恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)的原理及優(yōu)點(diǎn)

陳榮市，黃成松，楊永芹，洪軍輝，邱宇杰

（1.浙江國自智能裝備有限公司，浙江杭州 311400；2.中策橡膠（安吉）有限公司，浙江湖州 313306）

恒溫智能化烘房由自動化立庫系統(tǒng)、自動化輸送系統(tǒng)、恒溫烘箱、MES 系統(tǒng)等4 部分組成；自動化立庫實(shí)現(xiàn)膠料暫存及周轉(zhuǎn)；自動化輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)膠料由立庫自動輸送至烘房，再從烘房輸送至出庫口；恒溫烘箱完成膠料恒溫加熱，確保膠料達(dá)到指定工藝；MES 系統(tǒng)控制膠料運(yùn)轉(zhuǎn)的信息化流程。

1 自動化立庫

自動化立庫系統(tǒng)是恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)前站，也是最重要的組成之一。自動化立庫用于膠料暫存和周轉(zhuǎn)，利用輸送線、RGV、堆垛機(jī)等相關(guān)自動化設(shè)備，結(jié)合信息采集、PLC 集成、工業(yè)以太網(wǎng)通信、倉儲管理軟件、人機(jī)界面編程等控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動化輸送設(shè)備及倉庫信息管理系統(tǒng)。

自動化立庫系統(tǒng)包括：輸送系統(tǒng)、立庫系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、WMS 軟件系統(tǒng)、消防及安全系統(tǒng)。

1.1 立庫系統(tǒng)

立庫系統(tǒng)由庫架分離式貨架、堆垛機(jī)以及WMS系統(tǒng)組成，主要用于膠料自動存儲與搬運(yùn)。占地面積：長約122.6 m，寬約73 m，高約22 m；分為A，B，C，D，E 五個區(qū)。其中A 和B 區(qū)用于存放天然膠和丁基膠，擁有保溫系統(tǒng)，冬季溫度≥24 ℃，目標(biāo)值40 ℃；C，D 和E 區(qū)用于存放合成膠和再生膠（常溫儲存），化工原料存放在E 區(qū)。立庫中每個巷道布置有1臺堆垛機(jī)，共有9個巷道，9臺堆垛機(jī)。9個巷道總計(jì)有庫位23 168個。采用兩側(cè)出入庫的方式，在一側(cè)入庫，另一側(cè)一至三樓出庫，由立庫管理系統(tǒng)調(diào)度完成出入庫任務(wù)。

1.2 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)由輸送線、RGV、堆垛機(jī)等相關(guān)自動化設(shè)備組成，通過PLC 控制實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行。按照功能可以分為：1F 入庫輸送系統(tǒng)、2F 出庫輸送系統(tǒng)、3F 出庫輸送系統(tǒng)。1F 入庫輸送系統(tǒng)主要用于膠料信息綁定入庫；2F 出庫輸送系統(tǒng)主要用于膠料出庫輸送并人工叉車接駁；3F 出庫輸送系統(tǒng)主要用于膠料、化工材料出庫輸送并人工叉車接駁。

1.3 電氣系統(tǒng)總體構(gòu)成

電氣控制分為1F 入庫系統(tǒng)、2F 出庫系統(tǒng)、3F 出庫系統(tǒng)，主要庫前、庫后輸送線設(shè)備與自動化立庫出入庫物料接駁。1F、2F、3F 系統(tǒng)均采用獨(dú)立的PLC控制，下掛若干個遠(yuǎn)程IO 站，采用總線通訊。電機(jī)驅(qū)動方式采用變頻驅(qū)動，變頻驅(qū)動線體采用變頻二段速，線體設(shè)減速位開關(guān)及停止位開關(guān)，另線體配備手動操作盒，手動模式下可就近點(diǎn)動控制各主要部件設(shè)備的點(diǎn)動運(yùn)行。每套系統(tǒng)配備HMI，可設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)及收集顯示報警信息。線體PLC 與WCS 采用OPC 方式進(jìn)行通訊，與RGV、堆垛機(jī)、拆碼盤機(jī)采用西門子專用S7協(xié)議進(jìn)行通信，控制配套的出入庫系統(tǒng)（包含RGV 輸送小車）等相關(guān)設(shè)備。

1.4 MES系統(tǒng)

MES 系統(tǒng)的主要功能是對入出庫的物流進(jìn)行動態(tài)管理與調(diào)度，及時、準(zhǔn)確完成貨物的入出庫，同時實(shí)現(xiàn)對物流信息與物流的同步管理，系統(tǒng)對入出庫作業(yè)進(jìn)行最佳分配。系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性，和開放的數(shù)據(jù)接口，能夠與其它信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。立體倉庫的出入庫及貨位管理采用計(jì)算機(jī)管理，可以實(shí)現(xiàn)貨物入出庫信息管理自動化，數(shù)據(jù)維護(hù)、查詢和庫存分析、報表打印、條碼生成、質(zhì)檢管理等功能。

1.5 消防及安全系統(tǒng)

消防系統(tǒng)主要作用于自動化立庫區(qū)貨架噴淋，其中給水、排水、消防水等均由設(shè)計(jì)院完成設(shè)計(jì)并提出施工要求，包括但不限于指定接口并確定流量等。貨架內(nèi)噴淋系統(tǒng)采用下垂型噴頭，噴頭流量系數(shù)k=115，分為5 個防火分區(qū)，場地面積約133×73=9 709 m2，分為A，B，C，D，E 5個區(qū)。安全系統(tǒng)主要用于保護(hù)操作人員人身安全。在設(shè)備正常進(jìn)行工作的時候，如果操作人員需要執(zhí)行日常操作和維護(hù)，提供必要的防護(hù)設(shè)備，確保人員接觸到危險運(yùn)動機(jī)器部件前機(jī)器已經(jīng)停止，如急停按鈕、固定防護(hù)欄或者配備雙手操作按鈕等。

1.6 自動化立庫系統(tǒng)運(yùn)行流程

自動化立庫系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖1所示，膠料入庫順序卸貨、裝框、信息綁定、膠框輸送、入庫。

圖1 自動化立庫系統(tǒng)運(yùn)行流程

根據(jù)膠料載體不同可分成2種普通原材料、烘房原材料。普通膠料來料通過叉車卸貨后，搬運(yùn)至入庫口，由叉車將貨物按要求放置在入庫口空托盤上完成對接，工人錄入信息后，開始自動入庫；根據(jù)配方信息，需要膠料通過MES 下發(fā)任務(wù)，自動出庫至二樓取貨位，相關(guān)工藝流程與配料系統(tǒng)對接；需進(jìn)烘房膠料放置到烘房專用的料框中進(jìn)行存放，完畢后通過叉車將膠料框放置到自動化立庫入庫口，由人工通過PDA掃碼將膠料與托盤碼進(jìn)行綁定。信息綁定確認(rèn)完畢后，經(jīng)過尺寸檢測與重量檢測，若膠料框滿足尺寸檢測要求并重量小于等于規(guī)定要求，則按正常流程進(jìn)入立庫相應(yīng)巷道存儲，若不符合要求則搬運(yùn)至異?？谟扇斯みM(jìn)行處理；堆垛機(jī)自動運(yùn)行到位叉取膠料，搬運(yùn)托盤送到系統(tǒng)指定的貨位存放；同時向WMS 系統(tǒng)反饋?zhàn)鳂I(yè)完成；WMS 系統(tǒng)自動修改數(shù)據(jù)庫信息，形成貨位地址、托盤號和物料數(shù)據(jù)的綁定，構(gòu)成庫存信息，入庫過程結(jié)束。

操作人員通過MES 下單出庫，MES 發(fā)出出庫指令，堆垛機(jī)至指定貨位，叉取對應(yīng)托盤放置到出庫輸送線上，然后經(jīng)RGV 輸送至對應(yīng)的出庫取貨位。叉車完成卸貨后，空載具經(jīng)出庫系統(tǒng)自動運(yùn)輸至出庫區(qū)域的入庫口，經(jīng)堆垛機(jī)搬運(yùn)至入庫區(qū)域，經(jīng)入庫系統(tǒng)自動運(yùn)輸至入庫區(qū)域的出庫口，由倉儲回收膠框，空托盤自動輸送至拆碼盤機(jī)堆疊緩存，膠框出庫流程完成。

2 自動化輸送系統(tǒng)

依據(jù)圖2工藝流程，可將自動化輸送系統(tǒng)劃分為烘房入料輸送系統(tǒng)、烘料出料輸送系統(tǒng)、空膠框回庫輸送系統(tǒng)。

圖2 自動化輸送系統(tǒng)工藝流程

（1）烘房入料輸送系統(tǒng)，根據(jù)工藝人員要料信息，MES 指揮自動化輸送系統(tǒng)調(diào)度設(shè)備將膠料從立庫中搬運(yùn)至烘房對接線體；每個立庫巷道各自對應(yīng)一個出庫、入庫線體，立庫出來的膠料需要經(jīng)過RGV 搬運(yùn)至烘房入庫線體，該對接線體左右各對應(yīng)4個烘房，共計(jì)8個；烘房進(jìn)料順序根據(jù)MES 系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)入指定烘房，待指定烘房滿料發(fā)送信號MES，關(guān)閉烘房門并開始加熱；后續(xù)MES 指定另一個烘房開始進(jìn)料，滿料之后再進(jìn)下一個烘房，MES 系統(tǒng)保留不滿料強(qiáng)制烘料按鈕。

（2）烘料出料輸送系統(tǒng)。MES 監(jiān)控烘房膠料達(dá)到配方指定溫度、時間需求，烘房出料輸送系統(tǒng)將膠料從烘房中搬運(yùn)至膠料下架口，經(jīng)過RGV 搬運(yùn)至立庫入庫接駁線體，由堆垛機(jī)提升至二樓，最后由二樓RGV 搬運(yùn)至取料位。4個烘房對接一條出料線體，8個烘房對應(yīng)兩條出庫線體。MES 監(jiān)控烘膠過程當(dāng)膠料到達(dá)配方設(shè)定溫度、時間后，MES 系統(tǒng)給出放行指令，烘房開始出料，當(dāng)一個烘箱完成出料后，另一個烘箱才可以允許出料。烘箱出口門打開，對接線體啟動運(yùn)行，將烘房內(nèi)的膠料輸送至出庫對接線體。由RGV 再次搬運(yùn)至立庫區(qū)域，堆垛機(jī)將膠料抬升至二樓膠料出庫線體出庫取料位。

（3）空膠框回庫輸送系統(tǒng)。出庫后的膠料叉車取走，生產(chǎn)使用完膠料，空膠料框由人工通過叉車從二樓入庫線體進(jìn)行入庫，堆垛機(jī)將空膠料框搬運(yùn)至立庫存儲位置進(jìn)行存儲。當(dāng)入庫端有入庫需求時，操作人員通過MES 下發(fā)任務(wù)，堆垛機(jī)將空膠料框搬運(yùn)至入庫端，由RGV 將空膠料框移至烘膠膠料入庫口，人工通過叉車將膠料框取下后進(jìn)行膠料裝框作業(yè)。

3 烘房入料流程

（1）工藝人員在MES 軟件界面選擇需進(jìn)烘房膠料，點(diǎn)擊出庫，WMS 生成烘房膠料出庫單。

（2）批量創(chuàng)建對應(yīng)出庫（入烘房）任務(wù)，自動化輸送系統(tǒng)調(diào)度設(shè)備將膠料搬運(yùn)至烘房。

（3）MES 根據(jù)配方提供溫度自動設(shè)定烘房溫度計(jì)時間實(shí)現(xiàn)膠料烘房內(nèi)自動化運(yùn)行，同時預(yù)留人工設(shè)定接口。

（4）MES 界面實(shí)時顯示烘房內(nèi)膠料信息及烘房運(yùn)行狀態(tài)。如圖3所示，烘房入料流程包含5個步驟：下單、任務(wù)下發(fā)、出料、膠料輸送、取貨。

圖3 烘房入料流程

4 烘房出料流程

（1）MES 檢測膠料已到達(dá)配方設(shè)定時加熱時長，自動下發(fā)出庫保留工況選擇對應(yīng)烘箱強(qiáng)制出庫權(quán)限（無需限制已烘時長）。

（2）MES 生成出庫任務(wù)后，向?qū)?yīng)烘箱下發(fā)出庫指令，膠料經(jīng)過自動化輸送系統(tǒng)運(yùn)送至膠料下架口。

（3）膠料到達(dá)下架口后，MES 系統(tǒng)進(jìn)行信息復(fù)核以及任務(wù)狀態(tài)更新，堆垛機(jī)將膠料搬運(yùn)至二樓出庫。

（4）工人將膠料取走，完成該出庫單據(jù)狀態(tài)。

（5）MES 系統(tǒng)記錄每天進(jìn)入烘房膠料信息并生成報表，用于對賬及盤庫。

5 節(jié)拍計(jì)算

自動立庫目前與烘房對接巷道有4 個，包含進(jìn)10 000 個庫位，烘房每日用量48×3=144 拖/天，完全可以滿足暫存要求；4個巷道堆垛機(jī)合計(jì)工作節(jié)拍為32×4=118托/h，完全滿足烘房使用要求，單臺堆垛機(jī)工作節(jié)拍為32托/h；入庫RGV 的工作節(jié)拍包含各個原料入庫量以及空托或空膠框箱出庫任務(wù)，因此計(jì)算得出RGV 工作需求節(jié)拍為42托/h，單臺RGV工作節(jié)拍為60托/h，可以滿足。

5.1 工作節(jié)拍要求

烘房對接RGV 運(yùn)行工作節(jié)拍包含待烘膠料進(jìn)入烘房、烘完膠料出庫任務(wù)，經(jīng)過計(jì)算得出烘房對接RGV 節(jié)拍為35托/h，單臺RGV 工作節(jié)拍為60托/h，可以滿足工作節(jié)拍要求；二樓出庫RGV 運(yùn)行節(jié)拍含出庫各類膠料、空膠框貨托盤回庫任務(wù)，計(jì)算得出該出庫RGV 節(jié)拍為48托/h，單臺RGV 工作節(jié)拍為60托/h，可以滿足工作節(jié)拍要求。

5.2 恒溫烘房系統(tǒng)

恒溫烘房系統(tǒng)主要為膠料進(jìn)行加熱，保證膠料進(jìn)入混煉機(jī)時硬度達(dá)到工藝要求。恒溫烘房系統(tǒng)由熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)、智能溫控系統(tǒng)組成；熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)保證了烘房溫度分布均勻，選用低噪聲風(fēng)機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)造了安靜的工作環(huán)境；蒸汽加熱系統(tǒng)是烘房供熱來源，由密封硫化尾氣、散熱片、蒸汽流量控制系統(tǒng)、底部排水系統(tǒng)組成。輸送系統(tǒng)將膠框搬運(yùn)至烘房或送出烘房，由烘房底部軌道線、電氣系統(tǒng)、電機(jī)組成，確保烘房運(yùn)行工作效率。

熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，采用熱風(fēng)循環(huán)送風(fēng)來加熱膠料，循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過專業(yè)設(shè)計(jì)由頂部風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)吹出的熱風(fēng)，帶動加熱片附近熱空氣，將熱風(fēng)往復(fù)在烘房內(nèi)循環(huán)進(jìn)行加熱工作，且將使用后的熱風(fēng)再次被加熱片加熱，可以減少熱量損失，大大提高了溫度均勻性。

智能溫控系統(tǒng)獨(dú)立控制臺采用智能程序進(jìn)行溫控，可與MES 系統(tǒng)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)多段程序控溫曲線與多個熱電偶進(jìn)行配合，保證溫度恒定以及精度靈敏可靠；同時現(xiàn)場配置控制柜即可集中控制，也可以遠(yuǎn)程MES 控制。烘房工作時，MES 全程記錄工作全過程溫度曲線，當(dāng)烘房超出設(shè)定溫度，現(xiàn)場保護(hù)裝置能發(fā)出聲光報警信號并切斷加熱蒸汽，保護(hù)設(shè)備安全。

輸送系統(tǒng)由滾筒、電機(jī)、鏈條組成，保證膠框能正常進(jìn)出烘房；滾筒外殼采用不銹鋼鋼滾筒、耐高溫的內(nèi)膽制作，電機(jī)選用全新耐高溫SEW 電機(jī)確保在100多度高溫下電機(jī)依然能正常運(yùn)行。

5.3 MES系統(tǒng)

MES 系統(tǒng)是恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)的大腦，以人工智能調(diào)度算法為核心，重點(diǎn)圍繞整個生產(chǎn)工序和生產(chǎn)過程，通過信息化、自動化、智能化的科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動化、無人化的管理，無縫融合MES-物流-倉儲-烘房的系統(tǒng)功能。

工藝人員在MES 軟件界面選擇需進(jìn)烘房膠料，自動化輸送系統(tǒng)調(diào)度設(shè)備將膠料搬運(yùn)至烘房；MES根據(jù)配方提供溫度，自動設(shè)定烘房溫度計(jì)時間，實(shí)現(xiàn)膠料烘房內(nèi)自動化運(yùn)行，同時預(yù)留人工設(shè)定接口；烘房出料時MES 檢測膠料已到達(dá)配方設(shè)定時加熱時長，自動下發(fā)出庫膠料從經(jīng)過自動化輸送系統(tǒng)運(yùn)送至膠料下架口，并且MES 具備烘箱強(qiáng)制出庫權(quán)限滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

5.4 恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）烘房箱門采用雙開式，每個烘道采用一進(jìn)一出氣動系統(tǒng)上下開門方式，確保物料先進(jìn)先出。

（2）箱門閉合松緊能調(diào)節(jié)，整體成型的高溫密封條，確保烘房的密閉性。

（3）智能溫控系統(tǒng)獨(dú)立控制臺采用智能程序進(jìn)行溫控，MES 界面實(shí)時顯示烘房內(nèi)膠料信息及烘房運(yùn)行狀態(tài)。

（4）烘房溫度和時間通過MES 直接與配方關(guān)聯(lián)自動設(shè)定，減少人工干預(yù)，體現(xiàn)智能工廠理念。

（5）烘房蒸汽采用硫化尾氣，節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)能源再利用，為公司節(jié)約成本。

（6）目前有10臺混煉機(jī)用到烘房膠料，提高混煉機(jī)效率，每臺機(jī)可以實(shí)現(xiàn)3%的能源減少，每年可節(jié)約近千萬費(fèi)用。

6 總結(jié)

恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)代化工廠實(shí)際生產(chǎn)工藝需求，結(jié)合智能化設(shè)備、MES 系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，極大提高物流自動化，減少人工作業(yè)，降低勞動強(qiáng)度；自動化立體倉庫土地利用率高、出入庫效率高、數(shù)據(jù)信息化程度高、開放性高。立體倉庫與烘房結(jié)合，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，與生產(chǎn)工藝配方無縫對接，簡化操作流程，實(shí)現(xiàn)智能化工廠生產(chǎn)。相信恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)會成為未來方向標(biāo)。