摘 要：为提高钢水转运过程中热效率，降低钢水热损，设计一套铁水罐加盖装置，利用可以搭载4G网络的无线交换机及基站搭建一套无线局域网，并在此基础上使用西门子S7-1200系列PLC，建立匹配的远程控制系统。研究结果和实践运用表明：铁水罐加盖后，在同样转运距离和转运时间内，铁水罐转运到终点时的温度相比于没有加盖时平均提高温度达到300℃左右；应用远程控制系统后，铁水罐转运可实现连续不间断操作，减少平均等待时间约25min，进一步降低钢水的热损失并提高钢水转运质量，解决了铁水罐加盖装置与控制系统空间分离的问题。
关键词:铁水罐加盖;无线局域网;西门子PLC;远程控制系统;空间分离;
铁水罐加盖技术从国外引进后，国内已进行大量研究，不断提高铁水罐保温防尘效果，推动加盖技术的进步。吕奇等介绍了首秦钢厂的LF炉钢包加盖设备，该设备根据LF炉的特点制造的挂钩倾翻横移式的加揭盖机构，改进设备液压系统和子系统后其故障停机时间缩短，实现液压技术与电器自动化技术相融合。该装置大量使用液压设备作为执行机构，设备尺寸大，占用空间广，保养维护成本较高。
赵广阔等使用四连杆机构实现加盖功能，左右两侧对称的连杆通过电机同步驱动，该装置机械结构依靠齿轮传递，适用范围较广；且其引入远程控制理念，但文中没有进行详细介绍。
高义明等针对不同情况设计了不同类型和功能的钢包加取盖装置，该装置解决不同工况下的全流程自动加取盖问题，同时也增加了操作和维护工作。许开瑜等设计一套电液推杆和油缸顶升组合的铁水包加揭盖装置，该装置引入电道装置以解决加揭盖装置远程配电问题，但加揭盖装置需要转运火车停止接入摩擦电道系统受电，影响生产节奏。
本文介绍了可以解决铁水罐转运过程中发电、储电、配电及无线远程控制的难点，并且针对这些问题建立无线局域网和配电系统，进行一系列现场实验，实现铁水罐加揭盖装置运行稳定可靠、供电连续、无线远程操作等功能。
1 铁水罐加盖装置
铁水罐加盖装置主要由机械结构、电气控制系统、组网系统组成。
1.1 铁水罐加盖装置机械结构
铁水罐加盖的机械结构主要由盖板、连杆机构、线性油缸、液压马达、底座及支撑结构等组成。盖板就是铁水罐保温防尘所需的盖子，其边沿部位通过几根连杆铰接，并与盖板形成可调式结构，加盖时平移到铁水罐顶部，揭盖时平移离开铁水罐顶部。液压马达驱动线性液压油缸的活塞杆进行往复直线运动，活塞杆驱动连杆机构运动以使盖板实现平移运动，达到加揭盖的目的。铁水罐加盖装置机械机构，如图1所示。
1.2 铁水罐加盖装置无线局域网系统
如图2所示是加盖装置组网原理图。图5所示远程调试，调试PC通过无线网卡接入该无线局域网，不需要使用物理网线与目标设备连接，即可进行调试和操作。图3左侧即为电池组，为整个系统执行供配电功能；右侧即为调试PC，该电脑没有物理网线连接，通过无线网卡接入无线局域网，成功实现远程启停、故障反馈、预警报警、系统监测等功能。
1.3 铁水罐加盖装置电气控制系统
铁水罐加盖的电气控制系统主要由电池车、电池、发电机组、UPS、变频器、隔离变压器、西门子S7-1200PLC控制系统等组成。
电池车随铁水罐行走，且装有24块电池和发电机组；UPS系统两路进线，一路来自串联电池组，一路来自发电机组。当铁水罐火车运动时，火车轮转动通过齿轮传动系统驱动发电机组转动发电，加盖装置无动作时可以将火车运动所产生的的动能转化成电能通过UPS储存到电池组，UPS系统执行充电功能。
变频器将电池供给的直流电通过逆变单元转变成220V交流电，考虑到变频器出线的220V交流电存在杂波、噪声等问题，在其出线端增设一台隔离变压器，调整配电系统得AC220V交流电质量，使其符合现场配电需求。PLC作为核心控制系统，收发加盖系统信号，满足手动和自动操作的控制要求，同时基于4G局域网可将PLC系统的信号通过无线交换机传输到远程服务器上，进行无线远程操作任务。铁水罐加盖装置电气原理图如图4所示，图5所示为电气控制箱。
控制系统PLC接入信号后，通过TIA Portal V16软件编程调试，图6所示即为该调试软件编写的部分调试程序。该程序是实现加盖动作和加盖动作的逻辑程序。
接入到PLC的信号都可以在调试软件中显示，并参与逻辑控制，图6所示都是开关量信号，根据开关量输入信号进行逻辑判定，也可以实现手动和自动控制加揭盖当作的功能。
2 实验及应用
2.1 实验检测
为了检测加盖后的保温效果，同时也需要对铁水罐内温度进行实时监测，了解钢水质量参数，文章采用德国Keller在线式红外测温仪，测温范围：600～3000℃，实时将数据传输到PLC控制系统。为了检测加盖装置的动作一致性，在盖板外侧加入一组SICK系列雷达扫描仪，设定雷达扫描范围。
2.2 实验方法
为了研究加盖装置保温效果及整个系统的鲁棒性，主要进行2个方面的分析：其一，测量铁水罐内温度，分析其温度梯度，该功能依靠在线式红外测温仪；其二，检测其各机构的动作响应性和系统的跟随一致性，该功能依靠各类仪表及传感器等。
3 现场试验结果分析
实验环境要求：铁水罐内装入适量实验用钢水，同一铁水罐，同一品种钢水，同一测点，间隔相同时间测温，区别仅在于加盖工况和不加盖工况。
3.1 罐内温度
铁水罐到达现场等待区间后，分别在加盖和不加盖子工况时间隔30min测量罐内温度，记录温度参数并分析。图7为钢包加盖与不加盖温度梯度对比结果，横轴代表测量次数，该钢水仅用作实验，不进入生产线。
3.2 远程控制
操作笔记本电脑通过无线网卡与控制系统连接，文章还将无线网卡插入台式机上，设置插拔式无线网卡的IP地址使其与控制系统无线局域网处于同一网段，也可以实现远程连接功能。笔记本电脑安装TIA17版本软件，可以直接调试PLC系统，进行监控，同时组态建立操作界面。PLC根据外部信号诸如设备就位、准备好等，根据信号及工艺要求执行启停动作，并进一步监控设备状况以及动作响应时间、准确性等。
4 结语
(1）铁水罐内保温效果显著提升。加盖后铁水罐内温度梯度曲线较不加盖工况明显平缓，梯度曲线的平均系数比开盖时低30%左右，加盖后铁水罐内温度降低速率也明显小于开盖时，且前者每个测量阶段的线性系数小于后者，该加盖装置可以达到生产作业需要的保温效果。
(2）电池车和铁水罐的转运火车之间的供配电系统稳定可靠，装在电池的电池车与火车的运动保持一致，为加盖装置的驱动动力需求以及控制系统的弱电配置需求，同时还能为加盖装置配套的仪表提供稳定电源。加盖装置不需要再到指定位置进行充电或者提供电力，基本解决了加盖装置及整个系统的配电时需要火车停止的问题。铁水罐转运过程中不需要将火车停到指定位置受电，转运火车在运输路线的任何位置都可以手动或自动完成加盖和揭盖动作。该系统实现转运流程的连续性，减少转运所需的时间，进一步提高了钢水到达指定位置的温度和质量。
(3)PLC控制系统、操作室的工程师站以及远程调试作业所需的笔记本电脑都能可靠接入无线局域网，且转运火车行驶路线上布置的无线基站作为无线局域网的中端，可以保证火车整个行驶路线都被无线局域网所覆盖，在此组网中，不会因网络断开而影响整个装置的动作。火车在转运路线任意位置上，都能实现以下功能：启动加盖装置执行加盖和揭盖动作，监测铁水罐内温度，监测电池健康状况，将一些仪表信号接入PLC连锁控制逻辑。
[1] 吕奇. LF炉钢包加盖机液压控制系统设计及改造[D].燕山大学,2014.
[2] 赵广阔.唐钢不锈钢公司铁水包加盖装置设计研究[D].燕山大学,2021.
[3] 许开瑜,戴方钦,刘尧成,郭悦,陆浩.铁水包加揭盖装置在攀钢炼铁厂的应用[J].冶金能源,2020,39(06):43-47.
[4] 李叶忠,王一名,李玉德,张相春,陈志威,齐志宇.260 t钢包全程加盖工艺实践[J].鞍钢技术,2021(04):50-53.
[5] 袁飞.钢包蓄热式烘烤及周转过程温度模拟和优化研究[D].北京科技大学,2018.
[6] 刘建基于PLC的连铸浇钢控制系统改进设计[D].大连理工大学.2017.