多功能行車無人化及其數字化管理系統應用

王冉 韓棟

摘要：社會在進步，公眾的生活質量不斷提升，焙燒行車操作環境相對艱苦，隨著自動化、數字化及信息化裝置的不能升級，焙燒車間天車實現無人化勢在必行，但在行車無人化系統的運行過程中，應該整體保障它的運行穩定性，不斷優化它的運行效率，以此來更好地提高碳素車間的生產效率和安全保障。對于無人碳素行車系統來說，自動化、數字化、信息化技術的廣泛應用，著實為無人行車系統的發展完善帶來了新的契機。本文將科學全面地分析無人行車及其數字化管理系統在鋁用陽極碳素焙燒車間的應用實例。

關鍵詞：無人碳素行車系統;自動化技術;數字化管理;應用

引言

經濟在發展，社會在進步，公眾的生活質量不斷提升，生產企業高效能建設、自動化運營水平不斷提升，起重機在生產制造領域發揮的作用越來越重要，尤其是隨著工業化進程深入推進，在貨物搬運、基礎設施建設、設備吊裝等多個領域越來越依靠起重機械設備的作用。雖然我們國家和國外發達國家相比，在技術力量、人員隊伍建設等方面還存在不小的差距，但隨著科技水平不斷提升，起重機械設備應用和研究技術也將越來越向著縱深方向發展，為推動工業和經濟建設可持續健康發展奠定基礎，提供強大的有力支撐。加強新形勢下自動化技術在起重機械上的應用和發展探索，具有重要的現實意義。無人天車技術應用到車間生產中，大大提高了生產效率，節約了勞動成本，給企業帶來了長久的經濟效益，在一些高危的行業裝備無人天車系統，避免了對人體造成傷害，生產更加安全。

新疆農六師碳素有限公司行車的無人化技術的成功實現是對提高鋁用碳陽極生產效率的一種相當有效的技術，對人力成本的降低有很大幫助，可以保障生產過程的安全性。為了加快促進鋁用碳素行業安全性、經濟性穩定發展，有必要加強碳素行車無人化技術及其應用的推廣，明確無人碳素行車技術發展方向，為我國鋁用碳素焙燒天車無人化事業優化發展奠定良好基礎。

1自動化技術

自動化技術是一個復合型的技術總體，在社會實踐中扮演著非常突出的作用。自動化技術既融合了傳統的技術形態，同時也融合了先進的信息技術、控制技術、計算機技術等。比如在機械制造過程中，自動化技術在應用過程中，其控制技術發揮著關鍵性的作用，能夠實現自動化控制以及自動化運行，這在很大限度上提升了生產效率，也節省了人力資源的投入。

2自動化技術在碳素焙燒無人行車系統中的應用

2.1 PLC技術在碳素焙燒無人行車自動化控制中的應用

PLC技術是自動化技術中的一種，同時這種控制技術具有可編程的特點。因此將這種技術應用于碳素焙燒無人行車系統的運行過程中，對于提高行車系統本身的各個部分的指令控制具有更為精確的效果。而基于外部傳感器傳輸的信息數據采集、記錄、運算等方面，也能提高精度。這對于無人行車系統控制過程中的柔性操作、智能化操作等也會具有更為現實的意義。

2.2 傳感器技術在碳素焙燒無人行車系統中的應用

根據碳素行車本身的作業流程，采用合適的傳感器來收集行車各個機構的位置信號，以及行車系統所需要反饋的各種點位信號，將這些外部信號接入PLC，通過編程來實現單步的自動化控制。

3工程案例

新疆農六師碳素有限公司焙燒車間擁有包括裝爐、出爐、布料、吸料、焙燒等流程的完整碳素塊生產系統。公司通過信息化、智能化手段實現智能制造，達到安全生產管理、減員降本增效的目的。下面詳細介紹各系統的建設實施和功能原理。

3.1 行車定位系統

3.1.1 大車定位

大車定位系統采用格雷母線進行定位，實時檢測大車在整個庫區的運行位置，并將位置數據發送給PLC控制系統。大車格雷母線安裝在大車運行軌道的一側，安裝條件良好。

3.1.2 小車定位

小車定位系統采用格雷母線進行定位，實時檢測小車在整個庫區的運行位置，并將位置數據發送給PLC控制系統。小車格雷母線安裝在小車運行軌道的一側，安裝條件良好。

3.1.3 夾具升降定位

夾具升降采用安裝絕對值編碼器進行高度定位，將車上原有超速開關拆除，安裝絕對值編碼器，編碼器采用Profinet通訊，將當前夾具的實際高度發送給PLC控制系統，

PLC控制夾具升降變頻器上下運動，實現夾具在高度方向的精準定位，定位誤差小 。

3.1.4 吸布料管升降定位

在吸布料管卷筒上增設高度限制器并安裝絕對值編碼器，實線精確定位。

3.1.5 夾具開度檢測

直接在夾具低端安裝激光測距檢測夾具開度較為困難，因此采用間接測量的方式進行檢測。在原夾具升降桿的延伸處安裝激光測距，檢測夾具動作時升降桿的高度變化，再通過機械結構計算夾具開度，實現夾具開度的檢測。

3.2 行車電控系統

3.2.1 行車PLC升級方案

行車上增加一套PLC控制箱與原行車的PLC控制系統通訊，實時接收數據，傳輸指令已達到控制目的。CPU模塊采用RX3i系列的IC695CPE305，配有電源模塊，以太網通訊模塊，串口通訊模塊，以及數字量，模擬量輸入輸出模塊。機柜位置可布置在電氣間門邊墻壁上，與原行車的PLC控制系統采用Profinet通訊。

3.2.2 激光料口識別方案

本系統通過行車上安裝2套2D激光掃描儀實現行車下方焙燒料想口的識別。

行車在焙燒料箱口上方定位后，通過2D掃描儀的數據確認行車停車誤差，確保夾具升降的位置不發生碰撞。

3.2.3 與生（熟）料塊上料系統通訊

行車主控系統與生料塊系統通訊，接收存儲艙目標碳素塊的位置信息以及目標爐箱的位置信息，根據位置信息確定行車的運動軌跡。完成裝箱后，爐箱和存儲艙的碳素塊存儲狀態會反饋給上料系統，并存儲相關數據信息。然后另一臺行車會接收到布料指令，到該爐箱位置進行布料。布料完成后的狀態也會反饋給上料系統，并存儲相關數據信息。

3.3 行車調度系統

3.3.1 無人化調度功能系統架構

無人化調度系統主要包括庫存管理及行車調度兩大主體部分，對接L1設備層和L3生產管理層，實現設備離散分布，集中調度、控制、展示。

行車調度系統，根據已有計劃信息、設備狀態，進行自動搬運，完成生塊入庫、熟塊出庫、吸料、布料功能。路徑規劃，針對人機交互安全策略，保障人工作業區域內不進行自動作業。

3.3.2 大屏展示

大屏展示由視頻監控、人機交互、數字化管理系統組成，最終通過大屏顯示。

人機交互界面位于主控室，操作前需進行權限驗證，可實時監控現場庫存狀態、設備信息，并進行遠程人工干預。下圖作為示意圖，后期根據現場尺寸、設備等進行1：1還原。

可對具體設備（如行車）進行狀態查詢、遠程控制。

數字化管理系統可進行在線組態，根據需求，實現生產數據統計、設備測點信息實時監控、歷史信息查詢、數據圖標駕駛艙等。

結語

綜上，新疆農六師碳素有限公司焙燒車間多功能行車已經可以實現自動化裝爐、出爐、吸料及布料等功能，并通過客戶端軟件進行作業調度。該行車的無人化很大程度上提高了焙燒多功能天車的效率，保障了行車操作的安全性，使一人同時控制多臺行車不再是難點，大大節省了人力資源。

無人碳素行車系統已經擁有比較成熟的技術支撐，不僅可以提高焙燒車間工作效率，還可以提高鋁用陽極生產過程的安全性，減少人力成本。所以，新疆農六師碳素有限公司焙燒多功能行車的無人化技術在鋁用陽極及其他相似行業發揮的作用是非常巨大的，可以推動社會經濟的發展和進步，推動行業的發展，促進企業長久發展。

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