馬鋼硫銨包裝存儲區(qū)全自動智能化的實現(xiàn)

曹 磊(馬鋼股份煤焦化公司 安徽馬鞍山 243000))

1 背景介紹

硫銨是一種無機物，無色結(jié)晶或白色顆粒，無氣味，易溶于水，硫銨主要用作肥料，適用于各種土壤和作物。還可用于紡織、皮革、醫(yī)藥等方面。

馬鋼煤焦化公司煤氣凈化二分廠原有硫銨2條產(chǎn)線，日產(chǎn)硫銨約90噸；每天24小時三個班次產(chǎn)出硫銨(間歇生產(chǎn))，峰值產(chǎn)量最高達(dá)到200包/小時/產(chǎn)線,。硫銨包裝區(qū)有兩個獨立料倉，每個料倉對應(yīng)一套稱重設(shè)備。硫銨倉庫為一層平面，最高存儲200噸硫銨。

現(xiàn)有設(shè)備不能實現(xiàn)自動化，全部依靠人工實現(xiàn)裝包、倒運、存儲。存儲區(qū)僅能滿足2天的存儲量，若遇到疫情等不可抗的風(fēng)險發(fā)生，庫區(qū)將出現(xiàn)脹庫。包裝區(qū)每班8人，四個班次共需32人次，且重復(fù)勞動、環(huán)境臟、風(fēng)險大，屬于3D崗位，不符合寶武對于現(xiàn)場少人化、智能化的要求，因此硫銨包裝倉庫急需進行全自動化流程改造。

2 建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)全自動包裝碼垛生產(chǎn)線，實現(xiàn)硫酸銨成品的自動包裝、碼垛、轉(zhuǎn)運、存儲。

(1)設(shè)備合理、倉庫倉儲量不低于400噸，較之前增加一倍存儲量。

(2)包裝、碼垛、倉儲、轉(zhuǎn)運、出庫無需人工參與，能做到稱重復(fù)檢、自動噴碼等需求，實現(xiàn)真正的無人化生產(chǎn)線。

3 流程自動化方案分析與探討

3.1 硫銨包裝機自動化改造

3.1.1 無人化智能倉儲流程確定

硫銨在斗槽中自動稱量到50 kg后 ，設(shè)備自動供袋、套袋、縫帶，并通過輸送機送至機械手單元進行碼垛。托盤自動到位，40袋一托盤，通過RGV小車轉(zhuǎn)運至庫區(qū)，再由推垛機送至各個貨位，全程處于無人化的自動操作。

3.1.2 硫銨包裝機自動化改造

原有包裝機需要現(xiàn)場工人進行人工套袋、縫帶，再通過小車推轉(zhuǎn)運走，光這兩項工作就需要四個人進行操作，兩條線同時生產(chǎn)就需要16人，大大耗費人力，節(jié)省人力就需要對下料、送袋、夾帶、縫帶等工序進行全流程的自動化改造。我們將硫銨斗槽保留，斗槽下部的電子稱量及包裝部分全部進行拆除改造，采用自動稱量、下料，自動給袋、套袋、縫袋模式。

(1)控制硫銨自動包裝控制系統(tǒng)，我們依托采用西門子S7-1200系列PLC作為主控，全流程的數(shù)據(jù)采集及動作執(zhí)行命令均在PLC中進行收集和發(fā)出，配有的觸摸屏方便的操作和查詢，在觸摸屏上我們可對包裝機執(zhí)行動的參數(shù)作進行設(shè)置，并可看到各動作的完成情況。

(2)凈重型電子秤,采用梅特勒托利多最新技術(shù)的，適合于對各種細(xì)小顆粒和粉狀混合物材料進行稱重計量包裝，我們設(shè)定以50 kg為定量，誤差1%，在小料倉底部設(shè)置自動切斷閥，根據(jù)光電傳感器給出的有袋信號，若光電檢測到套袋成功，將開關(guān)量信號傳輸給PLC，PLC給出卸料信號，系統(tǒng)自動選擇放料一次。當(dāng)被選擇放料的儀表出現(xiàn)“零區(qū)”信號時，系統(tǒng)延時設(shè)定的“延時關(guān)閉夾袋門”時間后，關(guān)閉夾袋放料門。

圖1 自動包裝流程圖

圖2 自動包裝PLC人機界面

(3)包裝袋自動供袋，我們在傳輸平臺上采用光電傳感器檢測有袋或無袋信號，若檢測光電發(fā)出的紅外光未檢測到有效距離反饋，則供袋機通過傳輸機構(gòu)將包裝袋位移至取袋位。下料口袋子的套裝主要由上袋機機械手完成，在連續(xù)生產(chǎn)過程中位于取袋位的吸盤將水平放置在備袋平臺上的袋子吸起來，再用機械手夾住輸送到開袋機構(gòu)工位處，當(dāng)開袋機構(gòu)開始工作，取袋機構(gòu)復(fù)位完成依次取袋工作循環(huán)。整套動作依托于光電檢測，PLC發(fā)執(zhí)行信號，由氣動執(zhí)行器進行。

(4)全自動縫包機，集自動開機、停機、自動剪切線辮功能于一體，具有良好的使用壽命等特點。最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1400轉(zhuǎn)/分，可根據(jù)包裝袋高度不定在立柱上設(shè)有螺桿升降機構(gòu)，使其對不同高度的袋子均可使用，控制上采用紅外線感應(yīng)開關(guān)進行全自動控制，只要檢測到袋子遮擋光電，便可開始進行縫包動作。

3.2 碼垛機械手和輸送線自動化建立

我們采用了KUKA最新的6軸機械手，通過對機械各部件模塊和柔性化、程序和軟件智能化的設(shè)計來控制電磁閥，驅(qū)動氣缸動作，驅(qū)動不銹鋼抓手將袋子分別有序的放置到托盤上面。輸送平臺和機械手、RGV小車進行聯(lián)動，40袋碼垛成功后，系統(tǒng)給出RGV入庫信號，RGV小車可將托盤貨物安全送至庫區(qū)等待。

3.3 立體貨架式倉庫自動化建立

貨架系統(tǒng)采用組合裝配式橫梁結(jié)構(gòu)，橫梁以75 mm為節(jié)距調(diào)整，共有6組貨架，每組貨架共36個貨位，整個立體倉庫一共216個貨位。配備2臺堆垛機，分別為單伸和雙伸位，它可在又高又窄的巷道內(nèi)高速運行，依托采用西門子S7-1200系列PLC作為主控，對整個流程進行管控和安全防護，電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護措施 ，貨叉設(shè)有中位雙保險限位開關(guān)，以防止貨叉在堆垛機行走和升降過程中出現(xiàn)誤動作，確保設(shè)備安全運行。

4 遠(yuǎn)程控制技術(shù)

硫銨自動包裝存儲包裝機、輸送單元、堆垛機單元依托西門子S-1200進行本地控制，在輸送單元建立網(wǎng)絡(luò)中樞，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用獨立的局域網(wǎng)與無線局域網(wǎng)相結(jié)合，連接各個工序。服務(wù)器、客戶端及現(xiàn)場AP建立星型局域網(wǎng)絡(luò)并采用TCP/IP協(xié)議進行通訊，AP與采集終端組成無線局域網(wǎng)，采用802.11B協(xié)議進行通訊，各工序的數(shù)據(jù)上傳、下載和核對通過AP 連通。對現(xiàn)場輸送線、堆垛機、RGV等現(xiàn)場設(shè)備進行整體控制調(diào)度，這樣可以保障技術(shù)人員在中控室就能完成對整個流程的運行數(shù)據(jù)、報警信息、故障信息等均能實現(xiàn)監(jiān)控，有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我們在中控室建立一套倉儲信息管理系統(tǒng)，核心功能是對貨位、物料及出入庫流程的管理，管理系統(tǒng)支持貨位的自動分配和手工分配、可視化貨位查詢、倉庫信息統(tǒng)計，通過現(xiàn)場自動對入庫托盤的條形碼掃描，每垛硫銨都能知道具體的入庫時間、庫區(qū)貨架位等，做到倉位實時監(jiān)控。

圖3 自遠(yuǎn)程控制結(jié)構(gòu)圖

5 安全措施

整套自動倉儲安全圍欄進行保護，圍欄設(shè)備安全門，只要打開，系統(tǒng)便會緊急停止，并產(chǎn)生聲光報警。系統(tǒng)內(nèi)的堆垛機是一種起重機械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運行。為了保證人身、貨物及設(shè)備的安全，堆垛機配備有完善的硬件及軟件的安全保護裝置，并在電氣控制上采取高中低速行走、升降高速強制切除等一系列保護措施。為防止空出庫、重復(fù)入庫等現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)置了對貨架上貨位、入出庫位置上的貨物檢測裝置一系列聯(lián)鎖和保護措施。

6 結(jié)語

改造前的硫銨包裝產(chǎn)線，是典型的“3D”崗位，重復(fù)勞動、環(huán)境臟、風(fēng)險大，每一包物料都需要人工進行裝料、倒運及搬卸，職工始終處于一種無趣的重復(fù)勞作中，通過高品質(zhì)、高效率智能化改造后，原有的人工勞動全部改為自動化流程模式，勞務(wù)用工從32人減到6人，提高裝卸效率提高了81 %，倉庫存數(shù)量提高100%，現(xiàn)在只需要一個按鍵即可由機器人完成全部物料的轉(zhuǎn)運和輸送，降低了勞動強度，大大提高了勞動效率。