焊軌基地長軌存軌場貨位管理自動化的研究

朱林榮 中國鐵路上海局集團有限公司上海工務大修段

1 前言

為滿足《中長期鐵路網規劃》建設及鐵路運行需要；2008年來在全路先后新建或改造16個鋼軌焊接基地，各焊軌基地以“工藝裝備一流、工作環境一流、員工素質一流、企業管理一流、產品質量一流”為己任，為中國高速鐵路提供了優質的產品。中國高鐵“走出去”的國家戰略，為高鐵長鋼軌焊接提供了機遇。實現“高鐵長軌，中國制造”，對焊軌基地的運用、管理提出了新要求。而實現對軌料管理是基地管理不可或缺的組成部分，存軌場貨位管理自動化是實現基地軌料進出全過程閉環管理的基礎，也是基地“五個一流”建設和“走出去”戰略的需要。

2 基地長軌存軌場貨位管理現狀及不足

2.1 長鋼軌存軌場的貨位管理現狀

長鋼軌存軌場分為時效場和成品場，管理方式基本相同，入庫時，由500 m組合吊機崗位員工依據焊接或精整線生產計劃按長軌類別和存軌場貨位存軌狀態，確定入庫鋼軌存放位置，核對鋼軌打標機打印在軌腰上的軌條標記，再將長軌條從輥道線吊至存軌場對應貨位，用粘貼紙在軌端給予標識。出庫時，該崗位員工根據生產計劃或裝車配置表在時效場或成品場查找核對軌條標記，實施出庫作業。

2.2 基地存軌場貨位管理的不足

2008年以來，隨著中國鐵路的高速發展，焊軌基地承擔的鋼軌焊接任務大量增加，焊接鋼軌的軌種多，鋼軌生產廠商多，建設用軌項目多，用戶多且鋼軌軌源均為甲供，鋼軌資產不屬于基地，基地無權處置，導致存軌場存放鋼軌繁雜，人工管理的缺陷不斷顯現；時常出現存軌場入庫軌跺混放、堆場超存、底層鋼軌存放超時，存軌方案不合理，出庫時出錯概率高；作業效率低；一旦出錯被發現，導致返工；如果出錯未被發現，或將危及列車運行安全。

3 存軌場貨位管理自動化研究的意義

經過焊軌基地幾年的運作，基地“五個一流”建設不斷推進；鐵路體制改革的不斷深化，管理精細化管理要求不斷提高；軌料管理涉及基地精細管理的程度。對基地“五個一流”建設和“走出去”戰略具有現實意義。

存軌場管理自動化可以提升基地鋼軌吊裝設備的技術等級；將基地綜合監控系統的功能向工業4.0發展的起步；實現最大化利用基地軌場。存軌場貨位自動化是采用技術手段簡化管理上的難題；是基地軌料管理的突破；是基地存軌場貨位管理的創新。最終提高基地勞動生產率。同時，通過基地軌料進出全過程閉環管理，為實現鋼軌全壽命管理做好鋪墊。

4 長軌存軌場貨位管理自動化研究的總體思路

根據運基線路【2009】601號《焊接長鋼軌吊運存放規定（暫行）》提出了500 m長鋼軌最基本的吊運存放要求，以及先入先出，便于作業，存量最大的原則。通過對基地鋼軌吊裝設備的技術改造，利用成熟的PLC控制技術，根據基地對長軌條堆放精度要求，簡化格雷母線定位技術及WCS絕對位置編碼尺定位技術，依據光柵原理制作光電定位尺，采用雙光電開關讀取橫梁定位尺脈沖的方式實現精度定位。對既有焊軌基地綜合監控系統的功能完善；實現存軌場鋼軌吊裝作業內容自動識別，包括入庫、出庫、整理、傷軌處理等；貨位識別，包括垛、層、位；同時系統依據當前存軌場鋼軌存放情況，提供入庫、出庫鋼軌存放（裝車）策略。達到減少鋼軌吊裝的重復作業和杜絕出錯；降低吊裝作業的安全風險的目的。

5 長軌存軌場場貨位管理自動化的研究

5.1 長軌存放場貨位管理自動化的技術原理

利用變頻調速技術，根據起始位置與目標位置距離的長度設置不同的吊機走行速度，實現提高生產效率和定位精度。

平面上的長軌條位置管理：群吊同步后就只要考慮其中一個吊點的位置，其他吊點隨該吊點變化而變化。把平面上的長軌條存放位置信息存放于PLC的EEPROM中，具有斷電保存功能。為貨位管理在平面上的長軌條位置管理提供了條件。通過OPC技術與成品場群吊控制系統的主站PLC通訊技術，實現平面上的長軌條位置管理

立面上的長軌條位置管理：本次群吊作業時，系統查詢在該位置以前是否已經存放軌條、已經存放幾根，如果以前未存放則本次作業為最下面一層，如果已經存放一根，則本次作業為第二層，以此類推。實現立面上的長軌條位置管理。

軌條信息的獲取：焊軌基地綜合監管系統已經在每根長軌條焊接第一個接頭時對該長軌條定義了接頭號和軌條號并將該組編號輸送給鋼軌打標機在鋼軌的規定位置上打印。也就是說在到達存軌場的長軌條是有軌條號的，且該軌條號時唯一的。通過軌條號可以關聯該長軌條的所有相關信息。在長軌條入庫時，系統查詢綜合監控系統獲取此軌條信息，實現貨位管理中的軌條信息管理。

綜合監控系統通過OPCserver與PLC建立連接，實時獲取PLC數據，即群吊動作，系統根據群吊的起始和結束位置計算出動作（入庫、出庫、返軌、貨位整理）和長鋼軌在場內的橫向及縱向位置，從而做出相應的反應，如：自動填寫入庫單、出庫單、裝車單，同時立體顯示（根據不同鋼軌母材信息、長鋼軌狀態等條件以不同顏色顯示）。

5.2 長軌存放場貨位管理自動化功能（以成品場為例）

5.2.1 成品裝車出庫

后臺終端輸入本次出庫裝車長軌條信息時，系統查詢、篩選出庫清單中各鋼軌條信息，符合條件入選本次裝車出庫軌條，最后在崗位終端計算機上標識本次裝車軌條信息。實施吊裝出庫時，如吊點起始位置不是本次裝車軌條貨位，系統將提示出錯。本次裝車結束則生成出庫鋼軌條合格證。

5.2.2 成品入庫

系統依據上道工序軌條信息自動獲取入庫軌條號，并根據吊點位置確認入庫軌條來自生產1#線或2#線；根據選定的目標位置及之前該目標位堆放軌條的根數自動確定堆放層數。吊裝完成，該軌條信息自動載入該管理貨位。

5.2.3 傷軌處理

吊鉤到達當前位置抓鉤抓實鋼軌條時查詢當前軌條入庫狀態（合格品或傷軌），如是合格品即提示“該長軌條為合格品”。否則，進入對應冷線處理，并將該軌條號提供給對應冷線使用。當確認完成后將該傷軌軌條號移出對應貨位。

5.2.4 貨位整理

對成品場長軌條實施整理時，將吊點當前位置軌條號轉移至目標位置。當前位置是長軌車吊點位置時，提示調用長軌車出庫信息，調用后將長軌車作為一個特別貨位處理，找回出庫軌條號返庫。

5.3 成品場貨位管理自動化的實驗

5.3.1實驗環境及條件

試驗工作以3臺吊機組合吊模擬500 m長軌組合吊；每臺吊機橫梁上安裝一個長度為6 m的橫梁定位尺，定位尺開口中心間距165 mm，開口寬度一個U型雙光電開關寬度，U型雙光電開關安裝在葫蘆上隨小車移動，通過PLC讀取光電開關脈沖，確定小車位置，見圖1。

圖1 定位尺與U型雙光電開關位置示意圖

以一條輥道線模擬#1冷線輥道（#0位）；以#5位至#14位為長軌貨位；#23及以后為長軌車裝車位。40 m左右長的鋼軌模擬500 m長軌。

軟件環境以win7為操作平臺，三菱OPCserver為中間件，在焊軌基地綜合監控系統V2.0版本上實施；試驗所需的信息及生成的信息皆為模擬信息，包括模擬從質檢工位獲取軌條信息（如：軌條號sH20161121151016、500 m、4焊縫、焊縫編號 071R16112101，071R16112102，071R16112103，071R16112104、攀鋼、U75V、60 kg/m、160 km/h、熱軋）；長軌車鋼軌返庫處理類似貨位整理狀態等。

5.3.2 實驗測試結果

（1）長軌組合吊設備（見表1）

表1 長軌組合吊設備

（2）管理功能（見表 2）

5.3.3 實驗結論

成品場貨位管理自動化實驗結果表明，具備鋼軌入庫、出庫、傷軌標識、貨位整理等功能，實現存軌場鋼軌實時動態管理；采用雙光電開關讀取橫梁定位尺脈沖方式的定位精度和組合吊的同步性能達到要求，與格雷母線定位或WCS絕對位置編碼尺定位比較投入更經濟，結構更簡單，可大大降低維修技術要求和成本；與既有焊軌基地綜合監控系統融合運用，通過OPC技術與存軌場群吊系統PLC控制中心通訊，實時更新存軌場鋼軌動態存放信息，實現存軌場長軌自動吊裝和貨位管理自動化的要求。

表2 管理功能

6 長軌存軌場貨位管理自動化的優化及拓展

通過對焊軌基地長軌存軌場貨位管理自動化的研究和成品場貨位管理自動化的實驗，下一步在基地長軌成品存軌場貨位管理自動化的實施過程中，進一步優化長軌組合裝吊設備與綜合監控系統的通訊模式，提高設備運行可靠性；優化管理功能，實現系統提供鋼軌存放（裝車）策略，增加統計匯總、報表打印等功能。進而拓展至時效場、待焊軌場。

最后，進一步研究百米軌存軌場的貨位管理自動化，實現基地存軌場貨位管理自動化。以及流水線作業過程中鋸切長度及鋼軌損耗的管理，達到基地軌料進出全過程閉環管理的目的。