板坯庫的天車無人化智能系統

董一鳴

摘 要：唐鋼自動化公司研發的天車無人化智能系統，運用板坯下線入庫模型、板坯上線入加熱爐模型和倒垛模型驅動板坯庫入口、出口和庫區的各類作業，進行科學規范化管理。該系統的實施，可以實現天車無人值守、連鑄板坯自動下線入庫、裝鋼計劃在線管理、外采板坯車輛管理、板坯修復修磨管理、板坯庫可視化管理等多項功能，提高連鑄板坯直供效率，減少庫存倒垛頻率、大幅減輕職工勞動強度，改善職工工作環境，提高天車作業的安全性、準確性及人工勞效。

關鍵詞：板坯庫；天車無人化；庫區管理

中圖分類號：TF758 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0035-02

唐鋼不銹鋼公司熱軋板坯庫目前由加熱爐車間負責管理，主要業務涵蓋：熱軋板坯連鑄下線接收確認、入庫、移庫、盤庫、外購坯入庫、外購坯車輛管理、問題板坯修磨修復（機修和手工修）、出庫、板坯入爐、返回輥道、熱送輥道跟蹤等業務。連鑄板坯溫度一般在600℃左右，嚴重影響職工現場作業；板坯庫現場作業環境惡略，制約板坯庫作業效率。

綜合考慮上述板坯庫實際情況，為滿足唐鋼整體智能制造需求，打造智能化工廠，提升不銹鋼公司熱軋板坯庫管理水平，提高職工工作安全指數和改善工作環境，對唐鋼不銹鋼熱軋板坯庫天車進行無人化改造，配套新增天車調度和庫區管理功能，即板坯庫的天車無人化智能系統。

1 總體思路

為了更好地實現板坯庫生產物流管理的目標，作為熱軋工序和連鑄工序的聯系紐帶，板坯庫天車無人化智能系統應運而生。該系統以減少天車庫內倒跺次數、減少數據差錯，提高作業響應速度為實現目標，保證庫內板坯各項物流作業及時順暢地完成。智能天車調度系統作為無人天車的中樞神經系統，其主要功能有板坯入庫、板坯入庫優化決策、板坯出庫、板坯出庫優化決策、板坯倒跺、板坯采購入廠、修磨、回退等生產作業的控制與管理，針對庫內板坯物流作業設備（包括天車、運輸輥道、過跨車、運輸小車、板坯運輸車輛等）進行指揮與協調，進行板坯庫動態物流跟蹤，實現各作業設備最大工作效率。由于煉鋼-連鑄-熱軋是一種高水平的生產聯接流程，要求系統具備熱裝熱送及庫內冷坯上線的功能，因此保證前后各工序間生產物流的暢通是板坯庫智能調度系統要解決的主要問題。同時系統還是生產制造執行系統（MES）與生產控制系統的聯接紐帶，它負責將庫內板坯實績提供給MES系統，以形成最終裝鋼計劃來組織生產，從而保證熱軋軋制生產節奏的高效、有序。依據模型（板坯下線入庫模型、板坯上線入加熱爐模型和倒垛模型）的計算結果，驅動板坯庫相關業務開展，實現庫區科學規劃和物流智能管理。

板坯庫無人天車及庫區管理系統，分為計劃層、任務層以及執行層。

（1）計劃層通過分析相應倉庫的作業類型及物料作用，有計劃的制定物料的倉儲位置以及分配最優天車進行作業，并進行庫區所有板坯自動定位及板坯信息跟蹤。

（2）任務層依據作業計劃，對板坯邏輯地址向物理地址轉換，將天車復雜的動作分解成容易執行的單個動作，并具體解決多部天車的避讓、防撞控制。

（3）執行層具體執行天車的單個動作，通過天車主鉤微擺動控制、加減速控制等控制實現大車、小車位置精確控制；夾具高度控制，實現無人駕駛。實現板坯在熱送輥道的自動定位，長度測量、板坯跟蹤、配合天車實現板坯的自動上下線功能。如圖1所示。

2 天車無人化功能

天車無人化系統能夠實現板坯自動查找、自動吊放、實現無人駕駛作業。要實現這些功能必須對天車及其附屬設備進行精確的控制。在天車運行時，對天車橫向位置、縱向位置、垂直方向位置進行協調控制。具體功能如下：

2.1 天車自動定位控制功能

天車CMCS系統把天車的目標及障礙物位置等信息發送至一級，天車PLC接移動指令后，根據目標位置、實際位置及障礙物位置計算出天車行走的最優路徑及速度，然后控制天車精確的達到目標位置。

2.2 夾鉗擺動控制功能

天車在運行時，如果夾鉗下部擺動幅度較大，將影響天車吊取和碼放，降低生產效率，嚴重時會造成夾鉗與鋼卷之間的磕碰，出現板坯質量問題，所以必須控制天車在橫向與縱向移動時夾鉗下部的擺動幅度。通過擺角檢測儀檢測出大車及小車移動時的擺角，天車PLC根據擺角大小及擺動方向計算出補償速度，然后疊加到大車及小車的控制速度上，以此防止天車夾鉗的擺動。

2.3 安全高度控制功能

當天車主鉤往上提升或下降時，天車PLC會實時比較程序設定的上下極限值與編碼器反饋高度值，當編碼器反饋的主鉤高度值達到上下極限值時，主鉤會立即停止動作。若此時編碼器反饋值有誤，主鉤繼續往上提升觸碰重錘緊急開關，則立即切斷主鉤電源，停止主鉤的上升動作，防止主鉤繼續往上提升撞到提升卷筒。

2.4 天車防撞控制功能

該功能主要通過精確計算兩部天車之間的距離，若兩部天車距離達到防撞距離設定值后，兩部天車自動停止行走，防止兩部天車發生碰撞。

2.5 雙主鉤同步控制功能

板坯庫天車為雙主鉤同步動作，通過同步速度設定疊加位置偏差補償，從而實現雙主鉤同步動作，防止天車夾鉗傾斜。

3 庫區物流管理功能

3.1 “重去重回”物流管理

當天車執行在重載或完成狀態時，天車物流管理功能自動從工單請求序列管理中尋找適合該天車的下一個工單，主要依據是位置驅動，即下線時使用目標位調度天車；上線時使用源位置調度天車。同時調度系統還考慮下一單的源位置距離本天車最近的原則，實現“重去重回”的物流理念。

3.2 板坯下線入庫模型

入庫模型，是天車無人化系統的核心算法，能夠快速幫助下線和外購板坯運算出合理的庫存垛位。系統以實際業務為出發點，依據信息流驅動，綜合考慮下線坯的表面質量、客戶訂單、鋼種、厚度、寬度、長度等信息，結合入庫模型算法，合理指派下線垛位。

3.3 裝鋼計劃在線管理

為了保證裝爐上料及時性，上料作業的優先級要高于入庫下線作業，在連鑄允許緩沖時間內優先完成板坯上料出庫作業。在上料節奏比較緊張的情況下，需要協調多部天車同時作業。合理分配天車作業，協調指揮每臺天車（包括同一跨內的天車和不同跨內的天車）有序作業，保證庫內物流和設備能高效有序地運轉，降低天車的作業負荷，提高上料速度。

智能天車調度信息接收MES系統的軋制計劃和調度裝鋼計劃，結合連鑄板坯供料情況和庫存板坯碼放位置，利用板坯上線入加熱爐模型合理計算上料順序、選取倒垛頻率最少的板坯、制定出天車運行最優路徑和放吊輥道，自動生成工單。

4 社會效益

唐鋼公司是國內首家推出、使用天車無人值守系統的企業。無人天車及智能調度系統由公司自動化信息公司精心研發，是擁有自主知識產權的新技術，可以實現自動尋料、吊運、規放等多項功能。該技術在唐鋼高強汽車板產線首先實施，打破了國外技術壟斷。此次在不銹鋼板坯庫的創新應用，是我國制造業運用國內技術實現板坯庫無人天車的先例。該系統是實現不銹鋼公司智能制造的堅定基石，在智能制造行業具有廣泛的應用推廣價值。隨著產業投入加大、技術突破與規模積累，在可以預見的未來，我國天車制造行業運行需求市場將不斷擴大，未來幾年內該技術發展趨勢蒸蒸日上，具有良好的市場推廣前景。