無人天車與熱軋運輸鏈交互系統研究

摘? 要：為提升庫區管理和熱軋運輸鏈運行效率，同時降低人員成本，本文通過對已有運輸鏈運行模式進行深入研究和剖析，結合無人天車智能化庫區管理經驗和運行模式，從鋼卷智能分跨、實現托盤自動回收、自動下線三方面進行技術突破，設計全新的交互系統，以期達到降本提效目的，通過與已有系統對比，獲得了該交互系統投入使用后對實際生產的幫助。

關鍵詞：無人天車;運輸鏈;交互;托盤回收;下線

中圖分類號：TP391? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2021）01-0000-00

隨著智能制造技術的高速發展，“黑燈工廠”概念被廣泛應用，同時天車無人化在各領域得到了實施，尤其是在鋼廠的熱軋、冷軋等產線，無人天車已成為行業標配。目前，唐鋼新區的熱軋成品庫共6個跨12部天車全部進行無人化改造，在保證人員及設備安全的前提下，為讓天車更好的服務于產線、減少現場作業人員數量、提高產線下線效率，必須對無人天車與熱軋運輸鏈的交互系統進行深入研究。

1 總體思路

該產線的成品卷下線采用運輸鏈方式，鋼卷先由產線出口進入運輸鏈主鏈，在進入主鏈前由物流管理人員指定每個鋼卷去向，進入各個跨的支鏈后，由于鋼卷檢測設備無問題，因此產線在每一個跨設置一名操作人員用于觀察鋼卷下線情況，當鋼卷起吊后，現場人員告知產線出口支鏈托盤小車可放行回收。天車無人化改造后，利用天車智能庫管理系統打通庫管系統與運輸鏈系統的壁壘，將智能庫管系統的管理方案直接貫徹到運輸鏈，從源頭處對鋼卷進行智能化分配，這樣不僅降低了人員成本，而且提高了運輸鏈運行效率和庫區管理系統的管理效率。此外，利用天車鋼卷宏跟蹤功能，將天車在支鏈的具體起吊情況告知運輸鏈，供運輸鏈自動回收托盤小車。

2 網絡及接口設計

無人天車要實現對運輸鏈的干預和輔助，必須獲取運輸鏈主鏈及支鏈的鋼卷跟蹤及其相關的設備運行狀態，在充分獲悉這些相關信息的前提下，才能有效對運輸鏈的運行進行干預。無人天車的系統運行核心在天車服務器，運輸鏈的控制核心在運輸鏈的主PLC，要保證雙方的通訊安全、穩定、高效運行，必須設計一套穩定的網絡系統。

設備相關信息數據的數據量較小，但對實時性和穩定性要求較高，因此該類信息運輸鏈PLC通過一級網絡直接與天車地面PLC進行傳輸，天車服務器利用內部網絡在天車地面PLC中讀取運輸鏈設備信息。天車對運輸鏈干預的相關指令信息再通過天車地面PLC傳輸到運輸鏈。

由于PLC傳輸大量數據不方便，而服務器對于傳輸大量數據較為便捷，因此將鋼卷跟蹤這種數據量大的接口通過二級服務器進行傳輸，運輸鏈二級服務器讀取主鏈及支鏈的鋼卷跟蹤數據，并將其按固定格式進行整合，并利用SOCKET接口方式發送到天車服務器。

具體網絡設計如圖1所示。

3 鋼卷智能分跨

鋼卷的入庫分跨管理是庫管系統的重要組成部分，但這部分功能在運輸鏈系統之中，庫管人員必須指派人員到產線出口對該功能進行管理，當鋼卷下線入運輸主鏈前，該人員必須完成對鋼卷入跨的分配。該人員要熟悉當前庫區庫存、天車使用狀況、發貨車輛情況等諸多信息才能對鋼卷進行合理分配，否則不合理的分配策略將會對產線效率、發貨效率產生較大影響。這種管理方式不僅造成了管理功能混亂，而且容易造成生產效率不高等問題。

無人天車配套有相關的智能化庫管系統，系統能整合相關影響數據實現對鋼卷分跨的智能分配，通過接口將分配策略直接發送到運輸鏈系統，完成對鋼卷入庫的智能分配，對分跨影響較大的主要有以下幾點：（1）各跨支鏈鋼卷數量及支鏈設備狀態;（2）各跨待發車輛數量;（3）各跨天車在線數量;（4）各跨庫存情況。

當鋼卷下線時，庫管系統能及時獲取鋼卷產出的PDO信息，信息中包括鋼卷的卷號、重量、外徑、厚度、交貨單號等信息，系統根據交貨單號檢索該交貨單在各跨的庫存情況，在綜合其它影響因素，保證在不影響下線效率和發貨效率的前提下，對交貨單平均分配，使得后期發貨時能均勻分配車輛，提高發貨效率。

系統配備鋼卷分配的可視化界面，庫管人員可在可視化界面中詳細查看當前鋼卷的分配情況，當發現不合理情況或緊急情況時，操作人員可在界面上進行手動干預，其中以操作人員手動為最高權限。

4 自動回收托盤

托盤小車將鋼卷由主鏈運到各跨支鏈后，天車將鋼卷吊運入庫。柑橘現場高溫信號，采用高溫接近開關檢測托盤小車有無鋼卷，該類熱檢信號無法保證百分之百的準確性，導致現場必須有人員確認，運輸鏈方可回收無卷托盤，這不僅要求運輸鏈配備大量人員，而且不能保證運行效率。

無人天車能自動跟蹤天車作業信息，作業信息包括天車作業的位置、鋼卷、時間等信息，對于運輸鏈作業，天車在自動運轉時能百分之百對其進行識別和跟蹤，在天車手動作業時，只要天車位置、重量信號不缺失，也能百分之百對該作業進行跟蹤。

僅對運輸鏈的相關起吊跟蹤識別，其準確率仍無法滿足現場安全需求，必須考慮其它現場設備運行狀況，系統要實時監測當前跨所有天車的運行是否會對運輸鏈支鏈的運動產生干擾，如仍有天車在運輸鏈區域作業或運輸鏈支鏈發生運動，天車要延緩或停止對運輸鏈發送鋼卷起吊完成信號，以確保設備和人員安全。在準確率和安全性都保證的前提下，無人天車系統通過接口完成起吊位置對應托盤小車的跟蹤，從而實現運輸鏈自動回收托盤功能。

5 自動下線

鋼卷智能分跨和自動回收托盤小車的實現能大大緩解現場人員配置，提高生產效率，但要實現“黑燈工廠”，必須完成鋼卷的自動下線功能。當前對步進梁的自動下線功能已相當成熟，步進梁為整體控制，控制邏輯簡單，精確度高，而運輸鏈由獨立托盤小車組成，控制邏輯較為復雜，之前的控制方式無法滿足需求，必須重新設計新的控制方式。

托盤小車運輸鋼卷到達支鏈后，一般默認運輸到支鏈的最后一個位置，在未到達目標位之前，前方產生空余位置時，托盤小車隨時可以移動，因此要實現自動下線需充分考慮設備安全。無人天車系統通過地面PLC實時獲取支鏈設備信號，當系統產生下線工單時，系統會根據支鏈跟蹤和設備情況實時檢測下線鋼卷的最佳起吊位置，并將該位置發送到運輸鏈系統，運輸鏈系統結合實時狀態更新下線鋼卷的目標位。之后天車和運輸鏈分別控制天車和托盤小車前往預定目標位，在雙方均到達目標位后，無人天車系統再次檢測雙方設備情況，在安全無誤的情況下發送雙方設備互鎖指令，進行吊卷作業，若中途發生故障或意外情況，無人天車系統會立即暫停，并告知運輸鏈系統。正常完成吊卷作業后，天車系統會取消互鎖指令，結束自動下線作業。

該環節在系統中配備簡潔但功能齊全的操作界面，以便操作人員在發生意外的情況下完成對系統的干預。

6 總結

該交互系統目前已上線，經過長時間運行證實該系統能很好地服務于庫區管理和運輸鏈系統，減少了人員配置，提高了天車及運輸鏈的運行效率。鋼卷智能分跨和自動回收托盤確保了運輸鏈鋼卷跟蹤的準確性和實時性，為自動下線的隨時投入提供了保障，自動下線的成功運轉又保證了自動回收托盤功能的準確率，幾個功能互相依賴又互相支撐，提高了系統的穩定性。

收稿日期：2020-09-10

作者簡介：盧武陽（1991—），男，河南信陽人，本科，工程師，研究方向：智能制造。

Research on Interaction System Between Unmanned Crane and hot Rolling Transportation Chain

LU Wuyang

（Tangshan Iron and Steel Company Limited，Tangshan Hebei? 063000）

Abstract：In order to improve the management of the reservoir area and the operation efficiency of the hot-rolled transportation chain， while reducing personnel costs， this paper conducts in-depth research and analysis of the existing transportation chain operation mode， and combines the management experience and operation mode of the unmanned crane intelligent storage area. We made technological breakthroughs in the three aspects of intelligent steel coil spanning， automatic pallet recycling， and automatic offline. We designed a brand-new interactive system to achieve the purpose of reducing costs and improving efficiency. By comparing with the existing system， we obtained that the interactive system was put into use. Help for actual production.

Key words： unmanned crane， transportation chain， interaction， pallet recovery， offline