突破“卡脖子”難題

上面舉旗定向，下面貫穿始終。聚焦智能出爐關(guān)鍵性技術(shù)研發(fā)與現(xiàn)場環(huán)境提升，天業(yè)集團(tuán)成立專題科研組，研發(fā)團(tuán)隊成員上下一心，一場圍繞“智能控制、工藝技術(shù)、設(shè)備設(shè)施、安全環(huán)保”為核心的調(diào)查研究全面鋪開；與此同時，一場與員工幸福感息息相關(guān)同樣又堅苦卓絕的戰(zhàn)斗也隨即打響。

研發(fā)團(tuán)隊針對電石自動化控制水平及機(jī)械化程度低、工藝操作控制依靠人工經(jīng)驗、控制以單變量為主等電石生產(chǎn)中存在的諸多“撓頭”難題，采取逐條羅列，分步驟研究攻關(guān)的“笨辦法”：針對配料系統(tǒng)、電極控制系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、智能診斷系統(tǒng)展開研究，研究其先進(jìn)的控制技術(shù)以及電石爐控制系統(tǒng)；以半機(jī)械式自動出爐機(jī)、液壓出爐機(jī)器人為切入點(diǎn)和突破口，研究出爐作業(yè)機(jī)械化智能出爐機(jī)器人；分析探究爐前人工作業(yè)、爐前操作室控制、遠(yuǎn)程控制室圖像控制等領(lǐng)域，研究遠(yuǎn)程控制技術(shù)與出爐作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化……

憑借“團(tuán)結(jié) 奉獻(xiàn) 拼搏 創(chuàng)新”的天業(yè)精神，歷經(jīng)幾十次技術(shù)研討、數(shù)百次現(xiàn)場試驗、上千次設(shè)計改良，一個個難題的攻克，一項項科技成果的誕生，無聲地記錄著天業(yè)人孜孜以求、永不言敗的智慧和力量——

多變量預(yù)測、智能化調(diào)控先進(jìn)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，優(yōu)化了電石生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了電石冶煉裝備更高水平自動化升級；出爐作業(yè)專用重載機(jī)器人及節(jié)能技術(shù)的研究與開發(fā)，重塑了電石冶煉出爐工藝流程，為實(shí)現(xiàn)電石冶煉機(jī)器人系統(tǒng)集群化應(yīng)用提供了一套完整的解決方案；完成對傳統(tǒng)技術(shù)裝備換代升級，使人工出爐流水作業(yè)操作動作形成標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)程，實(shí)現(xiàn)出爐機(jī)器人遠(yuǎn)程智能控制“人爐分離”安全操作……獲得《一種電石爐導(dǎo)電元件故障預(yù)警裝置》等6項專利申請及一種電石爐電極長度的測量方法及系統(tǒng)等5項專利授權(quán)……

功夫不負(fù)有心人。2016年12月，由天業(yè)集團(tuán)歷時3年研發(fā)、擁有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的首臺智能出爐機(jī)器人，在天能電石27#爐前威武亮相，并一次性調(diào)試成功。2020年7月，“電石出爐機(jī)器人智能控制及節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用”項目通過八師科技局驗收，項目各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。智能出爐機(jī)器人的操控性、穩(wěn)定性和人機(jī)交互特性均優(yōu)于和超過了國外同類產(chǎn)品，成功實(shí)現(xiàn)電石出爐全過程的遠(yuǎn)程自動控制，并率先創(chuàng)造了電石行業(yè)女工出爐操作的先例！

“2022年8月，我們這個項目剛剛獲得兵團(tuán)科技進(jìn)步獎三等獎。”研發(fā)團(tuán)隊成員、天能化工有限公司天偉電石廠設(shè)備科工程師王明潔淡淡地表示。“天業(yè)人嘛，迎難而上、敢想敢拼，多年的老傳統(tǒng)就是這么一茬一茬傳下來的。”

幸福天業(yè)：從汗流浹背到摁電鈕吹空調(diào)

“以前出爐全靠人捅，七八個人站在50、60℃的爐臺上，體力消耗非常大，而且操作時每個人都不一樣，大家都是習(xí)慣按照自己的工作經(jīng)驗，所以人為的干擾因素太大，由于經(jīng)驗偏差造成人為噴料和燙傷的情況都是有的。”提及智能出爐機(jī)器人應(yīng)用前后的對比，今年49歲、在電石出爐崗位干了17年的天偉電石廠電石一工段出爐工潘國軍有說不完的感慨，“現(xiàn)在就不一樣了！現(xiàn)在我和同事都是坐在空調(diào)房里，動動手指，摁摁電鈕，活就干了。”

隨著第一臺智能出爐機(jī)器人的成功研發(fā)應(yīng)用，一時間，這一惠及眾多電石產(chǎn)業(yè)工人的科研成果，迅速在天業(yè)集團(tuán)天能電石、天辰電石、天偉電石廣泛鋪開。僅天偉電石，總投資5282.4萬元，從2018年至2020年間相繼完成12臺電石爐智能化出爐機(jī)器人改造。項目實(shí)施后，單臺電石爐操作人員減少4人，職工年均工資按10萬元計算，單臺電石爐節(jié)約人工成本40萬元/年，12臺電石爐年節(jié)約人工成本480萬，而且員工勞動強(qiáng)度已不可同日而語極大減輕，出爐作業(yè)勞動生產(chǎn)率大幅提升。

“當(dāng)時我們研發(fā)智能出爐機(jī)器人主要是出于保證人員安全和改善員工工作環(huán)境考慮，沒想到項目實(shí)施后，因為配合研發(fā)了密閉電石爐先進(jìn)控制系統(tǒng)，產(chǎn)品能耗下降明顯，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益都很顯著。按照我們天能電石廠12臺電石爐、配合安裝36臺出爐機(jī)器人來核算，從2016年12月上馬安裝第一臺截止到2020年12月安裝完最后一臺，累計減少電力能源消耗1.5億kwh，折標(biāo)準(zhǔn)煤1.84萬噸；減排CO₂ 8.1萬噸、SO₂ 0.22萬噸、NO_x 0.54萬噸，減少煙塵排放量0.03萬噸以上。”宋曉玲表示，“團(tuán)結(jié) 奉獻(xiàn) 拼搏 創(chuàng)新”的企業(yè)精神是天業(yè)多年來形成的文化積淀，靠著這種文化支撐，天業(yè)發(fā)展一直在路上。現(xiàn)在天業(yè)集團(tuán)累計投入使用智能出爐機(jī)器人114臺，而且通過信息化與工業(yè)化融合，電石生產(chǎn)節(jié)能降耗更為可觀；其次提高了技術(shù)裝備的安全保障能力，完善了兵團(tuán)安全科技支撐體系，實(shí)現(xiàn)了兵團(tuán)“科技強(qiáng)安”目標(biāo)；三是項目研究的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)一步降低了電石能耗，有效減少了能源消費(fèi)量，可助力兵團(tuán)早日實(shí)現(xiàn)“碳中和”“碳達(dá)峰”。