基于鐵水罐加蓋裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究應(yīng)用

孫遠(yuǎn)，陳磊

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400）

鐵水罐加蓋技術(shù)從國外引進(jìn)后，國內(nèi)已進(jìn)行大量研究，不斷提高鐵水罐保溫防塵效果，推動加蓋技術(shù)的進(jìn)步。呂奇等介紹了首秦鋼廠的LF爐鋼包加蓋設(shè)備，該設(shè)備根據(jù)LF爐的特點制造的掛鉤傾翻橫移式的加揭蓋機構(gòu)，改進(jìn)設(shè)備液壓系統(tǒng)和子系統(tǒng)后其故障停機時間縮短，實現(xiàn)液壓技術(shù)與電器自動化技術(shù)相融合。該裝置大量使用液壓設(shè)備作為執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)備尺寸大，占用空間廣，保養(yǎng)維護(hù)成本較高。

趙廣闊等使用四連桿機構(gòu)實現(xiàn)加蓋功能，左右兩側(cè)對稱的連桿通過電機同步驅(qū)動，該裝置機械結(jié)構(gòu)依靠齒輪傳遞，適用范圍較廣；且其引入遠(yuǎn)程控制理念，但文中沒有進(jìn)行詳細(xì)介紹。

高義明等針對不同情況設(shè)計了不同類型和功能的鋼包加取蓋裝置，該裝置解決不同工況下的全流程自動加取蓋問題，同時也增加了操作和維護(hù)工作。許開瑜等設(shè)計一套電液推桿和油缸頂升組合的鐵水包加揭蓋裝置，該裝置引入電道裝置以解決加揭蓋裝置遠(yuǎn)程配電問題，但加揭蓋裝置需要轉(zhuǎn)運火車停止接入摩擦電道系統(tǒng)受電，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

本文介紹了可以解決鐵水罐轉(zhuǎn)運過程中發(fā)電、儲電、配電及無線遠(yuǎn)程控制的難點，并且針對這些問題建立無線局域網(wǎng)和配電系統(tǒng)，進(jìn)行一系列現(xiàn)場實驗，實現(xiàn)鐵水罐加揭蓋裝置運行穩(wěn)定可靠、供電連續(xù)、無線遠(yuǎn)程操作等功能。

1 鐵水罐加蓋裝置

鐵水罐加蓋裝置主要由機械結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、組網(wǎng)系統(tǒng)組成。

1.1 鐵水罐加蓋裝置機械結(jié)構(gòu)

鐵水罐加蓋的機械結(jié)構(gòu)主要由蓋板、連桿機構(gòu)、線性油缸、液壓馬達(dá)、底座及支撐結(jié)構(gòu)等組成。蓋板就是鐵水罐保溫防塵所需的蓋子，其邊沿部位通過幾根連桿鉸接，并與蓋板形成可調(diào)式結(jié)構(gòu)，加蓋時平移到鐵水罐頂部，揭蓋時平移離開鐵水罐頂部。液壓馬達(dá)驅(qū)動線性液壓油缸的活塞桿進(jìn)行往復(fù)直線運動，活塞桿驅(qū)動連桿機構(gòu)運動以使蓋板實現(xiàn)平移運動，達(dá)到加揭蓋的目的。鐵水罐加蓋裝置機械機構(gòu)，如圖1所示。

圖1 加蓋裝置機械結(jié)構(gòu)

1.2 鐵水罐加蓋裝置無線局域網(wǎng)系統(tǒng)

如圖2所示是加蓋裝置組網(wǎng)原理圖。圖5所示遠(yuǎn)程調(diào)試，調(diào)試PC通過無線網(wǎng)卡接入該無線局域網(wǎng)，不需要使用物理網(wǎng)線與目標(biāo)設(shè)備連接，即可進(jìn)行調(diào)試和操作。圖3左側(cè)即為電池組，為整個系統(tǒng)執(zhí)行供配電功能；右側(cè)即為調(diào)試PC，該電腦沒有物理網(wǎng)線連接，通過無線網(wǎng)卡接入無線局域網(wǎng)，成功實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停、故障反饋、預(yù)警報警、系統(tǒng)監(jiān)測等功能。

圖2 加蓋裝置組網(wǎng)原理圖

圖3 遠(yuǎn)程操作實驗

1.3 鐵水罐加蓋裝置電氣控制系統(tǒng)

鐵水罐加蓋的電氣控制系統(tǒng)主要由電池車、電池、發(fā)電機組、UPS、變頻器、隔離變壓器、西門子S7-1200PLC控制系統(tǒng)等組成。

電池車隨鐵水罐行走，且裝有24塊電池和發(fā)電機組；UPS系統(tǒng)兩路進(jìn)線，一路來自串聯(lián)電池組，一路來自發(fā)電機組。當(dāng)鐵水罐火車運動時，火車輪轉(zhuǎn)動通過齒輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動發(fā)電機組轉(zhuǎn)動發(fā)電，加蓋裝置無動作時可以將火車運動所產(chǎn)生的的動能轉(zhuǎn)化成電能通過UPS儲存到電池組，UPS系統(tǒng)執(zhí)行充電功能。

變頻器將電池供給的直流電通過逆變單元轉(zhuǎn)變成220V交流電，考慮到變頻器出線的220V交流電存在雜波、噪聲等問題，在其出線端增設(shè)一臺隔離變壓器，調(diào)整配電系統(tǒng)得AC220V交流電質(zhì)量，使其符合現(xiàn)場配電需求。PLC作為核心控制系統(tǒng)，收發(fā)加蓋系統(tǒng)信號，滿足手動和自動操作的控制要求，同時基于4G局域網(wǎng)可將PLC系統(tǒng)的信號通過無線交換機傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上，進(jìn)行無線遠(yuǎn)程操作任務(wù)。鐵水罐加蓋裝置電氣原理圖如圖4所示，圖5所示為電氣控制箱。

圖4 加蓋裝置電氣原理圖

圖5 加蓋裝置控制箱

控制系統(tǒng)PLC接入信號后，通過TIA Portal V16軟件編程調(diào)試，圖6所示即為該調(diào)試軟件編寫的部分調(diào)試程序。該程序是實現(xiàn)加蓋動作和加蓋動作的邏輯程序。

接入到PLC的信號都可以在調(diào)試軟件中顯示，并參與邏輯控制，圖6所示都是開關(guān)量信號，根據(jù)開關(guān)量輸入信號進(jìn)行邏輯判定，也可以實現(xiàn)手動和自動控制加揭蓋當(dāng)作的功能。

圖6 加揭蓋部分控制程序

2 實驗及應(yīng)用

2.1 實驗檢測

為了檢測加蓋后的保溫效果，同時也需要對鐵水罐內(nèi)溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，了解鋼水質(zhì)量參數(shù)，文章采用德國Keller在線式紅外測溫儀，測溫范圍：600～3000℃，實時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)。為了檢測加蓋裝置的動作一致性，在蓋板外側(cè)加入一組SICK系列雷達(dá)掃描儀，設(shè)定雷達(dá)掃描范圍。

2.2 實驗方法

為了研究加蓋裝置保溫效果及整個系統(tǒng)的魯棒性，主要進(jìn)行2個方面的分析：其一，測量鐵水罐內(nèi)溫度，分析其溫度梯度，該功能依靠在線式紅外測溫儀；其二，檢測其各機構(gòu)的動作響應(yīng)性和系統(tǒng)的跟隨一致性，該功能依靠各類儀表及傳感器等。

3 現(xiàn)場試驗結(jié)果分析

實驗環(huán)境要求：鐵水罐內(nèi)裝入適量實驗用鋼水，同一鐵水罐，同一品種鋼水，同一測點，間隔相同時間測溫，區(qū)別僅在于加蓋工況和不加蓋工況。

3.1 罐內(nèi)溫度

鐵水罐到達(dá)現(xiàn)場等待區(qū)間后，分別在加蓋和不加蓋子工況時間隔30min測量罐內(nèi)溫度，記錄溫度參數(shù)并分析。圖7為鋼包加蓋與不加蓋溫度梯度對比結(jié)果，橫軸代表測量次數(shù)，該鋼水僅用作實驗，不進(jìn)入生產(chǎn)線。

圖7 溫度梯度圖

3.2 遠(yuǎn)程控制

操作筆記本電腦通過無線網(wǎng)卡與控制系統(tǒng)連接，文章還將無線網(wǎng)卡插入臺式機上，設(shè)置插拔式無線網(wǎng)卡的IP地址使其與控制系統(tǒng)無線局域網(wǎng)處于同一網(wǎng)段，也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程連接功能。筆記本電腦安裝TIA17版本軟件，可以直接調(diào)試PLC系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)控，同時組態(tài)建立操作界面。PLC根據(jù)外部信號諸如設(shè)備就位、準(zhǔn)備好等，根據(jù)信號及工藝要求執(zhí)行啟停動作，并進(jìn)一步監(jiān)控設(shè)備狀況以及動作響應(yīng)時間、準(zhǔn)確性等。

4 結(jié)語

（1）鐵水罐內(nèi)保溫效果顯著提升。加蓋后鐵水罐內(nèi)溫度梯度曲線較不加蓋工況明顯平緩，梯度曲線的平均系數(shù)比開蓋時低30%左右，加蓋后鐵水罐內(nèi)溫度降低速率也明顯小于開蓋時，且前者每個測量階段的線性系數(shù)小于后者，該加蓋裝置可以達(dá)到生產(chǎn)作業(yè)需要的保溫效果。

（2）電池車和鐵水罐的轉(zhuǎn)運火車之間的供配電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，裝在電池的電池車與火車的運動保持一致，為加蓋裝置的驅(qū)動動力需求以及控制系統(tǒng)的弱電配置需求，同時還能為加蓋裝置配套的儀表提供穩(wěn)定電源。加蓋裝置不需要再到指定位置進(jìn)行充電或者提供電力，基本解決了加蓋裝置及整個系統(tǒng)的配電時需要火車停止的問題。鐵水罐轉(zhuǎn)運過程中不需要將火車停到指定位置受電，轉(zhuǎn)運火車在運輸路線的任何位置都可以手動或自動完成加蓋和揭蓋動作。該系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)運流程的連續(xù)性，減少轉(zhuǎn)運所需的時間，進(jìn)一步提高了鋼水到達(dá)指定位置的溫度和質(zhì)量。

（3）PLC控制系統(tǒng)、操作室的工程師站以及遠(yuǎn)程調(diào)試作業(yè)所需的筆記本電腦都能可靠接入無線局域網(wǎng)，且轉(zhuǎn)運火車行駛路線上布置的無線基站作為無線局域網(wǎng)的中端，可以保證火車整個行駛路線都被無線局域網(wǎng)所覆蓋，在此組網(wǎng)中，不會因網(wǎng)絡(luò)斷開而影響整個裝置的動作?；疖囋谵D(zhuǎn)運路線任意位置上，都能實現(xiàn)以下功能：啟動加蓋裝置執(zhí)行加蓋和揭蓋動作，監(jiān)測鐵水罐內(nèi)溫度，監(jiān)測電池健康狀況，將一些儀表信號接入PLC連鎖控制邏輯。