張曉波 李云鐵

（華菱湘鋼煉鐵廠）

摘要  為進一步提高高爐爐前設備的控制精度及智能制造水平，改善操作環境，將原有的僅通過操作室單一的手動方式控制系統升級改造成具備無線遙控控制的系統。同時對原有液壓系統的液壓站、操作室閥臺進行優化。通過生產的檢驗，該系統運行良好，控制方式靈活，達到了預期的水平。

關鍵詞  遙控控制  液壓系統  開口機  泥炮

前言

隨著現代科學技術的發展，自動化設備日新月異，越來越多的設備采用遙控操作方式。因遙控操作具有靈敏可靠，視野開闊，操作不受場地的限制等優點，將遙控技術應用于操作場地受限的工況，其優越性顯著。

湘潭鋼鐵集團有限公司煉鐵廠2#高爐，爐容2580m3，爐前設3個鐵口。各鐵口均在同側設置一臺開口機、一臺泥炮及對應的液壓系統。崗位工人需手動操作液壓閥來控制開口機及泥炮的運行。為減少鐵口區域揚塵，改善爐前環境，于2017年對爐前鐵口區域進行封閉。由于開口機、泥炮設備置于封閉區域內，致使崗位操作視線受阻，無法直接看清鐵口處的情況。開鐵口時需要操作室外設專人利用手勢進行指揮。因受地理位置及現場環境的影響，通過操作室操作設備有很大的局限性，同時設備操作的準確性、可靠性受到較大影響。為此將爐前的設備由原來的手動控制改為遙控控制，可提高爐前設備操作的準確性，降低崗位工人的勞動強度。

1  改造前系統的的組成

   爐前液壓設備主要由泥炮、開口機及其對應的液壓泵站、閥臺組成。

1.1  泥炮

泥炮的作用是在爐前某個鐵口出完鐵水時，將前期裝在泥缸里的炮泥壓入并封堵鐵口。主要動作包括回轉和打泥運動。

1.2  開口機

開口機用來打開鐵口以便高爐順利出鐵水。主要動作包括：開口機回轉臂的回轉，鉆機的進退，鉆桿的旋轉、沖擊等運動。

1.3  液壓泵站

液壓泵站共設有1#、2#兩座液壓站，其中一座液壓站控制1#、2#鐵口設備的動作，另一座液壓站控制3#鐵口設備的動作。1#液壓站主泵組由6臺油泵組成，其中4臺油泵（單臺油泵參數：Q=163l/min，N=110KW）給泥炮動作提供壓力油,正常生產時啟用其中的2臺油泵。另2臺油泵（單臺油泵參數：Q=163l/min，N=75KW）給開口機動作提供壓力油。油泵出口設置球閥，通過切換對應的球閥分別給1#、2#兩個鐵口設備供油。2#液壓站主泵組由5臺油泵組成，其中3臺油泵給泥炮動作提供壓力油,另2臺油泵給開口機動作提供壓力油。兩種泵的參數分別與1#泵站對應油泵的參數相同。

1.4  控制閥臺

控制閥臺置于爐前各鐵口旁的操作室內，爐前液壓設備的動作均需通過手動操作換向閥的手柄實現，不能接受外來自動控制的信號。

2  改造前的不足

1）因鐵口區域已加裝鋼結構進行封閉，崗位操作視線受阻，開口、堵口時需設專人通過手勢指揮配合，在指揮配合過程中互相之間容易發生誤解，設備操作的準確性受到較大影響，同時帶來較大的安全隱患。

2）因對爐前設備的操作均需通過手動切換液壓閥才能實現，操作人員只能憑經驗和手感進行操作，設備的控制精度和自動化程度低，一次性堵口成功率低至10%左右，致使鐵口維護工作量大、人員勞動強度高以及環境污染大。

3）因開口機、泥炮運行通過不同的規格的兩種油泵供油，兩種泵之間不通用，給開口機供油的主油泵僅兩臺，無備用泵。設備的維護難度較大，設備的可靠性受到較大影響。

3  改造方案及內容

3.1  液壓系統的優化升級

3.1.1  泵站的改造

      原“泥炮”主油泵110KW的電機及基礎利舊，油泵升級為力士樂A4VS0125型，每套液壓泵站內原“開口機”兩臺主油泵（含電機）拆除，改造為兩臺控制油泵（N=7.5KW,Q=40l/min）。為控制換向閥動作提供壓力油。為提高系統油液的清潔度，在各油泵出口增加壓力過濾器，并將回油過濾器升級為過濾精度更高的過濾器。為有效的降低原系統油溫長時間較高對油液造成的影響，將原系統的循環泵及冷卻器進行升級。

3.1.2  閥臺的改造

      對3個鐵口的開口機及泥炮閥臺全部進行更新改造。改造后的液壓原理圖分別如圖1、圖2所示。主要改造內容如下：

1）為實現遠程對閥臺進行操作，泥炮、開口機閥臺控制由原來的手動換向閥全部改為電液換向閥或電磁換向閥。因泥炮回轉油缸和開口機回轉油缸分別在堵口和開口時需要精細微動操作以確保對準鐵口，將其中控制泥炮回轉、開口機回轉的換向閥改為電液比例閥。

2）泥炮回轉閥臺增加蓄能器保壓回路。當泥炮回轉回路系統壓力較小或短期需要較大流量時，蓄能器能夠釋放儲存的液壓油，補償系統泄漏，保持回轉回路壓力穩定。確保鐵口封堵時泥炮在既定位置停穩，為爐前迅速、成功堵口創造了有利條件。

3）在進入閥臺前的管路中相應的新增電磁換向閥，通過電磁換向閥的得失電開啟或切斷壓力油，從而控制開口機、泥炮的動作。避免了因誤操作導致開口機和泥炮同時動作相互碰撞損壞的事件發生。

3.2  新增遙控控制系統

隨著無線通訊技術的迅猛發展，無線遙控產品廣泛應用在工業領域中。無線遙控技術已成功的應用在我廠各高爐爐前吊車控制系統中。本項改造利用高爐58天的停爐大修機會，對爐前三個鐵口的開口機機泥炮各新增1套遙控控制裝置，實現對開口機、泥炮全部動作的控制。

3.2.1  遙控控制原理簡介

新增遙控控制系統包括無線遙控發射器，采用施耐德M580系列的PLC控制柜，信號接收器及對應的信號線纜。操作工人通過扳動遙控器上的搖桿將控制信號傳輸給置于控制柜內的接收器，接收器與PLC系統連接，PLC系統中CPU按照設定的程序對信號進行處理并輸出電信號至閥臺上的電磁閥，電磁閥控制液壓系統的運行，從而實現對現場開口機、泥炮動作的控制。

3.2.2  無線遙控發射器

每個鐵口各新增一臺遙控發射器，各鐵口的遙控發射器互不干擾，且相互間不能混用。遙控發射器面板如圖3所示，操作說明如表4所示。

3.3  新增遠程操作臺裝置

在無線遙控器與PLC系統發生故障時，為確保爐前生產的正常進行，在操作室新增操作臺對液壓系統的控制。?控制柜面板上布置和遙控器面板上功能完全一致的轉換開關和搖桿。操作工人切換操作臺上相應的轉換開關后，扳動對應的遙桿實現對液壓閥臺的控制。

3.4  新增自動控制系統

3.4.1  液壓站油泵一鍵啟停的實現

為提高爐前設備的智能制造水平，簡化操作流程，對液壓站主油泵、控制泵的啟停編制程序，泵站PLC模塊增加輸入、輸出點數，實現對設備的一鍵啟停。網絡拓撲圖如圖5所示。具體控制功能如下：當接收到1#鐵口PLC系統的一鍵啟動1#泵站信號后，根據1#操作臺給定的1#泵站4臺主油泵的備用狀態，依次啟動非備用泵。第一臺泵啟動后，延遲T1秒啟動下一臺泵。2臺控制泵不參與延遲啟動，接收到一鍵啟動信號，馬上啟動非備用泵。

3.4.2  開口機、泥炮回轉速度控制

為提高爐前開口機、泥炮的控制精度，延長設備的使用壽命，更換地保證開口機回轉、泥炮回轉平穩的運行，滿足爐前工藝要求，將各設備運行全過程分段編制程序， 設定運行電流，通過對各參數進行調試，確保開口機回轉、泥炮回轉動作實現無極調速。

3.5  新增檢測裝置和監視系統

3.5.1  檢測裝置 

檢測系統包括泥炮打泥壓力及回轉壓力的檢測，在打泥油路中新增壓力繼電器，壓力參數通過轉化器轉化顯示置于現場電子屏，便于崗位實時了解鐵口狀況，設備維護人員掌握泥炮設備的運行情況。

3.5.2  監視系統

在中控室設置上位機，通過光纖與PLC連接，將各鐵口諸如泥炮回轉壓力，泥炮打泥壓力等參數采集并在上位機畫面顯示，高爐管理人員在中控室實時了解爐前實際生產情況，便于及時調整工藝參數。此外，上位機將采集的數據進行記錄管理，便于后續查看和為解決問題提供參考等。各設備運行參數歷史曲線如圖6所示：

4  改造后的運行效果及缺陷

4.1  運行效果

  1） 引入遙控控制系統，操作方式更靈活、可靠及高效。操作工人可以選擇鐵口附近任意合適位置進行獨立操作設備，由于視線良好無需其他人指揮，節約了人力資源，同時避免了指揮不當造成的誤解。

2） 針對泥炮回轉動作采用比例閥及PLC自動控制，泥炮回轉全過程運行速度提升，一次性堵口的成功率從改造前約10%提高至目前的70%，極大地降低了鐵口泥套的維護量，延長了設備的使用壽命。

3） 采用多種監控手段，諸如打泥壓力、回轉壓力等，便于直觀精確地掌握爐前設備的運行狀況及鐵口的工藝參數，更好的滿足不斷強化的生產要求。

4.2  缺陷

該系統也存在一些缺陷或不足，需在后續工作中改進。

1）比例閥的采用對油液清潔度提出了更高的要求，油液的維護難度加大。

2） 因引入遙控控制系統、PLC自動控制系統，若發生故障時，故障點數增多，可能涉及液壓、電氣自動化、無線技術等多個專業，對設備維護人員專業技術提出較高要求。

5  結語

從近4個月運行狀況來看， 本次將遙控技術和自動化技術在高爐爐前設備改造中得到成功的應用，極大地提高了爐前設備控制水平，降低了崗位工人的勞動強度，更好地滿足工藝要求，為適應不斷強化的爐前生產提供了有力的支撐。