自動化關(guān)鍵設(shè)備之EMS小車介紹

沈愛華

(安徽佳通乘用子午線輪胎有限公司，安徽 合肥 230601)

EMS輸送系統(tǒng)主要應(yīng)用于車間內(nèi)部或車間與車間之間輸送各種設(shè)備或零部件，實現(xiàn)在生產(chǎn)線上對各工位之間被輸送工件的一系列類似焊接、拼裝和底盤合裝等工藝處理。具有能夠組成空間輸送工藝線路，容易按生產(chǎn)工藝要求布置單環(huán)形、多環(huán)形或往復(fù)線路，可組裝成幾百米甚至幾公里的線路，實現(xiàn)高度自動化，同時還能夠在空間軌道上積放儲存，形成臨時空間倉庫，機(jī)動靈活等特點。

1 EMS小車簡介

EMS (Electric monorail systems)電氣單軌系統(tǒng)，指裝有車輪的電動載物車在懸掛的單根軌道上運行，進(jìn)行取貨送貨的動作的系統(tǒng)。為了區(qū)別于郵政EMS(Express Mail Service)和能源管理系統(tǒng)EMS(Energy Management System ),常簡稱為EMS小車，如圖1、圖2所示。

我國的機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會稱EMS (Electric mono rail systems)為單軌小車懸掛輸送機(jī)，并制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《JB/T 7018—2008 單軌小車懸掛輸送機(jī) 安全規(guī)程》、《JB/T 7336—2008 單軌小車懸掛輸送機(jī) 技術(shù)條件》；

1.2 國際標(biāo)準(zhǔn)

《ISO9851連續(xù)搬運設(shè)備 單軌小車懸掛輸送機(jī)定義及安全規(guī)程》

1.3 EMS小車技術(shù)應(yīng)用情況

目前EMS小車這種技術(shù)已經(jīng)在在輪胎，藥品食品、飲品飲料、煙草等行業(yè)成熟應(yīng)用，如圖3，圖4所示。

2.1 EMS小車在輪胎工廠應(yīng)用

（1）密煉工序如圖5：小粉料和膠料從空中輸送至密煉機(jī)臺。

（2）預(yù)備工序如圖6：半部件從暫存區(qū)域輸送至成型機(jī)供料位置。

（3）成型工序如圖7：成型完成的生胎，放置在暫存工位上。EMS小車沿軌道運動到暫存工位上方，取生胎進(jìn)行輸送，一般進(jìn)入噴粉機(jī)進(jìn)行噴粉作業(yè)，也可根據(jù)工藝不同入庫暫存。

（4）硫化工序如圖8：EMS小車從空中把生胎放置在硫化機(jī)前的存胎器中，供硫化機(jī)硫化使用。

2.2 EMS小車類型劃分

輪胎工廠使用的EMS小車一般按吊具類型劃分成以下幾種類型，見圖9所示。

2.2.1 移動式載貨框型

移動式載貨框型EMS小車，采用升降帶、升降電機(jī)、卷筒等裝置驅(qū)動可移動的載貨框進(jìn)行貨物的取放如圖10，圖11。取放貨位置需要配合特定的輸送線體，在輪胎工廠中一般用于硫化工序，向硫化機(jī)運送生胎時使用。

2.2.2 固定式載貨框型

固定式載貨框型EMS小車，小車自身沒有升降裝置，采用固定式載貨框和提升機(jī)配合進(jìn)行貨物的取放如圖12，圖13。取放貨位置需要配合特定的提升機(jī)，在輪胎工廠中一般用于成型工序。

2.2.3 升降式抓手型

升降抓手型EMS小車如圖14，采用升降帶、升降電機(jī)、卷筒等裝置驅(qū)動可升降的抓手進(jìn)行貨物的取放。在輪胎工廠中一般用于硫化工序，向硫化機(jī)運送生胎時使用，也有少數(shù)在成型機(jī)取生胎時使用。

小結(jié):EMS的使用可以大量節(jié)約地面空間，但是實施成本相對較高。

（1）移動式載貨框型：高速運行時，生胎可能產(chǎn)生位移，一般放胎時需要重新定中。

（2）固定式載貨框：只能在成型工段使用，需要提升機(jī)配合使用。如果對效率和信息化要求不是非?？量蹋惺綉覓戽湷杀緝?yōu)勢明顯。

（3）升降式抓手型：可以做到最高的運行效率，成本相對較高。

3 EMS小車關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

因不同設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)計方案不同，各家EMS小車設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也略有不同，但基本機(jī)構(gòu)相似，如圖15所示。

上位控制系統(tǒng)的指令傳到EMS小車的地面控制柜；地面控制柜的控制器（一般是PLC）進(jìn)行處理，再由地面控制柜的無線網(wǎng)絡(luò)模塊將經(jīng)過處理的指令傳輸?shù)截浕\控制柜中，最后EMS小車執(zhí)行相應(yīng)指令。

3.2 主要部件

載物車、軌道、支撐結(jié)構(gòu)，如圖16所示。

3.2.1 載物車

包含：貨籠框架1，水平運動驅(qū)動電機(jī)2，垂直運動驅(qū)動電機(jī)3，生胎抓手4，保險艙口5，附帶控制柜6，如圖17所示。

3.2.2 行走控制單元

SICK的OLM條碼定位系統(tǒng)，采用攝像識別條形碼圖像再轉(zhuǎn)化成位置信息的方式，可以實現(xiàn)幾乎不限距離的定位，定位精度較高。但是在溫度高、灰塵大的硫化車間，紙質(zhì)條碼容易受損，造成故障。所以硫化車間EMS小車建議采用金屬編碼尺的P+F WCS系統(tǒng)。如圖18、圖19所示，其他車間兩者均可。

① 光電原理（紅外線對射）；② 編碼尺0.1~327 m；③精度±0.4 mm；④最大移動速度12.5 m/s

① 攝像識別條碼；② 條碼長度0~10 000 m；③重復(fù)精度0.15 mm；④最大移動速度10 m/s，如圖20所示。

3.2.3 升降裝置

移動式載貨框型、升降抓手型EMS小車均有升降裝置如圖21，基本相同。

采用電機(jī)同軸聯(lián)接升降卷筒的方式保證四條卷繞帶運動同步，以達(dá)到良好的同步效果。

3.2.4 行走控制

（1）每臺EMS小車有傳感器檢測前方是否有障礙，有障礙則減速直至停止，如圖22所示。

（2）每臺EMS小車的位置、速度信息傳遞到地面控制單元。地面控制單元經(jīng)過計算確定每臺小車位置，如有碰撞風(fēng)險，則下達(dá)指令減速或停止避讓。對系統(tǒng)實時性要求較高，如圖23所示。

（3）如圖24所示，在彎道區(qū)域不能檢測前方小車時，本車接受速度、位置信息，若在前方轉(zhuǎn)彎區(qū)域有EMS小車時，后續(xù)小車會原地待命以防相互沖撞；在直線區(qū)域前方裝載點上另有小車作業(yè)時，本車接受前車的速度、位置信息，后續(xù)小車會接近至安全距離位置。

3.2.5 安全防護(hù)

如圖25所示，從安全角度考慮，EMS小車行駛路徑的下方若有人員通過或工作，應(yīng)布置防墜網(wǎng)。如因廠房承重能力、凈空空間高度、支柱布置等原因無法設(shè)置防墜網(wǎng)需要有其他防護(hù)措施保證人員安全。

如圖26所示，EMS小車卸貨區(qū)域動作頻繁，建議設(shè)置防護(hù)欄，避免人員誤入。

如圖27所示，部分升級抓手型EMS設(shè)置有保險艙口，抓手上有輪胎時，艙口關(guān)閉，防止輪胎意外墜落。升降抓手作業(yè)時，艙口開啟，不影響正常升降動作。

3.2.6 維修保養(yǎng)

如圖28所示，在行走區(qū)域的某一段，軌道采用可以整體移動的設(shè)計，下指令讓需要維修的EMS小車停在該區(qū)域。然后讓軌道連同EMS小車整體移動至平行的維修區(qū)域，將EMS小車移動到合適的維修位置。行走區(qū)域的軌道可以移動回去，快速復(fù)原，減少對整個系統(tǒng)運行的影響時間。同樣的，修復(fù)好的EMS小車也可以迅速返回系統(tǒng)工作。

4 輪胎行業(yè)主要EMS廠家及產(chǎn)品

輪胎行業(yè)主要EMS廠家及產(chǎn)品見表1。

表1 輪胎行業(yè)主要EMS廠家及產(chǎn)品

4.1 CIMCORP公司

EMS小車是cimcorp除了龍門機(jī)器人以外的另一核心產(chǎn)品，各項技術(shù)參數(shù)在輪胎物流自動化行業(yè)處于世界領(lǐng)先地位。行走及升降速度，為行業(yè)內(nèi)最高值。如圖29所示。

主要業(yè)績：

佳通輪胎：美國工廠硫化每條地溝使用一個環(huán)線配合7輛EMS小車進(jìn)行硫化機(jī)的供料。

森麒麟輪胎：泰國、青島工廠的半鋼成型、硫化工段均采用EMS小車。

4.2 SMC

SMC是韓國著名的自動化解決方案供應(yīng)商，目前和薩馳合作，積極拓展中國市場如圖30。

主要業(yè)績：

為印度CEAT輪胎工廠提供28臺EMS小車。

為印度MRF輪胎工廠提供14臺EMS小車。

為玲瓏輪胎招遠(yuǎn)工廠提供39臺EMS小車。

4.3 SFA

SFA前身是三星物流研究所，1998年成立公司后，經(jīng)過20多年發(fā)展，現(xiàn)已成為韓國規(guī)模最大的物流自動化設(shè)備制造公司，2017年自動化行業(yè)實現(xiàn)年營收13.2億美元。如圖30所示。

主要業(yè)績：

為錦湖輪胎美國喬治亞工廠、中國南京工廠成型及硫化車間提供EMS。

為廣西玲瓏輪胎半鋼成型車間（24 750條/天）提供3套EMS環(huán)線，26臺小車；硫化車間（22 000條/天）6套EMS環(huán)線，42臺小車。

4.4 韓國現(xiàn)代自動化公司

韓國現(xiàn)代自動化公司2007年起與無錫惠元機(jī)械合作在中國輪胎行業(yè)進(jìn)行工廠自動化的設(shè)計、制作、安裝及調(diào)試等。在雙方經(jīng)過長期合作及磨合，于2014年簽署了長期戰(zhàn)略合作及其公司在物流自動化核心設(shè)備的經(jīng)銷權(quán)，如圖31所示。

主要業(yè)績：

韓泰（重慶）工廠一期年產(chǎn)600萬條，每條溝（單面排列13臺）26臺硫化機(jī)，4條地溝。每條溝的EMS小車數(shù)量為10+1（備用）；

賽輪（黃島）工廠一期年產(chǎn)1 000萬條，每條溝（單面排列13臺）26臺硫化機(jī)，6+半條地溝（有一條溝是9臺硫化機(jī)）。每條溝的EMS小車數(shù)量為8+1（備用）；

4.5 藍(lán)英自動化裝備有限公司

藍(lán)英自動化裝備有限公司，承接了佳通安徽工廠生胎立庫&自動轉(zhuǎn)運項目，在生胎轉(zhuǎn)運部分，采用直線型EMS，如圖32所示。

4.6 青島軟控

青島軟控是國內(nèi)著名的橡膠機(jī)械的生產(chǎn)商，也為輪胎工廠的物流自動化提供解決方案。

在萬力輪胎有重載、低速EMS小車的實施經(jīng)驗如圖33。輪胎行業(yè)高速EMS小車實驗中。

5 總結(jié)

（1）全鋼車間，輪胎較重，EMS小車在空中輸送，安全措施要求高。

（2）半鋼成型車間，EMS小車需要占用大量的現(xiàn)場空間且成本高，優(yōu)勢不如托式懸掛鏈。半鋼硫化車間，要求送胎效率高，環(huán)線EMS小車是建議首選方案。

（3）輪胎行業(yè)EMS以Cimcorp技術(shù)實力最強(qiáng)，實施案例多。韓國企業(yè)SMC、SFA、現(xiàn)代等廠家均有成功的實施經(jīng)驗。國內(nèi)企業(yè)尚未有硫化環(huán)線EMS實施成功的案例，目前不具備相應(yīng)的技術(shù)實力。

（4）EMS小車是一種在特定水平單軌上運行的空中懸掛輸送系統(tǒng)，可搭載多套獨立的EMS自行小車。采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)需要設(shè)計成多種布置形式；PLC控制、滑觸供電、變頻調(diào)速或伺服控制、多種導(dǎo)航方式（二維碼或WCS編碼尺）等，具有自動分岔及合流、自動輸送、空中貯存、精確定位，故障自診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。