多功能行車無人化及其數(shù)字化管理系統(tǒng)應(yīng)用

王冉 韓棟

摘要：社會(huì)在進(jìn)步，公眾的生活質(zhì)量不斷提升，焙燒行車操作環(huán)境相對艱苦，隨著自動(dòng)化、數(shù)字化及信息化裝置的不能升級，焙燒車間天車實(shí)現(xiàn)無人化勢在必行，但在行車無人化系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，應(yīng)該整體保障它的運(yùn)行穩(wěn)定性，不斷優(yōu)化它的運(yùn)行效率，以此來更好地提高碳素車間的生產(chǎn)效率和安全保障。對于無人碳素行車系統(tǒng)來說，自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，著實(shí)為無人行車系統(tǒng)的發(fā)展完善帶來了新的契機(jī)。本文將科學(xué)全面地分析無人行車及其數(shù)字化管理系統(tǒng)在鋁用陽極碳素焙燒車間的應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：無人碳素行車系統(tǒng);自動(dòng)化技術(shù);數(shù)字化管理;應(yīng)用

引言

經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步，公眾的生活質(zhì)量不斷提升，生產(chǎn)企業(yè)高效能建設(shè)、自動(dòng)化運(yùn)營水平不斷提升，起重機(jī)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越重要，尤其是隨著工業(yè)化進(jìn)程深入推進(jìn)，在貨物搬運(yùn)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、設(shè)備吊裝等多個(gè)領(lǐng)域越來越依靠起重機(jī)械設(shè)備的作用。雖然我們國家和國外發(fā)達(dá)國家相比，在技術(shù)力量、人員隊(duì)伍建設(shè)等方面還存在不小的差距，但隨著科技水平不斷提升，起重機(jī)械設(shè)備應(yīng)用和研究技術(shù)也將越來越向著縱深方向發(fā)展，為推動(dòng)工業(yè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)，提供強(qiáng)大的有力支撐。加強(qiáng)新形勢下自動(dòng)化技術(shù)在起重機(jī)械上的應(yīng)用和發(fā)展探索，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。無人天車技術(shù)應(yīng)用到車間生產(chǎn)中，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了勞動(dòng)成本，給企業(yè)帶來了長久的經(jīng)濟(jì)效益，在一些高危的行業(yè)裝備無人天車系統(tǒng)，避免了對人體造成傷害，生產(chǎn)更加安全。

新疆農(nóng)六師碳素有限公司行車的無人化技術(shù)的成功實(shí)現(xiàn)是對提高鋁用碳陽極生產(chǎn)效率的一種相當(dāng)有效的技術(shù)，對人力成本的降低有很大幫助，可以保障生產(chǎn)過程的安全性。為了加快促進(jìn)鋁用碳素行業(yè)安全性、經(jīng)濟(jì)性穩(wěn)定發(fā)展，有必要加強(qiáng)碳素行車無人化技術(shù)及其應(yīng)用的推廣，明確無人碳素行車技術(shù)發(fā)展方向，為我國鋁用碳素焙燒天車無人化事業(yè)優(yōu)化發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

1自動(dòng)化技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)是一個(gè)復(fù)合型的技術(shù)總體，在社會(huì)實(shí)踐中扮演著非常突出的作用。自動(dòng)化技術(shù)既融合了傳統(tǒng)的技術(shù)形態(tài)，同時(shí)也融合了先進(jìn)的信息技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。比如在機(jī)械制造過程中，自動(dòng)化技術(shù)在應(yīng)用過程中，其控制技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制以及自動(dòng)化運(yùn)行，這在很大限度上提升了生產(chǎn)效率，也節(jié)省了人力資源的投入。

2自動(dòng)化技術(shù)在碳素焙燒無人行車系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 PLC技術(shù)在碳素焙燒無人行車自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

PLC技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)中的一種，同時(shí)這種控制技術(shù)具有可編程的特點(diǎn)。因此將這種技術(shù)應(yīng)用于碳素焙燒無人行車系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，對于提高行車系統(tǒng)本身的各個(gè)部分的指令控制具有更為精確的效果。而基于外部傳感器傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)采集、記錄、運(yùn)算等方面，也能提高精度。這對于無人行車系統(tǒng)控制過程中的柔性操作、智能化操作等也會(huì)具有更為現(xiàn)實(shí)的意義。

2.2 傳感器技術(shù)在碳素焙燒無人行車系統(tǒng)中的應(yīng)用

根據(jù)碳素行車本身的作業(yè)流程，采用合適的傳感器來收集行車各個(gè)機(jī)構(gòu)的位置信號，以及行車系統(tǒng)所需要反饋的各種點(diǎn)位信號，將這些外部信號接入PLC，通過編程來實(shí)現(xiàn)單步的自動(dòng)化控制。

3工程案例

新疆農(nóng)六師碳素有限公司焙燒車間擁有包括裝爐、出爐、布料、吸料、焙燒等流程的完整碳素塊生產(chǎn)系統(tǒng)。公司通過信息化、智能化手段實(shí)現(xiàn)智能制造，達(dá)到安全生產(chǎn)管理、減員降本增效的目的。下面詳細(xì)介紹各系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施和功能原理。

3.1 行車定位系統(tǒng)

3.1.1 大車定位

大車定位系統(tǒng)采用格雷母線進(jìn)行定位，實(shí)時(shí)檢測大車在整個(gè)庫區(qū)的運(yùn)行位置，并將位置數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)。大車格雷母線安裝在大車運(yùn)行軌道的一側(cè)，安裝條件良好。

3.1.2 小車定位

小車定位系統(tǒng)采用格雷母線進(jìn)行定位，實(shí)時(shí)檢測小車在整個(gè)庫區(qū)的運(yùn)行位置，并將位置數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)。小車格雷母線安裝在小車運(yùn)行軌道的一側(cè)，安裝條件良好。

3.1.3 夾具升降定位

夾具升降采用安裝絕對值編碼器進(jìn)行高度定位，將車上原有超速開關(guān)拆除，安裝絕對值編碼器，編碼器采用Profinet通訊，將當(dāng)前夾具的實(shí)際高度發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)，

PLC控制夾具升降變頻器上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾具在高度方向的精準(zhǔn)定位，定位誤差小 。

3.1.4 吸布料管升降定位

在吸布料管卷筒上增設(shè)高度限制器并安裝絕對值編碼器，實(shí)線精確定位。

3.1.5 夾具開度檢測

直接在夾具低端安裝激光測距檢測夾具開度較為困難，因此采用間接測量的方式進(jìn)行檢測。在原夾具升降桿的延伸處安裝激光測距，檢測夾具動(dòng)作時(shí)升降桿的高度變化，再通過機(jī)械結(jié)構(gòu)計(jì)算夾具開度，實(shí)現(xiàn)夾具開度的檢測。

3.2 行車電控系統(tǒng)

3.2.1 行車PLC升級方案

行車上增加一套PLC控制箱與原行車的PLC控制系統(tǒng)通訊，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)，傳輸指令已達(dá)到控制目的。CPU模塊采用RX3i系列的IC695CPE305，配有電源模塊，以太網(wǎng)通訊模塊，串口通訊模塊，以及數(shù)字量，模擬量輸入輸出模塊。機(jī)柜位置可布置在電氣間門邊墻壁上，與原行車的PLC控制系統(tǒng)采用Profinet通訊。

3.2.2 激光料口識別方案

本系統(tǒng)通過行車上安裝2套2D激光掃描儀實(shí)現(xiàn)行車下方焙燒料想口的識別。

行車在焙燒料箱口上方定位后，通過2D掃描儀的數(shù)據(jù)確認(rèn)行車停車誤差，確保夾具升降的位置不發(fā)生碰撞。

3.2.3 與生（熟）料塊上料系統(tǒng)通訊

行車主控系統(tǒng)與生料塊系統(tǒng)通訊，接收存儲艙目標(biāo)碳素塊的位置信息以及目標(biāo)爐箱的位置信息，根據(jù)位置信息確定行車的運(yùn)動(dòng)軌跡。完成裝箱后，爐箱和存儲艙的碳素塊存儲狀態(tài)會(huì)反饋給上料系統(tǒng)，并存儲相關(guān)數(shù)據(jù)信息。然后另一臺行車會(huì)接收到布料指令，到該爐箱位置進(jìn)行布料。布料完成后的狀態(tài)也會(huì)反饋給上料系統(tǒng)，并存儲相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3.3 行車調(diào)度系統(tǒng)

3.3.1 無人化調(diào)度功能系統(tǒng)架構(gòu)

無人化調(diào)度系統(tǒng)主要包括庫存管理及行車調(diào)度兩大主體部分，對接L1設(shè)備層和L3生產(chǎn)管理層，實(shí)現(xiàn)設(shè)備離散分布，集中調(diào)度、控制、展示。

行車調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)已有計(jì)劃信息、設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)行自動(dòng)搬運(yùn)，完成生塊入庫、熟塊出庫、吸料、布料功能。路徑規(guī)劃，針對人機(jī)交互安全策略，保障人工作業(yè)區(qū)域內(nèi)不進(jìn)行自動(dòng)作業(yè)。

3.3.2 大屏展示

大屏展示由視頻監(jiān)控、人機(jī)交互、數(shù)字化管理系統(tǒng)組成，最終通過大屏顯示。

人機(jī)交互界面位于主控室，操作前需進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證，可實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場庫存狀態(tài)、設(shè)備信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程人工干預(yù)。下圖作為示意圖，后期根據(jù)現(xiàn)場尺寸、設(shè)備等進(jìn)行1：1還原。

可對具體設(shè)備（如行車）進(jìn)行狀態(tài)查詢、遠(yuǎn)程控制。

數(shù)字化管理系統(tǒng)可進(jìn)行在線組態(tài)，根據(jù)需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、設(shè)備測點(diǎn)信息實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史信息查詢、數(shù)據(jù)圖標(biāo)駕駛艙等。

結(jié)語

綜上，新疆農(nóng)六師碳素有限公司焙燒車間多功能行車已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝爐、出爐、吸料及布料等功能，并通過客戶端軟件進(jìn)行作業(yè)調(diào)度。該行車的無人化很大程度上提高了焙燒多功能天車的效率，保障了行車操作的安全性，使一人同時(shí)控制多臺行車不再是難點(diǎn)，大大節(jié)省了人力資源。

無人碳素行車系統(tǒng)已經(jīng)擁有比較成熟的技術(shù)支撐，不僅可以提高焙燒車間工作效率，還可以提高鋁用陽極生產(chǎn)過程的安全性，減少人力成本。所以，新疆農(nóng)六師碳素有限公司焙燒多功能行車的無人化技術(shù)在鋁用陽極及其他相似行業(yè)發(fā)揮的作用是非常巨大的，可以推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)長久發(fā)展。

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