德馬格自動(dòng)行車在造紙廠倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用

孫 楓

（1．上海交通大學(xué)，上海，200030；2．德馬格起重機(jī)械（上海）有限公司，上海，201415）

·自動(dòng)行車·

德馬格自動(dòng)行車在造紙廠倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用

孫 楓1，2

（1．上海交通大學(xué)，上海，200030；2．德馬格起重機(jī)械（上海）有限公司，上海，201415）

德馬格自動(dòng)行車集機(jī)械部件、電氣控制和倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)為一體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紙卷的自動(dòng)存取以及紙卷信息的自動(dòng)管理。德馬格自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)在造紙廠的物流環(huán)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用。

德馬格自動(dòng)行車；自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)；造紙廠

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，人力成本不斷提高，造紙廠倉(cāng)庫(kù)由人工倉(cāng)儲(chǔ)逐漸發(fā)展到自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)。在20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)的若干年內(nèi)，自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)得到了國(guó)際上相關(guān)研究設(shè)計(jì)人員的廣泛關(guān)注，成為未來(lái)造紙廠倉(cāng)庫(kù)發(fā)展的主要方向，而德馬格自動(dòng)行車在全世界造紙廠倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。要實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，企業(yè)就必須加大創(chuàng)新投入，提高技術(shù)裝備和管理水平，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，逐步形成企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)能力［1］。從1999年至今，德馬格的中間倉(cāng)庫(kù)以及發(fā)貨倉(cāng)庫(kù)逐漸分布在全國(guó)各大造紙廠（如玖龍紙業(yè)、理文紙業(yè)、晨鳴紙業(yè)、吉安紙業(yè)、太陽(yáng)紙業(yè)、金東紙業(yè)等）。與人工倉(cāng)庫(kù)相比，德馬格自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)（見圖1）布局合理，能滿足存儲(chǔ)需求、操作人員使用方便和采用倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的多方面要求。人工倉(cāng)庫(kù)中的紙卷堆放為人工操作，占地面積大，土地使用率不高，土地使用支出巨大；傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)的紙卷入庫(kù)、出庫(kù)、均采用人工搬運(yùn)，用工多，效率低，倉(cāng)庫(kù)紙卷堆放，提取時(shí)損耗較大［2］。如年產(chǎn)65萬(wàn)t某造紙廠，倉(cāng)庫(kù)需滿足存儲(chǔ)3周的產(chǎn)能，該倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)量為4．4萬(wàn)t。如果使用德馬格自動(dòng)行車，該倉(cāng)庫(kù)只需要38 m寬，216 m長(zhǎng)，大約為8200 m2。如果換成手動(dòng)倉(cāng)庫(kù)，面積將達(dá)到44000 m2。

本文簡(jiǎn)單介紹德馬格自動(dòng)行車的機(jī)械部件、電氣控制和倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，以供相關(guān)企業(yè)參考。

圖1 造紙廠自動(dòng)發(fā)貨倉(cāng)庫(kù)

1 機(jī)械部件

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

德馬格ZKKW雙梁橋式（卷?yè)P(yáng)小車）起重機(jī)結(jié)構(gòu)按照DIN15018標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，63 t以下按照H2B4等級(jí)設(shè)計(jì)（根據(jù)要求可提供其他設(shè)計(jì)）。起重機(jī)適用于室內(nèi)使用。起重機(jī)的主梁以及端梁均為箱型梁結(jié)構(gòu)并由高強(qiáng)度螺栓連接，連接表面經(jīng)過(guò)機(jī)械加工。所有結(jié)構(gòu)件以及部件的生產(chǎn)均遵循ISO9001標(biāo)準(zhǔn)。主梁設(shè)計(jì)獨(dú)特先進(jìn)，行車自重輕，對(duì)行車軌道、承軌梁、立柱等強(qiáng)度要求比國(guó)內(nèi)產(chǎn)品低的多，可以節(jié)省大量基建成本。因?yàn)樾熊囎灾剌p，從而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求的功率也低，可以節(jié)省大量的運(yùn)行成本。

KTL﹣E系列起重機(jī)端梁根據(jù)DIN15018標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。端梁為箱型梁結(jié)構(gòu)并針對(duì)起重機(jī)安裝進(jìn)行優(yōu)化。端梁與起重機(jī)主梁的連接表面經(jīng)高精度機(jī)械加工。該系列的端梁采用整體輪箱（稱為corner bearing）直徑250～630 mm。由于采用特殊的支承面設(shè)計(jì)，該種輪箱可以非?？焖俜奖愕貜亩肆褐型顺鲆赃M(jìn)行更換，而無(wú)需特殊的根據(jù)。車輪材料為GGG70球墨鑄鐵。該種材料由于有良好的吸振性能因此大大改善運(yùn)行的噪音，同時(shí)也減少了對(duì)軌道的磨損。

MPW系列卷?yè)P(yáng)小車提供多種額定載荷、起升高度及工作等級(jí)，由一系列模塊化的部件構(gòu)成，這些部件均根據(jù)FEM1．001標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。機(jī)械夾具可一次夾起多個(gè)紙卷，6個(gè)夾具臂的伸縮通過(guò)液壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

德馬格ZMS和FGB過(guò)載保護(hù)器提供起升機(jī)構(gòu)的過(guò)載保護(hù)，同時(shí)FWL載荷記錄儀記錄工作狀況。

1.2 傳動(dòng)部件

起重機(jī)采用ZBA﹣ADK三合一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻系統(tǒng)提供平滑的加速特性以及多種運(yùn)行速度。

起升電機(jī)為德馬格特種起重機(jī)專用的鼠籠電機(jī)，根據(jù)要求可以采用制動(dòng)電機(jī)或獨(dú)立的外置制動(dòng)器提供制動(dòng)。

2 電氣控制

2.1 電控技術(shù)

電控系統(tǒng)根據(jù)VDE標(biāo)準(zhǔn)以及UW安全規(guī)范設(shè)計(jì)。電氣部件安裝在電控箱內(nèi)，安放在大梁一側(cè)的走道上。起重機(jī)所有的動(dòng)作都可以通過(guò)主接觸器由急停開關(guān)切斷。

自動(dòng)行車系統(tǒng)采用兩級(jí)控制，上層采用西門子S7﹣300系列的可編程序控制器，通過(guò)以太網(wǎng)與管理計(jì)算機(jī)連接，下層采用西門子ET 200S分布式IO系統(tǒng)。西門子S7﹣300是模塊化的PLC系統(tǒng)，一般應(yīng)用于用戶性能要求中等的場(chǎng)合，而且具有很高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便于用戶進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模大且比較復(fù)雜時(shí)，可以增加模塊，將各個(gè)單獨(dú)的模塊進(jìn)行廣泛的組合對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。

西門子PLC硬件組態(tài)見圖2。其組成單元主要包括以下幾部分：①中央處理單元，不同類型的CPU具有不同的功能，可以滿足用戶的不同需要，如在CPU中集成了輸入輸出點(diǎn)、Profibus DP、Profinet通信接口等。②信號(hào)模塊，該模塊主要應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的輸入輸出。③ABB變頻器。④HBC遙控器，用于手動(dòng)操作以及維修保養(yǎng)。⑤絕對(duì)位置編碼器，用于起重機(jī)定位。⑥PN/PN Coupler，兩個(gè)CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

通過(guò)ACS800變頻器提供4檔速度控制。所有的動(dòng)作均提供限位保護(hù)。大、小車的運(yùn)動(dòng)有兩段式限位開關(guān)提供行程終端保護(hù)。

2.2 定位技術(shù)

小車定位采用SICK DME5000激光測(cè)距儀，該測(cè)距儀具有微秒級(jí)的測(cè)量時(shí)間，高測(cè)量精度和重復(fù)精度，非常適合于自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中高速移動(dòng)與傳輸設(shè)備的精確定位。

大車軌道如果在150 m以內(nèi)，也采用SICK DME5000激光測(cè)距儀。如果大車軌道大于150 m，將采用勞易測(cè)BPS條碼定位，BPS系統(tǒng)使用照相排字技術(shù)，按一定的間隔，在非常堅(jiān)固和高彈性的自粘膠帶上打印出獨(dú)特的防紫外線條碼。條碼帶長(zhǎng)度可達(dá)10000 m，可以非常簡(jiǎn)單地粘貼在傳輸路徑上，并且水平曲線和垂直曲線很好地保持一致。如果條碼帶受損，可從因特網(wǎng)上下載適當(dāng)?shù)呐R時(shí)條碼打印替換，將特殊標(biāo)簽集成到條碼帶，條碼閱讀器還可以控制具體的功能，比如速度變化或傳輸帶變軌應(yīng)用等。

圖2 西門子PLC硬件組態(tài)

將條碼貼在軌道兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)行車主側(cè)和從側(cè)的精確控制。BPS系統(tǒng)自帶profibus DP接口，可以很方便地接入自動(dòng)行車的控制系統(tǒng)。

起升采用的是絕對(duì)位置編碼器以及繞繩編碼器，兩種編碼器數(shù)值都可以用來(lái)顯示起升高度。同時(shí)兩者在PLC內(nèi)進(jìn)行比較，如果超過(guò)一定數(shù)值，行車就會(huì)報(bào)錯(cuò)，確保自動(dòng)行車的安全運(yùn)行。

夾具上配有can﹣bus激光測(cè)距，用以檢測(cè)紙卷在夾具中的高度以及紙卷塔位的高度。

2.3 自動(dòng)行車與地面站之間的通信

自動(dòng)行車與地面站之間的通信通過(guò)西門R﹣COAX無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)，見圖3。地面站的主要功能是和傳送帶之間的信號(hào)交換，門禁系統(tǒng)的信號(hào)輸入，以及一些自動(dòng)行車的操作等。

3 倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS）部分

倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、主處理程序、web操作界面組成。

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)可以根據(jù)客戶需要使用IBM DB2或者ora﹣cle，數(shù)據(jù)庫(kù)記錄紙卷的具體信息，紙卷在倉(cāng)庫(kù)中的具體位置，倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)和傳送帶通信的報(bào)文，系統(tǒng)日志等信息。

3.2 主處理程序

主處理程序可以決定紙卷在倉(cāng)庫(kù)中的具體位置；可以和行車進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制行車進(jìn)行紙卷的出入庫(kù)；可以和傳送帶進(jìn)行通信，接收來(lái)自傳送帶紙卷的信息，將紙卷的目的地發(fā)送給傳送帶；可以和用戶ERP進(jìn)行整合，將倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)信息發(fā)送給ERP，見圖4。

3.3 WEB操作界面

操作界面通過(guò)網(wǎng)頁(yè)形式打開。任何一臺(tái)裝有瀏覽器的普通電腦，都可以通過(guò)連接倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)服務(wù)器的IP地址進(jìn)行訪問(wèn)并操作。WEB操作界面可以顯示紙卷信息，行車狀態(tài)，可以對(duì)行車進(jìn)行手動(dòng)操作，見圖5。

圖5 倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)操作界面

4 結(jié) 論

我國(guó)從造紙大國(guó)向強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型時(shí)期，很有可能也是企業(yè)十分艱難的時(shí)期。從小到大的時(shí)期，一般來(lái)講是市場(chǎng)增長(zhǎng)較快，產(chǎn)量增長(zhǎng)滯后，因此產(chǎn)品的利潤(rùn)率較高；進(jìn)入轉(zhuǎn)型期之后，供應(yīng)數(shù)量的增長(zhǎng)一般會(huì)快于市場(chǎng)消費(fèi)量，因此市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，特別是價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)比較激烈，產(chǎn)品的利潤(rùn)會(huì)較低。德馬格自動(dòng)行車控制技術(shù)先進(jìn)，高效、人性化的管理倉(cāng)庫(kù)，從而保證了造紙廠的生產(chǎn)和銷售，同時(shí)也為造紙廠節(jié)約成本做出了貢獻(xiàn)。

［1］CAO Zhen﹣lei．Current Situation of Chinese Paper Industry and Thought［J］．China Pulp&Paper，2009，28（10）：63．曹振雷．我國(guó)造紙工業(yè)的現(xiàn)狀與思考［J］．中國(guó)造紙，2009，28（10）：63．

［2］XIONG Xiao﹣lei，ZHAO Jiong，ZHOUQi﹣cai．The realization of warehouse management and control system in AS/RS［J］．Manufacturing Automation，2002，24（4）：16．熊肖磊，趙 炯，周奇才．自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理與控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］．制造業(yè)自動(dòng)化，2002，24（4）：16． CPP

（責(zé)任編輯：馬 忻）

App lication of Demag Automatic Crane in Paper M ill Storage

SUN Feng1，2
（1.Shanghai Jiaotong Univetsity，Shanghai，200030；2.Demag Ctanes&Components（Shanghai）Co.，Ltd.，Shanghai，201415）（E﹣mail：sfmgmgmg@hotmail．com）

Demag automatic crane integratesmechanical parts，electrical control and warehousemanagement system，it can store and retrieve the paper roll automatically；it can alsomanage the roll information together with host system．Demag automatic storage now is playing key role in papermills．

demag automatic cranes；automatic storage；papermill

孫 楓先生，在職碩士研究生；現(xiàn)從事德馬格自動(dòng)行車倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)工作。

TS734+．8

A

0254﹣508X（2015）09﹣0047﹣03

2015﹣04﹣07（修改稿）