高爐爐前設(shè)備的無線遙控

金致印，趙 明，王和平

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，天津300301）

1 引言

隨著無線通訊技術(shù)的飛快發(fā)展，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性有了很大的提高，無線通訊產(chǎn)品因此變得日趨成熟。將無線通訊產(chǎn)品應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域可以簡化布線，降低故障率。由于無線通訊不拘泥于場地限制，因此在一些受環(huán)境所限的特殊場所，其優(yōu)越性更是得到充分體現(xiàn)。

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠3200 m3高爐的出鐵場是將高爐內(nèi)鐵水排出的重要場所。出鐵場一共包括4個(gè)出鐵口，鐵口區(qū)域的主要設(shè)備有開口機(jī)、泥炮和移蓋機(jī)等。崗位工操作設(shè)備時(shí)由于在現(xiàn)場操作站操作受到操作站地理位置及環(huán)境的影響，使得通過操作站操作有很多局限性，降低了一次出鐵成功率。因此，現(xiàn)場操作需要在操作站操作的基礎(chǔ)上，改造為基于無線技術(shù)的遙控操作，可極大地提高爐前設(shè)備控制的準(zhǔn)確性和成功率，也極大地提高了設(shè)備和人身的安全性。

2 高爐出鐵場工藝概述

出鐵場出鐵時(shí)，開口機(jī)在機(jī)身大臂的旋轉(zhuǎn)作用下將開口機(jī)本體旋轉(zhuǎn)到出鐵通道的工作位置并且對(duì)準(zhǔn)鐵口。開口機(jī)小車進(jìn)給部分利用液壓馬達(dá)的推動(dòng)力將打開鐵口所用的鉆桿鉆入鐵口。鉆入過程中通過對(duì)鉆桿的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行選擇（旋轉(zhuǎn)方式或錘擊方式），使得鉆桿對(duì)堵在鐵口內(nèi)的炮泥進(jìn)行沖擊，從而將鐵口打開。鐵口完全打開后，開口機(jī)小車將鉆桿退回，同時(shí)爐缸內(nèi)的鐵水和爐渣通過鐵口流入鐵溝。開口機(jī)鉆桿的內(nèi)部可以通過充入水或空氣起到降溫和清洗鉆頭的作用。

待鐵口完全打開后，移蓋機(jī)在機(jī)械大臂的控制下被安放在出鐵溝前方，起到保護(hù)和減少污染的作用。

出鐵場堵口時(shí)，泥炮通過機(jī)身大臂的旋轉(zhuǎn)將本體移至鐵口處并將炮口對(duì)準(zhǔn)鐵口。通過對(duì)泥炮的炮缸向前擠壓，從而將耐火炮泥打入鐵口通道，直至將鐵口封住。以上就是一次完整的出鐵過程，由此可以看出開口機(jī)、泥炮和移蓋機(jī)是出鐵場的重要設(shè)備，對(duì)其控制的好壞將直接影響到高爐出鐵效率的高低。

3 操作系統(tǒng)改造前的不足

3.1 操作站所處位置導(dǎo)致無法直觀操作

現(xiàn)場操作站的位置處在鐵口的斜側(cè)方，當(dāng)利用開口機(jī)開鐵口及利用泥炮堵鐵口時(shí)，操作站內(nèi)的操作人員無法直接清楚地看到鐵口處的情況。此時(shí)需要由另一名員工站在操作站外向站內(nèi)人員利用手勢對(duì)其進(jìn)行指揮，由于無法用語言交流，遇到特殊情況時(shí)會(huì)出現(xiàn)指揮配合不能協(xié)調(diào)一致的情況。

3.2 指揮人員存在安全隱患

因?yàn)椴僮髡疚恢霉潭?，站?nèi)操作人員的可視范圍有限，所以指揮人員必須站在特定位置區(qū)域內(nèi)進(jìn)行指揮。如遇突發(fā)緊急情況，指揮人員有可能會(huì)遇到危險(xiǎn)。

3.3 燈光對(duì)操作的影響

由于現(xiàn)場操作站內(nèi)開啟燈光后，站內(nèi)操作人員將無法清楚地看到指揮人員的手勢，故操作時(shí)通常關(guān)閉現(xiàn)場操作站內(nèi)燈光。因此操作人員進(jìn)行設(shè)備操作時(shí)對(duì)搖桿和按鈕的位置完全憑借經(jīng)驗(yàn)處理，在某些條件下會(huì)有可能出現(xiàn)誤操作。

4 無線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

4.1 無線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

無線控制系統(tǒng)是由施耐德電氣公司生產(chǎn)的Quantum系列PLC以及Itowa公司生產(chǎn)的工業(yè)無線遙控器及接收器組成的。Quantum系統(tǒng)PLC集體積小巧和堅(jiān)固設(shè)計(jì)于一體。因而，即使在最惡劣的現(xiàn)場環(huán)境使用，也能確保其高性價(jià)比及可靠的安裝運(yùn)行[1]。工業(yè)無線遙控器是專門用來控制工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程無線遙控裝置。其有效控制范圍為半徑100 m的任何方位且不受障礙物的影響。無線遙控器上集成了對(duì)開口機(jī)、泥炮和移蓋機(jī)的幾乎全部操作指令。操作人員通過對(duì)無線遙控器進(jìn)行操作將控制信號(hào)傳輸給位于出鐵場電氣室內(nèi)的信號(hào)接收器，接收器與PLC的遠(yuǎn)程站連接，遠(yuǎn)程站通過RIO處理接口、RIO分支器以及F接頭與主站進(jìn)行連接，從而將信號(hào)傳送到PLC系統(tǒng)的CPU。CPU按照設(shè)定程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理并輸出，開口機(jī)、泥炮和移蓋機(jī)等設(shè)備按照PLC的指令動(dòng)作。由此達(dá)到了無線遙控控制的目的。無線控制系統(tǒng)中PLC遠(yuǎn)程站的硬件配置見圖1。

4.2 無線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

4.2.1 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)具備雙CPU控制、解碼回路，確保安全

圖1 無線控制系統(tǒng)中P L C遠(yuǎn)程站的硬件配置

當(dāng)無線遙控器啟動(dòng)后，遙控器和接收器之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)傳輸。也就是說無論是否按下指令按鈕，遙控器和接收器在接通電源后便已經(jīng)開始了通訊。

接收器被設(shè)計(jì)為雙CPU配置。一個(gè)CPU負(fù)責(zé)檢測所有指令信號(hào)及工作頻率，而另一個(gè)CPU負(fù)責(zé)工作指令的接收解碼。這樣的雙重防護(hù)設(shè)計(jì)加強(qiáng)了安全保障。當(dāng)遙控系統(tǒng)進(jìn)行自檢時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有同頻干擾或設(shè)備故障等異常情況，遙控系統(tǒng)為了讓設(shè)備緊急停車，可自行啟動(dòng)被動(dòng)急停程序。同時(shí)如果在系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)非設(shè)備原因的突發(fā)情況，遙控系統(tǒng)還為操作員配置了主動(dòng)急停程序。操作員只需按下緊急按鈕，遙控系統(tǒng)僅需0.5 s便可關(guān)閉總設(shè)備的電源。

4.2.2 具備自動(dòng)關(guān)閉功能

遙控器在工作時(shí)其操作指令信號(hào)實(shí)時(shí)地傳輸給接收器。當(dāng)接收器未能收到遙控器的有效信號(hào)時(shí)（遙控器供電不足，超出有效距離等），系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉，遙控器無任何有效的操作輸出。

4.2.3 多頻道通訊

通常無線電委會(huì)批準(zhǔn)的可以作為工業(yè)遙控的頻點(diǎn)只有幾十個(gè)，一旦頻率被干擾，單頻點(diǎn)的遙控系統(tǒng)則會(huì)中斷通訊，因此生產(chǎn)就無法繼續(xù)正常進(jìn)行。Itowa公司針對(duì)此情況研發(fā)了智能頻道更換系統(tǒng)。在設(shè)備啟動(dòng)之后先自動(dòng)對(duì)工作頻道進(jìn)行檢測，如果頻道通過檢測確認(rèn)未被占用，遙控系統(tǒng)便能正常工作；如果頻道通過檢測發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被占用，那么智能頻道更換系統(tǒng)便自動(dòng)地將另一個(gè)經(jīng)確認(rèn)現(xiàn)場未被占用的頻道作為工作頻道。

4.2.4 確保遙控器與被控制設(shè)備的一對(duì)一操作

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果有另一臺(tái)相同頻率的遙控器正在進(jìn)行操作并進(jìn)入了自己遙控器對(duì)應(yīng)接收器的接收范圍，進(jìn)而將干擾手中的遙控器。針對(duì)這種情況，遙控器將利用內(nèi)置的智能頻道更換系統(tǒng)自動(dòng)切換工作頻道，從而保證了所使用頻道不會(huì)被其他設(shè)備占用。同時(shí)該數(shù)值被記錄在微處理器中。經(jīng)過這樣處理后遙控器絕不可能啟動(dòng)不屬于它自己的接收器。完全實(shí)現(xiàn)了遙控器與被控設(shè)備的一對(duì)一操作。

4.2.5 意外發(fā)生防誤操作功能

如果操作員不慎將已被激活的遙控器摔在地上，遙控器通過重力和撞擊感應(yīng)能立即自行關(guān)閉，防止了意外所引起的誤操作，確保了安全。

4.2.6 遙控器自動(dòng)關(guān)閉功能

操作員若在一定時(shí)間間隔內(nèi)沒有對(duì)遙控器進(jìn)行操作，遙控器將自動(dòng)關(guān)閉。

無線控制系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 無線控制系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

4.2.7 電池低電量提示功能

遙控器上配有一個(gè)顯示電池狀態(tài)的指示燈。當(dāng)檢測到電池電量低時(shí)，電氣室內(nèi)的接收器開始響鈴，同時(shí)遙控器面板上的指示燈將開始閃爍，大約30 min后如果未更換電池，那么遙控器將關(guān)閉。

4.2.8 低維護(hù)成本

（1）接收器上裝有信號(hào)指示燈，可顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及故障原因。據(jù)此可判斷設(shè)備狀態(tài)并快速找出故障原因。

（2）設(shè)備外殼材質(zhì)：含有玻璃纖維的工業(yè)塑料，耐高溫，抗磨損，防水蒸氣、粉塵，可清洗，易保養(yǎng)。

5 工業(yè)無線遙控系統(tǒng)的運(yùn)行效果

5.1 節(jié)省了人力資源

改造后，設(shè)備操作員無論是打開還是封堵鐵口均可獨(dú)立完成任務(wù)，無需其他人指揮。

5.2 提升了安全性可靠性

由于省去了指揮環(huán)節(jié)，從而避免了由于指揮不當(dāng)引起的誤解；由于無需在現(xiàn)場操作站內(nèi)避光操作，操作可以在光線充足的位置進(jìn)行。

5.3 改善了操作環(huán)境

操作人員可選擇最佳角度，避開能見度差、污染嚴(yán)重的操作位置；杜絕操作員受有害氣體及高溫的侵害。

5.4 提高了工作效率

操作人員現(xiàn)在能夠?qū)崟r(shí)地看到鐵口處的情況，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)快速作出反應(yīng)，對(duì)設(shè)備的操作能夠做到連貫、準(zhǔn)確。操作人員可以及時(shí)對(duì)開口機(jī)鉆頭、鉆桿的氣霧冷卻進(jìn)行操作，根據(jù)開鐵口過程中鐵口的實(shí)時(shí)狀態(tài)來決定驅(qū)動(dòng)鉆桿選用旋轉(zhuǎn)還是錘擊方式，在提高開口成功率的同時(shí)，降低了鉆頭和鉆桿的損耗，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

3200 m3高爐出鐵場無線控制系統(tǒng)自投入使用以來，運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠，受到了現(xiàn)場操作人員的一致好評(píng)。過去由于環(huán)境與視覺因素而導(dǎo)致的指揮配合不當(dāng)、突發(fā)情況反映不及時(shí)的問題得到了根本的解決。操作人員可以方便地?cái)y帶著遙控器，自由地選擇視覺與安全俱佳的位置來實(shí)行操作。這樣既保證了安全操作，又大幅度提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

[1]路鎮(zhèn)，高源，吳樹濤.無線遙控設(shè)備在PLC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（4）：63-64.