唐鋼不銹鋼熱軋板坯庫(kù)的無人天車系統(tǒng)應(yīng)用

陳浩

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

1 項(xiàng)目概況

唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司（全文簡(jiǎn)稱唐鋼）不銹鋼1580熱軋板坯庫(kù)無人天車系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱智能天車系統(tǒng)）是唐鋼充分解讀“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略部署后，結(jié)合冶金行業(yè)特色，進(jìn)行的智能制造工程研究與應(yīng)用。

唐山不銹鋼1580 mm熱軋車間板坯庫(kù)占地面積11000 m2余，用于存放連鑄車間澆筑的成品板坯以及外采板坯。熱送輥道將連鑄來料板坯運(yùn)送至加熱爐，首段輥道與連鑄側(cè)輥道交接，末段輥道與入爐輥道交接。返回輥道主要是將加熱爐無法送到軋線的板坯送到庫(kù)區(qū)。庫(kù)內(nèi)有一部過跨車，一個(gè)板坯修磨區(qū)、一個(gè)保溫區(qū)。垛位是庫(kù)區(qū)存放板坯的地方，每一垛包含多列，每列碼放多層板坯（最多不超過20塊）。

庫(kù)區(qū)分兩跨共4部天車，每跨兩部天車。東跨兩部天車與熱送輥道配合實(shí)現(xiàn)板坯的上下線作業(yè)。西跨有車輛裝卸需求。庫(kù)區(qū)內(nèi)剁位板坯的調(diào)換亦由天車調(diào)運(yùn)完成。

傳統(tǒng)的天車操作由人工完成，工作內(nèi)容單調(diào)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，故障率高。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、無人駕駛作業(yè)。無人天車與智能庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)結(jié)合從根本上改變了以往的作業(yè)模式，極大地提高了生產(chǎn)效率，有效降低故障率，對(duì)于降低成本，減少安全事故具有重要意義。

本項(xiàng)目采用西門子S7-300 PLC及附屬設(shè)備對(duì)天車運(yùn)行進(jìn)行精確控制，通過無線AP設(shè)備與L2級(jí)以及地面PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)天車自動(dòng)運(yùn)行（無人駕駛）。以下就天車一級(jí)基礎(chǔ)控制、L2級(jí)（庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)）、無線網(wǎng)絡(luò)通訊分別進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2 一級(jí)控制系統(tǒng)

天車一級(jí)基礎(chǔ)控制系統(tǒng)以S7-300 CPU為中心，與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成ETHER NET網(wǎng)，與分布式I/O，和傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成Profibus-DP控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化工作模式。具體組成如下：

1）電源模板PS307，為S7-300機(jī)架提供電源。

2）CPU模板CPU315-2 DP，邏輯控制中心，實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

3）通訊模板CP342-5 DP，用于遠(yuǎn)程站之間的DP網(wǎng)通訊。

4）通訊模板CP341，用于與編碼電纜等設(shè)備的通訊。

5）以太網(wǎng)通訊處理器CP343-1，用于S7-300主站到以太網(wǎng)的連接。

6）機(jī)架PLC_UR2，用于安裝模板。

7）功能模板SM338，用于接入天車主鉤、小車位置檢測(cè)傳感器信號(hào)。

8）模擬量輸入模板，用于連接溫度傳感器，稱重傳感器信號(hào)。

9）數(shù)字量輸入模板，用于連接操作開關(guān)和接近開關(guān)等開關(guān)量傳感器。

10）數(shù)字量輸出模板，用于繼電器、接觸器等負(fù)載，輸出接口與負(fù)載之間設(shè)置無源接點(diǎn)隔離[1]。

天車小車距離檢測(cè)選用了SICK公司型號(hào)為DME4000-111激光測(cè)距傳感器。天車大車距離檢測(cè)選用了編碼電纜位移傳感器。天車主鉤高度檢測(cè)選用SICK公司的絕對(duì)值編碼器。

無人天車系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)吊板坯、放板坯以及自動(dòng)無人駕駛，完成這些功能必須對(duì)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(duì)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，還應(yīng)具備安全高度控制、停止距離、速度控制等功能。

3 智能管理系統(tǒng)

庫(kù)區(qū)智能管理系統(tǒng)由天車智能調(diào)度系統(tǒng)（CIDS）、天車管理控制系統(tǒng)（CMCS）、無人天車控制系統(tǒng)（UCCS）、便攜式人機(jī)界面、中控室HMI、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)（PDA）等構(gòu)成。

智能天車管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：

1）在系統(tǒng)安全方面：智能天車系統(tǒng)在人員安全方面：提出了天車規(guī)避行人通道以及行人通道紅綠燈控制，模擬視覺系統(tǒng)；在設(shè)備安全方面：天車間防撞、夾鉗的防擺控制等功能來保護(hù)天車設(shè)備。

2）在天車操作方面：智能天車系統(tǒng)基于無人駕駛技術(shù)建立的，吊運(yùn)過程標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、可重復(fù)。優(yōu)于基于手動(dòng)操作的定位系統(tǒng)。

3）在作業(yè)流程方面：智能天車系統(tǒng)作業(yè)是完全規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的，可以制定從入庫(kù)到出庫(kù)的流程，理順物流（現(xiàn)場(chǎng)上線的生產(chǎn)計(jì)劃采用時(shí)間順序同期倒排的策略，大大降低倒卷作業(yè)）；傳統(tǒng)的天車系統(tǒng)作業(yè)是人工的，很難做到規(guī)范化，很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的物流流程。

4）在智能化方面：智能天車系統(tǒng)是集專家團(tuán)隊(duì)的智慧于一身，主要體現(xiàn)在天車智能分配、多部天車智能協(xié)調(diào)、多任務(wù)智能排序以及庫(kù)區(qū)智能動(dòng)態(tài)調(diào)整等各個(gè)方面。

4 網(wǎng)絡(luò)通訊

無人天車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要有三種網(wǎng)絡(luò)形式構(gòu)成，包括ProfiBus—DP、工業(yè)以太網(wǎng)及無線網(wǎng)。

如圖1所示，天車PLC與天車變頻器之間采用采用Profibus-DP通訊，通訊介質(zhì)采用西門子DP雙絞電纜。天車PLC與L2級(jí)采用無線以太網(wǎng)通訊。手持終端與L2級(jí)采用無線以太網(wǎng)通訊。無線AP經(jīng)過功率分配器通過饋線與天線連接。無人天車系統(tǒng)L2通過防火墻與MES采用以太網(wǎng)通訊，通訊介質(zhì)采用普通超五類網(wǎng)線或光纖。天車PLC與編碼電纜通過CP341-RS485總線通訊。

圖1

5 結(jié)語

無人天車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度、高效率、低故障率、低錯(cuò)誤率、全天候運(yùn)行，節(jié)省了人工、時(shí)間以及維修成本，在一定程度上取代或延伸人的部分腦力勞動(dòng)，成為了傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)的向智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的代表性技術(shù)。