高炉炉前设备的无线遥控

金致印，赵 明，王和平

（天津钢铁集团有限公司炼铁厂，天津300301）

1 引言

随着无线通讯技术的飞快发展，其数据传输的速度和稳定性有了很大的提高，无线通讯产品因此变得日趋成熟。将无线通讯产品应用在工业领域可以简化布线，降低故障率。由于无线通讯不拘泥于场地限制，因此在一些受环境所限的特殊场所，其优越性更是得到充分体现。

天津钢铁集团有限公司炼铁厂3200 m3高炉的出铁场是将高炉内铁水排出的重要场所。出铁场一共包括4个出铁口，铁口区域的主要设备有开口机、泥炮和移盖机等。岗位工操作设备时由于在现场操作站操作受到操作站地理位置及环境的影响，使得通过操作站操作有很多局限性，降低了一次出铁成功率。因此，现场操作需要在操作站操作的基础上，改造为基于无线技术的遥控操作，可极大地提高炉前设备控制的准确性和成功率，也极大地提高了设备和人身的安全性。

2 高炉出铁场工艺概述

出铁场出铁时，开口机在机身大臂的旋转作用下将开口机本体旋转到出铁通道的工作位置并且对准铁口。开口机小车进给部分利用液压马达的推动力将打开铁口所用的钻杆钻入铁口。钻入过程中通过对钻杆的运动方式进行选择（旋转方式或锤击方式），使得钻杆对堵在铁口内的炮泥进行冲击，从而将铁口打开。铁口完全打开后，开口机小车将钻杆退回，同时炉缸内的铁水和炉渣通过铁口流入铁沟。开口机钻杆的内部可以通过充入水或空气起到降温和清洗钻头的作用。

待铁口完全打开后，移盖机在机械大臂的控制下被安放在出铁沟前方，起到保护和减少污染的作用。

出铁场堵口时，泥炮通过机身大臂的旋转将本体移至铁口处并将炮口对准铁口。通过对泥炮的炮缸向前挤压，从而将耐火炮泥打入铁口通道，直至将铁口封住。以上就是一次完整的出铁过程，由此可以看出开口机、泥炮和移盖机是出铁场的重要设备，对其控制的好坏将直接影响到高炉出铁效率的高低。

3 操作系统改造前的不足

3.1 操作站所处位置导致无法直观操作

现场操作站的位置处在铁口的斜侧方，当利用开口机开铁口及利用泥炮堵铁口时，操作站内的操作人员无法直接清楚地看到铁口处的情况。此时需要由另一名员工站在操作站外向站内人员利用手势对其进行指挥，由于无法用语言交流，遇到特殊情况时会出现指挥配合不能协调一致的情况。

3.2 指挥人员存在安全隐患

因为操作站位置固定，站内操作人员的可视范围有限，所以指挥人员必须站在特定位置区域内进行指挥。如遇突发紧急情况，指挥人员有可能会遇到危险。

3.3 灯光对操作的影响

由于现场操作站内开启灯光后，站内操作人员将无法清楚地看到指挥人员的手势，故操作时通常关闭现场操作站内灯光。因此操作人员进行设备操作时对摇杆和按钮的位置完全凭借经验处理，在某些条件下会有可能出现误操作。

4 无线控制系统的设计及特点

4.1 无线控制系统的设计

无线控制系统是由施耐德电气公司生产的Quantum系列PLC以及Itowa公司生产的工业无线遥控器及接收器组成的。Quantum系统PLC集体积小巧和坚固设计于一体。因而，即使在最恶劣的现场环境使用，也能确保其高性价比及可靠的安装运行[1]。工业无线遥控器是专门用来控制工业设备的远程无线遥控装置。其有效控制范围为半径100 m的任何方位且不受障碍物的影响。无线遥控器上集成了对开口机、泥炮和移盖机的几乎全部操作指令。操作人员通过对无线遥控器进行操作将控制信号传输给位于出铁场电气室内的信号接收器，接收器与PLC的远程站连接，远程站通过RIO处理接口、RIO分支器以及F接头与主站进行连接，从而将信号传送到PLC系统的CPU。CPU按照设定程序对信号进行处理并输出，开口机、泥炮和移盖机等设备按照PLC的指令动作。由此达到了无线遥控控制的目的。无线控制系统中PLC远程站的硬件配置见图1。

4.2 无线控制系统的特点

4.2.1 实时控制系统具备双CPU控制、解码回路，确保安全

图1 无线控制系统中P L C远程站的硬件配置

当无线遥控器启动后，遥控器和接收器之间进行实时的信号传输。也就是说无论是否按下指令按钮，遥控器和接收器在接通电源后便已经开始了通讯。

接收器被设计为双CPU配置。一个CPU负责检测所有指令信号及工作频率，而另一个CPU负责工作指令的接收解码。这样的双重防护设计加强了安全保障。当遥控系统进行自检时，如果发现有同频干扰或设备故障等异常情况，遥控系统为了让设备紧急停车，可自行启动被动急停程序。同时如果在系统运行过程中出现非设备原因的突发情况，遥控系统还为操作员配置了主动急停程序。操作员只需按下紧急按钮，遥控系统仅需0.5 s便可关闭总设备的电源。

4.2.2 具备自动关闭功能

遥控器在工作时其操作指令信号实时地传输给接收器。当接收器未能收到遥控器的有效信号时（遥控器供电不足，超出有效距离等），系统将自动关闭，遥控器无任何有效的操作输出。

4.2.3 多频道通讯

通常无线电委会批准的可以作为工业遥控的频点只有几十个，一旦频率被干扰，单频点的遥控系统则会中断通讯，因此生产就无法继续正常进行。Itowa公司针对此情况研发了智能频道更换系统。在设备启动之后先自动对工作频道进行检测，如果频道通过检测确认未被占用，遥控系统便能正常工作；如果频道通过检测发现已经被占用，那么智能频道更换系统便自动地将另一个经确认现场未被占用的频道作为工作频道。

4.2.4 确保遥控器与被控制设备的一对一操作

在实际生产过程中，如果有另一台相同频率的遥控器正在进行操作并进入了自己遥控器对应接收器的接收范围，进而将干扰手中的遥控器。针对这种情况，遥控器将利用内置的智能频道更换系统自动切换工作频道，从而保证了所使用频道不会被其他设备占用。同时该数值被记录在微处理器中。经过这样处理后遥控器绝不可能启动不属于它自己的接收器。完全实现了遥控器与被控设备的一对一操作。

4.2.5 意外发生防误操作功能

如果操作员不慎将已被激活的遥控器摔在地上，遥控器通过重力和撞击感应能立即自行关闭，防止了意外所引起的误操作，确保了安全。

4.2.6 遥控器自动关闭功能

操作员若在一定时间间隔内没有对遥控器进行操作，遥控器将自动关闭。

无线控制系统设备参数见表1。

表1 无线控制系统设备参数

4.2.7 电池低电量提示功能

遥控器上配有一个显示电池状态的指示灯。当检测到电池电量低时，电气室内的接收器开始响铃，同时遥控器面板上的指示灯将开始闪烁，大约30 min后如果未更换电池，那么遥控器将关闭。

4.2.8 低维护成本

（1）接收器上装有信号指示灯，可显示系统运行状态及故障原因。据此可判断设备状态并快速找出故障原因。

（2）设备外壳材质：含有玻璃纤维的工业塑料，耐高温，抗磨损，防水蒸气、粉尘，可清洗，易保养。

5 工业无线遥控系统的运行效果

5.1 节省了人力资源

改造后，设备操作员无论是打开还是封堵铁口均可独立完成任务，无需其他人指挥。

5.2 提升了安全性可靠性

由于省去了指挥环节，从而避免了由于指挥不当引起的误解；由于无需在现场操作站内避光操作，操作可以在光线充足的位置进行。

5.3 改善了操作环境

操作人员可选择最佳角度，避开能见度差、污染严重的操作位置；杜绝操作员受有害气体及高温的侵害。

5.4 提高了工作效率

操作人员现在能够实时地看到铁口处的情况，并根据经验快速作出反应，对设备的操作能够做到连贯、准确。操作人员可以及时对开口机钻头、钻杆的气雾冷却进行操作，根据开铁口过程中铁口的实时状态来决定驱动钻杆选用旋转还是锤击方式，在提高开口成功率的同时，降低了钻头和钻杆的损耗，产生了良好的经济效益。

6 结论

3200 m3高炉出铁场无线控制系统自投入使用以来，运行稳定、安全、可靠，受到了现场操作人员的一致好评。过去由于环境与视觉因素而导致的指挥配合不当、突发情况反映不及时的问题得到了根本的解决。操作人员可以方便地携带着遥控器，自由地选择视觉与安全俱佳的位置来实行操作。这样既保证了安全操作，又大幅度提高了生产效率，达到了预期目标。

[1]路镇，高源，吴树涛.无线遥控设备在PLC控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2010（4）：63-64.