唐鋼高強汽車板成品庫無人天車自動下線過程控制系統設計與應用

河鋼集團唐鋼信息自動化部 么 坤

唐鋼高強汽車板成品庫無人天車自動下線過程控制系統設計與應用

河鋼集團唐鋼信息自動化部 么 坤

唐鋼高強汽車板成品庫無人天車自動下線過程控制系統是國內第一套自主集成具有完全自主知識產權的系統。系統主要功能包括：作業計劃、作業監控、作業確認、信息更新、數據通信等。實現了庫區天車無人駕駛作業,下線作業計劃和下線作業執行過程完全自動化。無人天車自動下線同時也實現了鋼卷信息及鋼卷狀態在生產線、庫區、MES之間共享。系統有效的降低了庫區工作人員的作業強度和作業錯誤率。目前系統運行狀況非常穩定，無人天車下線作業完全滿足包裝生產的要求。

【鍵詞】無人天車；自動下線；過程控制；作業計劃；作業監控

0 前言

唐鋼高強汽車板項目是唐鋼為全面加快產品結構調整、延伸產業價值鏈，提升綜合創效能力，加快推進最具競爭力鋼鐵企業建設而作出的重大部署。項目實施以來始終以智能化工廠為目標，為理順廠區物流，無縫連接包裝生產線與成品庫區，實現生產信息流與物流信息流高度共享，項目在成品庫區實施了天車無人化，并在兩條包裝生產線與對應的成品跨率先實現了無人天車自動下線。無人天車自動下線過程是指天車通過無人駕駛自動有序的將包裝生產線上包裝完好的成品鋼卷按照銷售訂單自動吊到庫區指定的位置。

1 需求分析

包裝生產線實際上是一個動態的運輸鏈，無人天車自動下線整個過程要求完全自動化，無需人為干預。這一過程中主要包括無人天車包裝下線鋼卷下線作業指示形成，下線鋼卷位置預判，無人天車自動下線作業過程監控，包裝生產線狀態自動識別，下線鋼卷位置精準判斷，調整天車下線作業指示，天車自動取卷，天車吊卷完成并告知包裝生產線等子過程。由于作業天車是無人自動駕駛，而下線鋼卷位置又是可變的，為了絕對安全和廠區各系統信息共享，整個下線過程必須與包裝生產線控制系統進行交互，交互的內容涉及到包裝運輸鏈的狀態、包裝運輸鏈上鋼卷信息跟蹤、無人天車實時狀態、天車吊卷（放卷）的結果。其中天車吊卷的結果要反饋給包裝生產線控制系統和廠區MES，天車的放卷結果只需要反饋給廠區MES，其他的交互內容都只與包裝生產線控制系統有關。成品庫區無人天車自動下線整個過程控制功能如下：

2 詳細設計及實現

2.1 自動下線過程詳細設計

總體來說成品庫無人天車自動下線過程主要經歷包裝完成鋼卷下線任務生成和無人天車鋼卷下線任務執行控制兩個大的過程。包裝完成鋼卷下線任務生成主要由鋼卷包裝狀態、包裝線鋼卷跟蹤信息及和天車作業計劃驅動，下線任務執行控制主要包含天車吊卷位置預判、天車下線作業過程監控和包裝線狀態及跟蹤信息確認（其中天車下線作業過程監控包含天車執行下線過程及階段監控識別、下線吊卷位置自動識別及確認、調整天車PLC下線作業指示、吊卷確認），相應的無人天車自動下線控制設計上主要由通訊模塊、天車下線作業計劃模塊、天車PLC執行系統、下線吊卷位置預判模塊、包裝線狀態及跟蹤信息確認模塊、天車執行下線作業指示過程及階段監控模塊、下線吊卷確認模塊、調整下線任務模塊、確認吊卷模塊組成，整個自動下線過程系統結構關系圖如圖1所示。

通訊模塊從包裝生產線那里接收包裝線狀態、鋼卷包裝完成信號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及跟蹤信息確認模塊。如果鋼卷包裝完成且即將到達天車可吊卷區域，這時候請求下線作業計劃模塊生成原始的下線作業指示。當作業計劃模塊從包裝線狀態及跟蹤信息確認模塊獲知鋼卷到達可吊卷區域時，下線鋼卷位置預判模塊啟動，它會模擬計算下線吊卷天車從當前位置到達包裝線吊卷區域所需時間，然后綜合包裝線運輸鏈動作周期頻率判斷天車到達包裝線吊卷區域時鋼卷的預期位置，從而修改原始的天車下線作業指示，并告知天車執行下線作業指示過程及階段監控模塊，該模塊首先會將天車下線作業指示下發給天車PLC執行系統。當PLC系統開始執行上料作業任務后，天車執行下線作業指示過程及階段監控模塊開始監控天車PLC執行下線任務情況。當天車即將進入包裝線吊卷時，請求包裝線鎖定。當包裝線鎖定后，下線吊卷確認模塊會檢查當前天車下線鋼卷的下線位置與當前包裝線鋼卷位置跟蹤是否一致，如果一致確認吊卷模塊會告訴天車PLC執行系統繼續執行下線吊卷任務，否則調整下線任務模塊會調整該下線任務作業指示，告知PLC執行系統取消當前下線作業任務并重新觸發下線作業計劃模塊重新下發新的下線作業指示。

圖1 無人天車自動下線過程結構圖

2.2 具體實現

當包裝完成鋼卷到達包裝線可下線位置時，無人天車自動下線過程控制系統給天車PLC系統下發天車自動下線作業指示，天車PLC系統根據作業指示自動去吊卷。當天車到達包裝線區域時，請求包裝線鎖定，同時一直實時監控包裝線狀態。如果包裝線反饋的不是鎖定狀態，這時候自動下線過程控制系統不會給天車PLC系統發送任何操作指令，而天車PLC系統自己會中斷下線作業，等待無人天車自動下線過程控制系統的操作指令。如果包裝線是鎖定狀態，這時候無人天車自動下線過程控制系統進一步判斷天車下線作業的吊卷位置與鋼卷當前在包裝線跟蹤信息里的位置是否一致，如果一致則下發天車PLC系統繼續執行下線指令，如果不一致，則下發天車PLC系統取消當前作業操作指令，并調整天車下線作業指示的的吊卷邏輯位置及吊卷邏輯位置物理坐標，重新下發天車PLC系統新的天車下線作業指示。當天車PLC系統完成下線吊卷后，無人天車自動上料過程控制系統給包裝生產線控制系統和MES發送天車下線吊卷結果，當識別天車主鉤當前的高度足夠安全則送包裝線解鎖請求。

3 結束語

無人天車自動下線過程控制是此類技術在國內的首次應用，于2015年10月應用于河北鋼鐵集團唐鋼分公司冷軋部高強汽車板公司成品庫，實現了成品庫兩跨6部天車全自動下線，使天車工脫離了高危高強度重復性勞動，提高了天車利用效率，簡化了物流和庫房管理工藝流程，構建了生產與物流間的信息橋梁，節約了大量人力物力。

么坤（1983—），河北唐山人，大學本科，現就職于河鋼集團唐鋼公司信息自動化部，主要從事信息自動化系統維護、優化及開發工作。