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(guó)外引進(jìn)后，國(guó)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(dòng)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(diǎn)制造的掛鉤傾翻橫移式的加揭蓋機(jī)構(gòu)，改進(jìn)設(shè)備液壓系統(tǒng)和子系統(tǒng)后其故障停機(jī)時(shí)間縮短，實(shí)現(xiàn)液壓技術(shù)與電器自動(dòng)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(jī)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(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加蓋功能，左右兩側(cè)對(duì)稱的連桿通過電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，該裝置機(jī)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(duì)不同情況設(shè)計(jì)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(dòng)加取蓋問題，同時(shí)也增加了操作和維護(hù)工作。許開瑜等設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)過程中發(fā)電、儲(chǔ)電、配電及無線遠(yuǎn)程控制的難點(diǎn)，并且針對(duì)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)鐵水罐加揭蓋裝置運(yùn)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(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)

鐵水罐加蓋的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由蓋板、連桿機(jī)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(shí)平移到鐵水罐頂部，揭蓋時(shí)平移離開鐵水罐頂部。液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)線性液壓油缸的活塞桿進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，活塞桿驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)以使蓋板實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)，達(dá)到加揭蓋的目的。鐵水罐加蓋裝置機(jī)械機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 加蓋裝置機(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停、故障反饋、預(yù)警報(bào)警、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等功能。

圖2 加蓋裝置組網(wǎng)原理圖

圖3 遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)

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(jī)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(jī)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(jī)組。當(dāng)鐵水罐火車運(yùn)動(dòng)時(shí)，火車輪轉(zhuǎn)動(dòng)通過齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，加蓋裝置無動(dòng)作時(shí)可以將火車運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能通過UPS儲(chǔ)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(tái)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(chǎng)配電需求。PLC作為核心控制系統(tǒng)，收發(fā)加蓋系統(tǒng)信號(hào)，滿足手動(dòng)和自動(dòng)操作的控制要求，同時(shí)基于4G局域網(wǎng)可將PLC系統(tǒng)的信號(hào)通過無線交換機(jī)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(hào)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(shí)現(xiàn)加蓋動(dòng)作和加蓋動(dòng)作的邏輯程序。

接入到PLC的信號(hào)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(hào)，根據(jù)開關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯判定，也可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制加揭蓋當(dāng)作的功能。

圖6 加揭蓋部分控制程序

2 實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

為了檢測(cè)加蓋后的保溫效果，同時(shí)也需要對(duì)鐵水罐內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，了解鋼水質(zhì)量參數(shù)，文章采用德國(guó)Keller在線式紅外測(cè)溫儀，測(cè)溫范圍：600～3000℃，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)。為了檢測(cè)加蓋裝置的動(dòng)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(shí)驗(yàn)方法

為了研究加蓋裝置保溫效果及整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性，主要進(jìn)行2個(gè)方面的分析：其一，測(cè)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(cè)溫儀；其二，檢測(cè)其各機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求：鐵水罐內(nèi)裝入適量實(shí)驗(yàn)用鋼水，同一鐵水罐，同一品種鋼水，同一測(cè)點(diǎn)，間隔相同時(shí)間測(cè)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(chǎng)等待區(qū)間后，分別在加蓋和不加蓋子工況時(shí)間隔30min測(cè)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(duì)比結(jié)果，橫軸代表測(cè)量次數(shù)，該鋼水僅用作實(shí)驗(yàn)，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(tái)式機(jī)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(shí)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(shí)組態(tài)建立操作界面。PLC根據(jù)外部信號(hào)諸如設(shè)備就位、準(zhǔn)備好等，根據(jù)信號(hào)及工藝要求執(zhí)行啟停動(dòng)作，并進(jìn)一步監(jiān)控設(shè)備狀況以及動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間、準(zhǔn)確性等。

4 結(jié)語(yǔ)

（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(shí)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(shí)，且前者每個(gè)測(cè)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(yùn)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(yùn)動(dòng)保持一致，為加蓋裝置的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力需求以及控制系統(tǒng)的弱電配置需求，同時(shí)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(gè)系統(tǒng)的配電時(shí)需要火車停止的問題。鐵水罐轉(zhuǎn)運(yùn)過程中不需要將火車停到指定位置受電，轉(zhuǎn)運(yùn)火車在運(yùn)輸路線的任何位置都可以手動(dòng)或自動(dòng)完成加蓋和揭蓋動(dòng)作。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)流程的連續(xù)性，減少轉(zhuǎn)運(yùn)所需的時(shí)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(yùn)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(gè)行駛路線都被無線局域網(wǎng)所覆蓋，在此組網(wǎng)中，不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)斷開而影響整個(gè)裝置的動(dòng)作?；疖囋谵D(zhuǎn)運(yùn)路線任意位置上，都能實(shí)現(xiàn)以下功能：?jiǎn)?dòng)加蓋裝置執(zhí)行加蓋和揭蓋動(dòng)作，監(jiān)測(cè)鐵水罐內(nèi)溫度，監(jiān)測(cè)電池健康狀況，將一些儀表信號(hào)接入PLC連鎖控制邏輯。