板坯库的天车无人化智能系统

董一鸣

摘 要：唐钢自动化公司研发的天车无人化智能系统，运用板坯下线入库模型、板坯上线入加热炉模型和倒垛模型驱动板坯库入口、出口和库区的各类作业，进行科学规范化管理。该系统的实施，可以实现天车无人值守、连铸板坯自动下线入库、装钢计划在线管理、外采板坯车辆管理、板坯修复修磨管理、板坯库可视化管理等多项功能，提高连铸板坯直供效率，减少库存倒垛频率、大幅减轻职工劳动强度，改善职工工作环境，提高天车作业的安全性、准确性及人工劳效。

關键词：板坯库；天车无人化；库区管理

中图分类号：TF758 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0035-02

唐钢不锈钢公司热轧板坯库目前由加热炉车间负责管理，主要业务涵盖：热轧板坯连铸下线接收确认、入库、移库、盘库、外购坯入库、外购坯车辆管理、问题板坯修磨修复（机修和手工修）、出库、板坯入炉、返回辊道、热送辊道跟踪等业务。连铸板坯温度一般在600℃左右，严重影响职工现场作业；板坯库现场作业环境恶略，制约板坯库作业效率。

综合考虑上述板坯库实际情况，为满足唐钢整体智能制造需求，打造智能化工厂，提升不锈钢公司热轧板坯库管理水平，提高职工工作安全指数和改善工作环境，对唐钢不锈钢热轧板坯库天车进行无人化改造，配套新增天车调度和库区管理功能，即板坯库的天车无人化智能系统。

1 总体思路

为了更好地实现板坯库生产物流管理的目标，作为热轧工序和连铸工序的联系纽带，板坯库天车无人化智能系统应运而生。该系统以减少天车库内倒跺次数、减少数据差错，提高作业响应速度为实现目标，保证库内板坯各项物流作业及时顺畅地完成。智能天车调度系统作为无人天车的中枢神经系统，其主要功能有板坯入库、板坯入库优化决策、板坯出库、板坯出库优化决策、板坯倒跺、板坯采购入厂、修磨、回退等生产作业的控制与管理，针对库内板坯物流作业设备（包括天车、运输辊道、过跨车、运输小车、板坯运输车辆等）进行指挥与协调，进行板坯库动态物流跟踪，实现各作业设备最大工作效率。由于炼钢-连铸-热轧是一种高水平的生产联接流程，要求系统具备热装热送及库内冷坯上线的功能，因此保证前后各工序间生产物流的畅通是板坯库智能调度系统要解决的主要问题。同时系统还是生产制造执行系统（MES）与生产控制系统的联接纽带，它负责将库内板坯实绩提供给MES系统，以形成最终装钢计划来组织生产，从而保证热轧轧制生产节奏的高效、有序。依据模型（板坯下线入库模型、板坯上线入加热炉模型和倒垛模型）的计算结果，驱动板坯库相关业务开展，实现库区科学规划和物流智能管理。

板坯库无人天车及库区管理系统，分为计划层、任务层以及执行层。

（1）计划层通过分析相应仓库的作业类型及物料作用，有计划的制定物料的仓储位置以及分配最优天车进行作业，并进行库区所有板坯自动定位及板坯信息跟踪。

（2）任务层依据作业计划，对板坯逻辑地址向物理地址转换，将天车复杂的动作分解成容易执行的单个动作，并具体解决多部天车的避让、防撞控制。

（3）执行层具体执行天车的单个动作，通过天车主钩微摆动控制、加减速控制等控制实现大车、小车位置精确控制；夹具高度控制，实现无人驾驶。实现板坯在热送辊道的自动定位，长度测量、板坯跟踪、配合天车实现板坯的自动上下线功能。如图1所示。

2 天车无人化功能

天车无人化系统能够实现板坯自动查找、自动吊放、实现无人驾驶作业。要实现这些功能必须对天车及其附属设备进行精确的控制。在天车运行时，对天车横向位置、纵向位置、垂直方向位置进行协调控制。具体功能如下：

2.1 天车自动定位控制功能

天车CMCS系统把天车的目标及障碍物位置等信息发送至一级，天车PLC接移动指令后，根据目标位置、实际位置及障碍物位置计算出天车行走的最优路径及速度，然后控制天车精确的达到目标位置。

2.2 夹钳摆动控制功能

天车在运行时，如果夹钳下部摆动幅度较大，将影响天车吊取和码放，降低生产效率，严重时会造成夹钳与钢卷之间的磕碰，出现板坯质量问题，所以必须控制天车在横向与纵向移动时夹钳下部的摆动幅度。通过摆角检测仪检测出大车及小车移动时的摆角，天车PLC根据摆角大小及摆动方向计算出补偿速度，然后叠加到大车及小车的控制速度上，以此防止天车夹钳的摆动。

2.3 安全高度控制功能

当天车主钩往上提升或下降时，天车PLC会实时比较程序设定的上下极限值与编码器反馈高度值，当编码器反馈的主钩高度值达到上下极限值时，主钩会立即停止动作。若此时编码器反馈值有误，主钩继续往上提升触碰重锤紧急开关，则立即切断主钩电源，停止主钩的上升动作，防止主钩继续往上提升撞到提升卷筒。

2.4 天车防撞控制功能

该功能主要通过精确计算两部天车之间的距离，若两部天车距离达到防撞距离设定值后，两部天车自动停止行走，防止两部天车发生碰撞。

2.5 双主钩同步控制功能

板坯库天车为双主钩同步动作，通过同步速度设定叠加位置偏差补偿，从而实现双主钩同步动作，防止天车夹钳倾斜。

3 库区物流管理功能

3.1 “重去重回”物流管理

当天车执行在重载或完成状态时，天车物流管理功能自动从工单请求序列管理中寻找适合该天车的下一个工单，主要依据是位置驱动，即下线时使用目标位调度天车；上线时使用源位置调度天车。同时调度系统还考虑下一单的源位置距离本天车最近的原则，实现“重去重回”的物流理念。

3.2 板坯下线入库模型

入库模型，是天车无人化系统的核心算法，能够快速帮助下线和外购板坯运算出合理的库存垛位。系统以实际业务为出发点，依据信息流驱动，综合考虑下线坯的表面质量、客户订单、钢种、厚度、宽度、长度等信息，结合入库模型算法，合理指派下线垛位。

3.3 装钢计划在线管理

为了保证装炉上料及时性，上料作业的优先级要高于入库下线作业，在连铸允许缓冲时间内优先完成板坯上料出库作业。在上料节奏比较紧张的情况下，需要协调多部天车同时作业。合理分配天车作业，协调指挥每台天车（包括同一跨内的天车和不同跨内的天车）有序作业，保证库内物流和设备能高效有序地运转，降低天车的作业负荷，提高上料速度。

智能天车调度信息接收MES系统的轧制计划和调度装钢计划，结合连铸板坯供料情况和库存板坯码放位置，利用板坯上线入加热炉模型合理计算上料顺序、选取倒垛频率最少的板坯、制定出天车运行最优路径和放吊辊道，自动生成工单。

4 社会效益

唐钢公司是国内首家推出、使用天车无人值守系统的企业。无人天车及智能调度系统由公司自动化信息公司精心研发，是拥有自主知识产权的新技术，可以实现自动寻料、吊运、规放等多项功能。该技术在唐钢高强汽车板产线首先实施，打破了国外技术垄断。此次在不锈钢板坯库的创新应用，是我国制造业运用国内技术实现板坯库无人天车的先例。该系统是实现不锈钢公司智能制造的坚定基石，在智能制造行业具有广泛的应用推广价值。随着产业投入加大、技术突破与规模积累，在可以预见的未来，我国天车制造行业运行需求市场将不断扩大，未来几年内该技术发展趋势蒸蒸日上，具有良好的市场推广前景。