板坯庫的天車無人化智能系統(tǒng)

董一鳴

摘 要：唐鋼自動(dòng)化公司研發(fā)的天車無人化智能系統(tǒng)，運(yùn)用板坯下線入庫模型、板坯上線入加熱爐模型和倒垛模型驅(qū)動(dòng)板坯庫入口、出口和庫區(qū)的各類作業(yè)，進(jìn)行科學(xué)規(guī)范化管理。該系統(tǒng)的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)天車無人值守、連鑄板坯自動(dòng)下線入庫、裝鋼計(jì)劃在線管理、外采板坯車輛管理、板坯修復(fù)修磨管理、板坯庫可視化管理等多項(xiàng)功能，提高連鑄板坯直供效率，減少庫存倒垛頻率、大幅減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善職工工作環(huán)境，提高天車作業(yè)的安全性、準(zhǔn)確性及人工勞效。

關(guān)鍵詞：板坯庫；天車無人化；庫區(qū)管理

中圖分類號(hào)：TF758 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）04-0035-02

唐鋼不銹鋼公司熱軋板坯庫目前由加熱爐車間負(fù)責(zé)管理，主要業(yè)務(wù)涵蓋：熱軋板坯連鑄下線接收確認(rèn)、入庫、移庫、盤庫、外購坯入庫、外購坯車輛管理、問題板坯修磨修復(fù)（機(jī)修和手工修）、出庫、板坯入爐、返回輥道、熱送輥道跟蹤等業(yè)務(wù)。連鑄板坯溫度一般在600℃左右，嚴(yán)重影響職工現(xiàn)場作業(yè)；板坯庫現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡略，制約板坯庫作業(yè)效率。

綜合考慮上述板坯庫實(shí)際情況，為滿足唐鋼整體智能制造需求，打造智能化工廠，提升不銹鋼公司熱軋板坯庫管理水平，提高職工工作安全指數(shù)和改善工作環(huán)境，對唐鋼不銹鋼熱軋板坯庫天車進(jìn)行無人化改造，配套新增天車調(diào)度和庫區(qū)管理功能，即板坯庫的天車無人化智能系統(tǒng)。

1 總體思路

為了更好地實(shí)現(xiàn)板坯庫生產(chǎn)物流管理的目標(biāo)，作為熱軋工序和連鑄工序的聯(lián)系紐帶，板坯庫天車無人化智能系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)以減少天車庫內(nèi)倒跺次數(shù)、減少數(shù)據(jù)差錯(cuò)，提高作業(yè)響應(yīng)速度為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，保證庫內(nèi)板坯各項(xiàng)物流作業(yè)及時(shí)順暢地完成。智能天車調(diào)度系統(tǒng)作為無人天車的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其主要功能有板坯入庫、板坯入庫優(yōu)化決策、板坯出庫、板坯出庫優(yōu)化決策、板坯倒跺、板坯采購入廠、修磨、回退等生產(chǎn)作業(yè)的控制與管理，針對庫內(nèi)板坯物流作業(yè)設(shè)備（包括天車、運(yùn)輸輥道、過跨車、運(yùn)輸小車、板坯運(yùn)輸車輛等）進(jìn)行指揮與協(xié)調(diào)，進(jìn)行板坯庫動(dòng)態(tài)物流跟蹤，實(shí)現(xiàn)各作業(yè)設(shè)備最大工作效率。由于煉鋼-連鑄-熱軋是一種高水平的生產(chǎn)聯(lián)接流程，要求系統(tǒng)具備熱裝熱送及庫內(nèi)冷坯上線的功能，因此保證前后各工序間生產(chǎn)物流的暢通是板坯庫智能調(diào)度系統(tǒng)要解決的主要問題。同時(shí)系統(tǒng)還是生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與生產(chǎn)控制系統(tǒng)的聯(lián)接紐帶，它負(fù)責(zé)將庫內(nèi)板坯實(shí)績提供給MES系統(tǒng)，以形成最終裝鋼計(jì)劃來組織生產(chǎn)，從而保證熱軋軋制生產(chǎn)節(jié)奏的高效、有序。依據(jù)模型（板坯下線入庫模型、板坯上線入加熱爐模型和倒垛模型）的計(jì)算結(jié)果，驅(qū)動(dòng)板坯庫相關(guān)業(yè)務(wù)開展，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)科學(xué)規(guī)劃和物流智能管理。

板坯庫無人天車及庫區(qū)管理系統(tǒng)，分為計(jì)劃層、任務(wù)層以及執(zhí)行層。

（1）計(jì)劃層通過分析相應(yīng)倉庫的作業(yè)類型及物料作用，有計(jì)劃的制定物料的倉儲(chǔ)位置以及分配最優(yōu)天車進(jìn)行作業(yè)，并進(jìn)行庫區(qū)所有板坯自動(dòng)定位及板坯信息跟蹤。

（2）任務(wù)層依據(jù)作業(yè)計(jì)劃，對板坯邏輯地址向物理地址轉(zhuǎn)換，將天車復(fù)雜的動(dòng)作分解成容易執(zhí)行的單個(gè)動(dòng)作，并具體解決多部天車的避讓、防撞控制。

（3）執(zhí)行層具體執(zhí)行天車的單個(gè)動(dòng)作，通過天車主鉤微擺動(dòng)控制、加減速控制等控制實(shí)現(xiàn)大車、小車位置精確控制；夾具高度控制，實(shí)現(xiàn)無人駕駛。實(shí)現(xiàn)板坯在熱送輥道的自動(dòng)定位，長度測量、板坯跟蹤、配合天車實(shí)現(xiàn)板坯的自動(dòng)上下線功能。如圖1所示。

2 天車無人化功能

天車無人化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)板坯自動(dòng)查找、自動(dòng)吊放、實(shí)現(xiàn)無人駕駛作業(yè)。要實(shí)現(xiàn)這些功能必須對天車及其附屬設(shè)備進(jìn)行精確的控制。在天車運(yùn)行時(shí)，對天車橫向位置、縱向位置、垂直方向位置進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。具體功能如下：

2.1 天車自動(dòng)定位控制功能

天車CMCS系統(tǒng)把天車的目標(biāo)及障礙物位置等信息發(fā)送至一級，天車PLC接移動(dòng)指令后，根據(jù)目標(biāo)位置、實(shí)際位置及障礙物位置計(jì)算出天車行走的最優(yōu)路徑及速度，然后控制天車精確的達(dá)到目標(biāo)位置。

2.2 夾鉗擺動(dòng)控制功能

天車在運(yùn)行時(shí)，如果夾鉗下部擺動(dòng)幅度較大，將影響天車吊取和碼放，降低生產(chǎn)效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成夾鉗與鋼卷之間的磕碰，出現(xiàn)板坯質(zhì)量問題，所以必須控制天車在橫向與縱向移動(dòng)時(shí)夾鉗下部的擺動(dòng)幅度。通過擺角檢測儀檢測出大車及小車移動(dòng)時(shí)的擺角，天車PLC根據(jù)擺角大小及擺動(dòng)方向計(jì)算出補(bǔ)償速度，然后疊加到大車及小車的控制速度上，以此防止天車夾鉗的擺動(dòng)。

2.3 安全高度控制功能

當(dāng)天車主鉤往上提升或下降時(shí)，天車PLC會(huì)實(shí)時(shí)比較程序設(shè)定的上下極限值與編碼器反饋高度值，當(dāng)編碼器反饋的主鉤高度值達(dá)到上下極限值時(shí)，主鉤會(huì)立即停止動(dòng)作。若此時(shí)編碼器反饋值有誤，主鉤繼續(xù)往上提升觸碰重錘緊急開關(guān)，則立即切斷主鉤電源，停止主鉤的上升動(dòng)作，防止主鉤繼續(xù)往上提升撞到提升卷筒。

2.4 天車防撞控制功能

該功能主要通過精確計(jì)算兩部天車之間的距離，若兩部天車距離達(dá)到防撞距離設(shè)定值后，兩部天車自動(dòng)停止行走，防止兩部天車發(fā)生碰撞。

2.5 雙主鉤同步控制功能

板坯庫天車為雙主鉤同步動(dòng)作，通過同步速度設(shè)定疊加位置偏差補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)雙主鉤同步動(dòng)作，防止天車夾鉗傾斜。

3 庫區(qū)物流管理功能

3.1 “重去重回”物流管理

當(dāng)天車執(zhí)行在重載或完成狀態(tài)時(shí)，天車物流管理功能自動(dòng)從工單請求序列管理中尋找適合該天車的下一個(gè)工單，主要依據(jù)是位置驅(qū)動(dòng)，即下線時(shí)使用目標(biāo)位調(diào)度天車；上線時(shí)使用源位置調(diào)度天車。同時(shí)調(diào)度系統(tǒng)還考慮下一單的源位置距離本天車最近的原則，實(shí)現(xiàn)“重去重回”的物流理念。

3.2 板坯下線入庫模型

入庫模型，是天車無人化系統(tǒng)的核心算法，能夠快速幫助下線和外購板坯運(yùn)算出合理的庫存垛位。系統(tǒng)以實(shí)際業(yè)務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，依據(jù)信息流驅(qū)動(dòng)，綜合考慮下線坯的表面質(zhì)量、客戶訂單、鋼種、厚度、寬度、長度等信息，結(jié)合入庫模型算法，合理指派下線垛位。

3.3 裝鋼計(jì)劃在線管理

為了保證裝爐上料及時(shí)性，上料作業(yè)的優(yōu)先級要高于入庫下線作業(yè)，在連鑄允許緩沖時(shí)間內(nèi)優(yōu)先完成板坯上料出庫作業(yè)。在上料節(jié)奏比較緊張的情況下，需要協(xié)調(diào)多部天車同時(shí)作業(yè)。合理分配天車作業(yè)，協(xié)調(diào)指揮每臺(tái)天車（包括同一跨內(nèi)的天車和不同跨內(nèi)的天車）有序作業(yè)，保證庫內(nèi)物流和設(shè)備能高效有序地運(yùn)轉(zhuǎn)，降低天車的作業(yè)負(fù)荷，提高上料速度。

智能天車調(diào)度信息接收MES系統(tǒng)的軋制計(jì)劃和調(diào)度裝鋼計(jì)劃，結(jié)合連鑄板坯供料情況和庫存板坯碼放位置，利用板坯上線入加熱爐模型合理計(jì)算上料順序、選取倒垛頻率最少的板坯、制定出天車運(yùn)行最優(yōu)路徑和放吊輥道，自動(dòng)生成工單。

4 社會(huì)效益

唐鋼公司是國內(nèi)首家推出、使用天車無人值守系統(tǒng)的企業(yè)。無人天車及智能調(diào)度系統(tǒng)由公司自動(dòng)化信息公司精心研發(fā)，是擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋料、吊運(yùn)、規(guī)放等多項(xiàng)功能。該技術(shù)在唐鋼高強(qiáng)汽車板產(chǎn)線首先實(shí)施，打破了國外技術(shù)壟斷。此次在不銹鋼板坯庫的創(chuàng)新應(yīng)用，是我國制造業(yè)運(yùn)用國內(nèi)技術(shù)實(shí)現(xiàn)板坯庫無人天車的先例。該系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)不銹鋼公司智能制造的堅(jiān)定基石，在智能制造行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用推廣價(jià)值。隨著產(chǎn)業(yè)投入加大、技術(shù)突破與規(guī)模積累，在可以預(yù)見的未來，我國天車制造行業(yè)運(yùn)行需求市場將不斷擴(kuò)大，未來幾年內(nèi)該技術(shù)發(fā)展趨勢蒸蒸日上，具有良好的市場推廣前景。