發布時間：2018-08-06所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:隨著工業生產過程中信息化技術水平的不斷提升，提升作業效率和增強對人員和設備的安全保障越來越被重視。本文針對現有天車系統的分析，結合行業發展和技術發展趨勢，詳細闡述無人化智能天車控制系統的概念，提出無人化天車系統的總體框架和基本功能，實
摘要:隨著工業生產過程中信息化技術水平的不斷提升，提升作業效率和增強對人員和設備的安全保障越來越被重視。本文針對現有天車系統的分析，結合行業發展和技術發展趨勢，詳細闡述無人化智能天車控制系統的概念，提出無人化天車系統的總體框架和基本功能，實現庫區管理的自動化。
關鍵詞:無人化控制,防擺控制,天車控制,智能工廠,庫區管理
普通冷軋車間的天車操作大都依靠人工，工作環境單調、工人勞動強度大、容易誤操作、設備運行效率低，安全性差。十三五規劃中，國家適時提出“中國制造2025”，鋼鐵工業信息化和工業務的深度融合是發展的必然選擇。發展無人化智能天車控制系統，既可以提高天車運行效率、降低故障率、降低能源消耗，又可減輕工人的勞動強度，提升安全性，是智能化工廠發展的必然方向之一。
1系統總體架構
由于無人天車控制系統結構復雜，工況多變，為適應各種工況下的應用及擴展，將系統劃分為ERP(企業資源管理系統-L4)，MES(生產過程管理信息系統-L3)，鋼卷庫管理系統-L2，檢測、控制、驅動系統-L1，如圖1所示。
由于天車在運行過程中需要高速、穩定的信息交換，根據鋼鐵行業的工況和環境特點，采用工業以太網、工業無線以太網、DP網絡配合使用的模式，確保系統對傳感器和執行機構信號的實時獲取和傳達，從而大大增強網絡系統的可靠性和穩定性，其網絡系統圖如圖2所示。
2天車PLC控制系統
天車無人化系統能夠實現自動鋼卷查找、自動吊卷、放卷及天車自動無人駕駛等功能。要實現這些功能必須對天車及其附屬設備進行精確的控制。天車定位并識別鋼卷后，自動吊卷，然后通過天車位置控制到達鋼卷目標庫位后自動放卷。在這個連續的作業過程中天車無人系統為提高作業效率和保證作業安全，在天車運行時，還將對天車橫向位置、縱向位置、垂直方向位置進行協調控制[1]。
2.1PLC硬件組成
PLC選用德國西門子S7-300型產品，用于天車的基礎自動化控制，包括天車中的邏輯控制、順序控制、位置控制以及操作和聯鎖控制，故障檢測分類，報警控制等。以S7-300CPU為中心，與上位監控計算機組成ETHERNET網，與分布式I/O模塊和交流變頻調速器構成ProfibusDP總線網絡系統，實現整個電控系統的網絡化工作模式。PLC安裝于電氣室電控柜內，分布式I/O模塊安裝在天車駕駛室。
2.2主要傳感器選型及特性
天車大車(X軸)運行距離較長，可達幾百米，其位置檢測采用一條獨特的編碼電纜(又稱誘導母線)來實現，同時解決中央控制室與移動天車之間可靠的數據通信、天車所在位置檢測�；诟袘獰o線技術的車上位置檢測系統，其位置檢測精度可達5mm，檢測長度可達1km。感應天線與編碼電纜的可靠感應距離為5～30cm，不受天車運行過程中振動的影響。
因此，天車大車位置檢測系統運行穩定、可靠性強。天車小車(Y軸)位置檢測采用激光測距傳感器，定位精度可達2mm以內;非接觸測量長度和速度，不受打滑、劃痕和被測物材質的影響。天車主鉤(Z軸)位置檢測采用絕對值編碼器，它有一個絕對零位代碼，當停電或關機后再開機重新測量時，仍可準確地讀出停電或關機位置地代碼，并準確地找到零位代碼，從而避免位置反饋不正確導致的控制異常。
2.3主要控制功能
天車PLC控制系統能夠實現如下功能:天車橫向、縱向、垂直向位置控制;夾鉗防擺控制;橫向、縱向及垂直方向聯動控制;安全高度控制;夾鉗位置控制;防撞控制;過跨車、步進梁位置控制以及信號檢測和驅動控制。
3傳動控制電控系統
天車的大車行走、小車行走、主鉤升降、副鉤升降均采用多傳動交流變頻傳動系統，有如下特點:(1)速度控制、位置控制更精準，是實現天車無人化和智能化的必備條件;(2)實現防擺、防扭控制等諸多實用功能;(3)控制電機實現平穩啟動，大幅延長設備使用壽命，增長維護周期;(4)傳動電機變頻裝置采用統一的整流裝置，整流裝置元件為IGBT，可實現電能回饋;(5)因整流單元可實現電能回饋，且對于主鉤副鉤一類設備實現有效節能;(6)傳動裝置相對體積較小，且可無間隙緊湊布置，降低空間占用。
4防擺控制系統
天車在運行時，如果夾鉗下部擺動幅度較大，將影響天車取卷和放卷，降低生產效率，嚴重時會造成夾鉗與鋼卷之間的磕碰，出現鋼卷質量問題，所以必須控制天車在橫向與縱向移動時夾鉗下部的擺動幅度。通過擺角檢測儀檢測出大車及小車移動時的擺角，天車PLC根據擺角大小及擺動方向計算出補償速度，然后疊加到大車及小車的控制速度上，以此控制天車夾鉗的擺動。天車PLC把大車及小車的運行速度及位置等數據信息發送到擺角控制器，擺角控制器接收擺角檢測儀檢測出的大車及小車擺角后，再結合大車及小車的各種數據，計算出擺角補償速度(速度控制曲線如圖3所示)，然后發送給天車PLC，天車PLC把補償值疊加到速度設定值上，通過DP網發送給傳動裝置，控制大小車的速度。
5車輛識別系統車輛識別系統是根據停好的車輛種類、形狀和停車位來識別車輛，并對不同種類的車輛掃描出卷位坐標，使裝卷和卸卷作業自動進行的車輛識別系統，其技術特點如下:測定方式:激光掃描系統;測定位置:車輛上部;測定誤差:±50mm;測定對象:不同形狀的車輛;3D形象圖出現，并能測定上卷位坐標;測卷寬度、外徑，確認卷形狀和正確性;大車、小車及高度位置的測定。
6庫房管理自動化系統庫房管理自動化系統的主要功能是實現庫區鋼卷入庫管理、鋼卷庫間管理及鋼卷出庫管理。天車作業過程包括作業計劃、作業執行以及作業結果反饋，主要功能如下。
庫區配置:依據現場庫的布置，通過系統參數的設置，將系統信息與實際的庫圖相連接。庫的大小、跨的分布、垛的分布以及鞍座的位置的物理坐標都是與現場成比例縮放的。同時，將實際的距離參數提供給控制系統，從而避免碰撞危險的發生。庫區設備管理:庫房管理自動化系統由天車、過跨車、步進梁、IC卡讀取設備以及手持終端等設備組成。將這些設備提供的信息連通，再控制設備的運轉，才能形成完整的自動化系統，是管理自動化系統不可或缺的一部分。
入庫車輛跟蹤:入庫車輛跟蹤系統，主要是收貨入庫時，通過信息共享，將車輛裝載的鋼卷位置以及數量進行識別。天車調度管理:依據倉庫的庫圖信息，天車的工作負荷，以及物料作業的優先級，合理的分配天車。
要完成一個任務需要2臺及以上天車配合時，天車調度系統自動調度天車工作。作業計劃管理:具有與MES、物流管控平臺等系統的無縫連接以及數據的自動交換功能。接收上游系統下達的作業計劃、臨時作業指示，系統自動進行目標位置預約、天車自動分配、自動生成指揮工單完成入庫、出庫和倒庫的工作。庫圖管理:根據現場作業的實績反饋，對物料進行實時跟蹤，物料的位置集合就形成了庫圖。依據實時的庫圖信息進行決策，才能更準確。包括庫圖總覽、垛位詳情、庫圖同步等功能。
7手持式終端系統天車無人化系統的日常作業使用人員除了主操作人員還包括庫管操作人員、設備維護人員及廠管理人員。這些人員關注的不是怎么操作天車，而是需要掌控庫區管理、物料跟蹤、庫區整理、天車實時狀態、天車作業統計以及根據現場需要提出作業請求，并轉發給主操作人員，基于以上特點建設的天車無人化系統移動終端APP軟件(簡稱天車APP)，針對不同的使用者可以實現以下功能:庫管操作人員，主要進行現場各種作業，包括入庫、倒庫、盤庫、裝車、卸車、打包、上料、下料、凍結等現場操作。天車設備維護人員，主要遠程監控天車上各個設備、傳感器的狀態，查看行車里程、對天車整體運行情況進行診斷。庫區管理用戶，使用手持終端可查詢當前庫區存貨情況、天車作業率統計、實時反映庫區的分布情況以及作業量等。
8結束語
本文全面闡述了無人化智能天車的總體框架和主要組成部分，針對各個子系統提出了方案架構和功能指標，解決了傳統天車存在的定位精度不高，工作效率低下等問題，提高了天車的作業效率，降低了天車設備故障率，極大地降低了工人的勞動強度，可有效降低企業和社會的成本，實現了庫區作業管理的信息化、精確化、無人化，在鋼鐵天車領域具有極強的推廣價值。
參考文獻:
[1]鄭曉光，周文華，李小萍.天車智能控制器[J].黑龍江電子技術，1996(3):2.
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