唐鋼高強(qiáng)汽車板成品庫無人天車自動(dòng)下線過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

河鋼集團(tuán)唐鋼信息自動(dòng)化部 么 坤

唐鋼高強(qiáng)汽車板成品庫無人天車自動(dòng)下線過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

河鋼集團(tuán)唐鋼信息自動(dòng)化部 么 坤

唐鋼高強(qiáng)汽車板成品庫無人天車自動(dòng)下線過程控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)第一套自主集成具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能包括：作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)監(jiān)控、作業(yè)確認(rèn)、信息更新、數(shù)據(jù)通信等。實(shí)現(xiàn)了庫區(qū)天車無人駕駛作業(yè),下線作業(yè)計(jì)劃和下線作業(yè)執(zhí)行過程完全自動(dòng)化。無人天車自動(dòng)下線同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了鋼卷信息及鋼卷狀態(tài)在生產(chǎn)線、庫區(qū)、MES之間共享。系統(tǒng)有效的降低了庫區(qū)工作人員的作業(yè)強(qiáng)度和作業(yè)錯(cuò)誤率。目前系統(tǒng)運(yùn)行狀況非常穩(wěn)定，無人天車下線作業(yè)完全滿足包裝生產(chǎn)的要求。

【鍵詞】無人天車；自動(dòng)下線；過程控制；作業(yè)計(jì)劃；作業(yè)監(jiān)控

0 前言

唐鋼高強(qiáng)汽車板項(xiàng)目是唐鋼為全面加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、延伸產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，提升綜合創(chuàng)效能力，加快推進(jìn)最具競(jìng)爭(zhēng)力鋼鐵企業(yè)建設(shè)而作出的重大部署。項(xiàng)目實(shí)施以來始終以智能化工廠為目標(biāo)，為理順廠區(qū)物流，無縫連接包裝生產(chǎn)線與成品庫區(qū)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息流與物流信息流高度共享，項(xiàng)目在成品庫區(qū)實(shí)施了天車無人化，并在兩條包裝生產(chǎn)線與對(duì)應(yīng)的成品跨率先實(shí)現(xiàn)了無人天車自動(dòng)下線。無人天車自動(dòng)下線過程是指天車通過無人駕駛自動(dòng)有序的將包裝生產(chǎn)線上包裝完好的成品鋼卷按照銷售訂單自動(dòng)吊到庫區(qū)指定的位置。

1 需求分析

包裝生產(chǎn)線實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)的運(yùn)輸鏈，無人天車自動(dòng)下線整個(gè)過程要求完全自動(dòng)化，無需人為干預(yù)。這一過程中主要包括無人天車包裝下線鋼卷下線作業(yè)指示形成，下線鋼卷位置預(yù)判，無人天車自動(dòng)下線作業(yè)過程監(jiān)控，包裝生產(chǎn)線狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別，下線鋼卷位置精準(zhǔn)判斷，調(diào)整天車下線作業(yè)指示，天車自動(dòng)取卷，天車吊卷完成并告知包裝生產(chǎn)線等子過程。由于作業(yè)天車是無人自動(dòng)駕駛，而下線鋼卷位置又是可變的，為了絕對(duì)安全和廠區(qū)各系統(tǒng)信息共享，整個(gè)下線過程必須與包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，交互的內(nèi)容涉及到包裝運(yùn)輸鏈的狀態(tài)、包裝運(yùn)輸鏈上鋼卷信息跟蹤、無人天車實(shí)時(shí)狀態(tài)、天車吊卷（放卷）的結(jié)果。其中天車吊卷的結(jié)果要反饋給包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)和廠區(qū)MES，天車的放卷結(jié)果只需要反饋給廠區(qū)MES，其他的交互內(nèi)容都只與包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)有關(guān)。成品庫區(qū)無人天車自動(dòng)下線整個(gè)過程控制功能如下：

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 自動(dòng)下線過程詳細(xì)設(shè)計(jì)

總體來說成品庫無人天車自動(dòng)下線過程主要經(jīng)歷包裝完成鋼卷下線任務(wù)生成和無人天車鋼卷下線任務(wù)執(zhí)行控制兩個(gè)大的過程。包裝完成鋼卷下線任務(wù)生成主要由鋼卷包裝狀態(tài)、包裝線鋼卷跟蹤信息及和天車作業(yè)計(jì)劃驅(qū)動(dòng)，下線任務(wù)執(zhí)行控制主要包含天車吊卷位置預(yù)判、天車下線作業(yè)過程監(jiān)控和包裝線狀態(tài)及跟蹤信息確認(rèn)（其中天車下線作業(yè)過程監(jiān)控包含天車執(zhí)行下線過程及階段監(jiān)控識(shí)別、下線吊卷位置自動(dòng)識(shí)別及確認(rèn)、調(diào)整天車PLC下線作業(yè)指示、吊卷確認(rèn)），相應(yīng)的無人天車自動(dòng)下線控制設(shè)計(jì)上主要由通訊模塊、天車下線作業(yè)計(jì)劃模塊、天車PLC執(zhí)行系統(tǒng)、下線吊卷位置預(yù)判模塊、包裝線狀態(tài)及跟蹤信息確認(rèn)模塊、天車執(zhí)行下線作業(yè)指示過程及階段監(jiān)控模塊、下線吊卷確認(rèn)模塊、調(diào)整下線任務(wù)模塊、確認(rèn)吊卷模塊組成，整個(gè)自動(dòng)下線過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖如圖1所示。

通訊模塊從包裝生產(chǎn)線那里接收包裝線狀態(tài)、鋼卷包裝完成信號(hào)及包裝線鋼卷位置跟蹤信息，并將這些信息傳遞給包裝線狀態(tài)及跟蹤信息確認(rèn)模塊。如果鋼卷包裝完成且即將到達(dá)天車可吊卷區(qū)域，這時(shí)候請(qǐng)求下線作業(yè)計(jì)劃模塊生成原始的下線作業(yè)指示。當(dāng)作業(yè)計(jì)劃模塊從包裝線狀態(tài)及跟蹤信息確認(rèn)模塊獲知鋼卷到達(dá)可吊卷區(qū)域時(shí)，下線鋼卷位置預(yù)判模塊啟動(dòng)，它會(huì)模擬計(jì)算下線吊卷天車從當(dāng)前位置到達(dá)包裝線吊卷區(qū)域所需時(shí)間，然后綜合包裝線運(yùn)輸鏈動(dòng)作周期頻率判斷天車到達(dá)包裝線吊卷區(qū)域時(shí)鋼卷的預(yù)期位置，從而修改原始的天車下線作業(yè)指示，并告知天車執(zhí)行下線作業(yè)指示過程及階段監(jiān)控模塊，該模塊首先會(huì)將天車下線作業(yè)指示下發(fā)給天車PLC執(zhí)行系統(tǒng)。當(dāng)PLC系統(tǒng)開始執(zhí)行上料作業(yè)任務(wù)后，天車執(zhí)行下線作業(yè)指示過程及階段監(jiān)控模塊開始監(jiān)控天車PLC執(zhí)行下線任務(wù)情況。當(dāng)天車即將進(jìn)入包裝線吊卷時(shí)，請(qǐng)求包裝線鎖定。當(dāng)包裝線鎖定后，下線吊卷確認(rèn)模塊會(huì)檢查當(dāng)前天車下線鋼卷的下線位置與當(dāng)前包裝線鋼卷位置跟蹤是否一致，如果一致確認(rèn)吊卷模塊會(huì)告訴天車PLC執(zhí)行系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行下線吊卷任務(wù)，否則調(diào)整下線任務(wù)模塊會(huì)調(diào)整該下線任務(wù)作業(yè)指示，告知PLC執(zhí)行系統(tǒng)取消當(dāng)前下線作業(yè)任務(wù)并重新觸發(fā)下線作業(yè)計(jì)劃模塊重新下發(fā)新的下線作業(yè)指示。

圖1 無人天車自動(dòng)下線過程結(jié)構(gòu)圖

2.2 具體實(shí)現(xiàn)

當(dāng)包裝完成鋼卷到達(dá)包裝線可下線位置時(shí)，無人天車自動(dòng)下線過程控制系統(tǒng)給天車PLC系統(tǒng)下發(fā)天車自動(dòng)下線作業(yè)指示，天車PLC系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)指示自動(dòng)去吊卷。當(dāng)天車到達(dá)包裝線區(qū)域時(shí)，請(qǐng)求包裝線鎖定，同時(shí)一直實(shí)時(shí)監(jiān)控包裝線狀態(tài)。如果包裝線反饋的不是鎖定狀態(tài)，這時(shí)候自動(dòng)下線過程控制系統(tǒng)不會(huì)給天車PLC系統(tǒng)發(fā)送任何操作指令，而天車PLC系統(tǒng)自己會(huì)中斷下線作業(yè)，等待無人天車自動(dòng)下線過程控制系統(tǒng)的操作指令。如果包裝線是鎖定狀態(tài)，這時(shí)候無人天車自動(dòng)下線過程控制系統(tǒng)進(jìn)一步判斷天車下線作業(yè)的吊卷位置與鋼卷當(dāng)前在包裝線跟蹤信息里的位置是否一致，如果一致則下發(fā)天車PLC系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行下線指令，如果不一致，則下發(fā)天車PLC系統(tǒng)取消當(dāng)前作業(yè)操作指令，并調(diào)整天車下線作業(yè)指示的的吊卷邏輯位置及吊卷邏輯位置物理坐標(biāo)，重新下發(fā)天車PLC系統(tǒng)新的天車下線作業(yè)指示。當(dāng)天車PLC系統(tǒng)完成下線吊卷后，無人天車自動(dòng)上料過程控制系統(tǒng)給包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)和MES發(fā)送天車下線吊卷結(jié)果，當(dāng)識(shí)別天車主鉤當(dāng)前的高度足夠安全則送包裝線解鎖請(qǐng)求。

3 結(jié)束語

無人天車自動(dòng)下線過程控制是此類技術(shù)在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用，于2015年10月應(yīng)用于河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼分公司冷軋部高強(qiáng)汽車板公司成品庫，實(shí)現(xiàn)了成品庫兩跨6部天車全自動(dòng)下線，使天車工脫離了高危高強(qiáng)度重復(fù)性勞動(dòng)，提高了天車?yán)眯?，?jiǎn)化了物流和庫房管理工藝流程，構(gòu)建了生產(chǎn)與物流間的信息橋梁，節(jié)約了大量人力物力。

么坤（1983—），河北唐山人，大學(xué)本科，現(xiàn)就職于河鋼集團(tuán)唐鋼公司信息自動(dòng)化部，主要從事信息自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)、優(yōu)化及開發(fā)工作。