唐鋼不銹鋼熱軋板坯庫的無人天車系統應用

陳浩

（唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 唐山 063000）

1 項目概況

唐山鋼鐵集團有限責任公司（全文簡稱唐鋼）不銹鋼1580熱軋板坯庫無人天車系統（簡稱智能天車系統）是唐鋼充分解讀“工業4.0”和“中國制造2025”戰略部署后，結合冶金行業特色，進行的智能制造工程研究與應用。

唐山不銹鋼1580 mm熱軋車間板坯庫占地面積11000 m2余，用于存放連鑄車間澆筑的成品板坯以及外采板坯。熱送輥道將連鑄來料板坯運送至加熱爐，首段輥道與連鑄側輥道交接，末段輥道與入爐輥道交接。返回輥道主要是將加熱爐無法送到軋線的板坯送到庫區。庫內有一部過跨車，一個板坯修磨區、一個保溫區。垛位是庫區存放板坯的地方，每一垛包含多列，每列碼放多層板坯（最多不超過20塊）。

庫區分兩跨共4部天車，每跨兩部天車。東跨兩部天車與熱送輥道配合實現板坯的上下線作業。西跨有車輛裝卸需求。庫區內剁位板坯的調換亦由天車調運完成。

傳統的天車操作由人工完成，工作內容單調，勞動強度大，導致生產效率低下，故障率高。天車無人化系統能夠實現板坯自動查找、自動吊放、無人駕駛作業。無人天車與智能庫區管理系統結合從根本上改變了以往的作業模式，極大地提高了生產效率，有效降低故障率，對于降低成本，減少安全事故具有重要意義。

本項目采用西門子S7-300 PLC及附屬設備對天車運行進行精確控制，通過無線AP設備與L2級以及地面PLC進行通訊，實現天車自動運行（無人駕駛）。以下就天車一級基礎控制、L2級（庫區管理系統）、無線網絡通訊分別進行簡要介紹。

2 一級控制系統

天車一級基礎控制系統以S7-300 CPU為中心，與上位監控計算機組成ETHER NET網，與分布式I/O，和傳動系統構成Profibus-DP控制系統，實現整個系統的網絡化工作模式。具體組成如下：

1）電源模板PS307，為S7-300機架提供電源。

2）CPU模板CPU315-2 DP，邏輯控制中心，實現各種控制功能。

3）通訊模板CP342-5 DP，用于遠程站之間的DP網通訊。

4）通訊模板CP341，用于與編碼電纜等設備的通訊。

5）以太網通訊處理器CP343-1，用于S7-300主站到以太網的連接。

6）機架PLC_UR2，用于安裝模板。

7）功能模板SM338，用于接入天車主鉤、小車位置檢測傳感器信號。

8）模擬量輸入模板，用于連接溫度傳感器，稱重傳感器信號。

9）數字量輸入模板，用于連接操作開關和接近開關等開關量傳感器。

10）數字量輸出模板，用于繼電器、接觸器等負載，輸出接口與負載之間設置無源接點隔離[1]。

天車小車距離檢測選用了SICK公司型號為DME4000-111激光測距傳感器。天車大車距離檢測選用了編碼電纜位移傳感器。天車主鉤高度檢測選用SICK公司的絕對值編碼器。

無人天車系統能夠實現自動吊板坯、放板坯以及自動無人駕駛，完成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，還應具備安全高度控制、停止距離、速度控制等功能。

3 智能管理系統

庫區智能管理系統由天車智能調度系統（CIDS）、天車管理控制系統（CMCS）、無人天車控制系統（UCCS）、便攜式人機界面、中控室HMI、數據分析系統（PDA）等構成。

智能天車管理系統的優勢在于：

1）在系統安全方面：智能天車系統在人員安全方面：提出了天車規避行人通道以及行人通道紅綠燈控制，模擬視覺系統；在設備安全方面：天車間防撞、夾鉗的防擺控制等功能來保護天車設備。

2）在天車操作方面：智能天車系統基于無人駕駛技術建立的，吊運過程標準、規范、可重復。優于基于手動操作的定位系統。

3）在作業流程方面：智能天車系統作業是完全規范化、標準化的，可以制定從入庫到出庫的流程，理順物流（現場上線的生產計劃采用時間順序同期倒排的策略，大大降低倒卷作業）；傳統的天車系統作業是人工的，很難做到規范化，很難實現統一標準的物流流程。

4）在智能化方面：智能天車系統是集專家團隊的智慧于一身，主要體現在天車智能分配、多部天車智能協調、多任務智能排序以及庫區智能動態調整等各個方面。

4 網絡通訊

無人天車網絡系統主要有三種網絡形式構成，包括ProfiBus—DP、工業以太網及無線網。

如圖1所示，天車PLC與天車變頻器之間采用采用Profibus-DP通訊，通訊介質采用西門子DP雙絞電纜。天車PLC與L2級采用無線以太網通訊。手持終端與L2級采用無線以太網通訊。無線AP經過功率分配器通過饋線與天線連接。無人天車系統L2通過防火墻與MES采用以太網通訊，通訊介質采用普通超五類網線或光纖。天車PLC與編碼電纜通過CP341-RS485總線通訊。

圖1

5 結語

無人天車系統實現了高強度、高效率、低故障率、低錯誤率、全天候運行，節省了人工、時間以及維修成本，在一定程度上取代或延伸人的部分腦力勞動，成為了傳統鋼鐵企業的向智能化轉型升級的代表性技術。