应用自动化技术实现库区天车系统的钢卷跟踪定位

李颖斌

摘 要：本文介绍了自动化控制技术在天车定位系统中的应用，简单介绍了系统的结构与控制方案，采用编码器电缆及旋转编码器的坐标采集，通过PLC控制实现高精度的天车三维定位，通过无线通讯实现与地面管理系统服务器的实时数据通讯，从而实现钢卷的的精确定位及跟踪。

关键词：天车定位；钢卷跟踪；无线通讯；编码器电缆；高精度

中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0043-01

1 系统简介

随着钢铁业的快速发展智能化的库区天车作业所带来的经济效益为国内外钢铁行业注入了新的活力，天车定位为智能的卷库管理系统提供了保证，确保了物流实时跟踪记录的完整性。唐钢第一钢轧厂热轧库2015年10月份率先实现了基于天车定位的库区管理系统，在1810热轧成品库共有5部天车，天车驱动保留了传统天车的操作方式，天车工通过驾驶室操作杆，控制继电器的输出，通过档位控制变频器的输出速度，从而进行天车作业。在天车定位跟踪系统中，每台天车由一套西门子S7-300PLC构成中央控制器，通过无线通讯与地面库区管理系统服务器进行数据交换，三维定位包括X轴的大车编码器测距、Y轴的小车编码器测距、以及Z轴的主钩旋转编码器，主钩称重单元包括安装在定滑轮下方两测的2个传感器及称重仪表，称重仪表再将检测的重量以模拟信号发送给PLC控制器。其系统结构如图1所示。

2 应用编码器技术实现钢卷定位

2.1 编码器电缆测距技术

编码器测距是由感应无线技术所构成的系统，一般来说，由中央控制室部分、车上部分、编码电缆部分和天线箱构成。中央控制室部分由主控计算机和地面控制部分构成，车上部分为机上局，编码电缆部分由编码电缆、连接电缆、匹配阻抗构成，天线箱由绕制的线圈构成。如图2所示。

感应无线位置检测，按检测方式可分为地面检测和车上检测两种方式。车上位置检测方式是地面局地址载波发生器向编码电缆发送载波时，车上位置检测器对车上接收天线箱接收的信号进行检测得到地址信息：车上接收天线箱的位置。地面位置检测方式是在车上发送天线箱发送载波时，由地面局位置检测器对编码电缆接收的信号进行检测得到地址信息：车上发送天线箱的位置。车上检测方式便于一条编码电缆多台机车共用检测位置。即不论同一条轨道有多少台机车，都能够共用同一条编码电缆，各自同时检测自身地址，互不影响。感应天线箱内有两组线圈，一组作为发送线圈，一组作为接收线圈。两组线圈装在矩形塑料箱内，称为感应天线箱。天线箱安装在移动机车上，并用圆电缆将天线箱与机车上控制柜连接。天线箱随着机车移动而移动，并始终与编码电缆保持5-25cm的距离。在本系统采用了车上位置检测方式。

2.2 感应无线检测特性

（1）非接触工作方式，便于安装、维护，使用无滑脱和磨损等故障；（2）绝对位置检测：一种只与机车当前所处位置有关而与运行过程等其它因素无关的一种检测方式；（3）连续位置检测：在全程中，按照分辨率的间隔连续的给出任何一点的位置数据。这样就能够检测移动机车运行速度，实现控制移动机车自动走行与自动定位乃至无人操作；（4）检测分辨率高：目前已达到2mm的分辨率；（5）抗干扰性强，可靠性高：是一种非接触式检测，编码电缆内部电线的交叉结构，能有效地抑制外来杂散电磁场的干扰。因而可靠性高，抗干扰性强，适应恶劣工业环境；（6）兼容性好：位置检测和数据通信可以合用一根编码电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备。且系统提供并口、RS422/485和PROFIBUS-DP多种接口，方便与其他系统连接。

2.3 主钩编码器测距

主钩高度采用的是绝对值型旋转编码器测距，在主钩卷筒旋转中心安装编码器输出轴，通过PLC对编码器信号的处理进行主钩高度标定与计算，绝对值编码器具有机械位置决定每个位置的唯一性、无需记忆、无需找参考点的特性，这样，对编码器的主钩测距的精度、抗干扰特性提供了保证。

2.4 通过三维测距实现板卷定位

本系统采用的编码电缆定位和旋转编码器高度检测，是覆盖全库区的三维立体定位技术，实现了天车的全库区精准定位。首先对钢卷库区卷位进行X、Y轴位置标定，通过二级系统服务器记录下每个卷位的坐标值。天车定位将系统划分为计划层、任务层、命令层、基础层、执行层。本系统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，本系统执行层依据作业计划，即天车工单下发至天车终端，在天车驾驶室中有终端显示画面，即可对天车当前的X、Y、Z位置的检测进行显示、又可显示作业钢卷的当前位置与目标位置。实现了天车的定位，为天车工的操作提供了方便。

3 库区钢卷的跟踪

3.1 通过称重系统实现吊物识别

天车称重系统采集天车压力传感器的信号并将采集的信号传递至PLC。系统实时采集天车吊钩重量数据、起放吊动作等作业数据，PLC程序根据采集的天车作业数据自动运算，根据主钩下钩、起吊时的称重变化准确判断天车吊物状态，实时地将天车位置、吊重等信息进行记录供上位机读取，从而记录钢卷的位置变化。

3.2 管理系統服务器通过无线与PLC通讯记录钢卷位置

本系统采用西门子OPC标准接口，通过无线局域网实现天车PLC与服务器之间作业信息的实时传输。采用OPC异步读写的通讯技术，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，在OPC技术中使用的是OLE 2技术，OLE标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象。创造了天车定位系统与一级控制系统间的极速通讯方法，实现了高效可靠的信息流通。系统根据起吊状态的判断，实现了对钢卷信息的跟踪及定位，对库房中的物料能任一时间知道其所在位置。通过交互式双向数据流实时通讯，实现天车定位精确化、库房管理智能化、物流工艺简明化。

4 结语

天车定位及卷库管理系统已经达到国内同类型系统技术领先水平，并且部分关键技术已经超越了国内现有技术，如天车精确定位技术，OPC接口通讯技术，天车调度算法等。该项目有效解决了吊工、记录工长期暴露在吊装重物下工作的问题，极大改善高危高强度工作状态，显著提高了天车利用效率，实现了库房钢卷全流程跟踪及可视化；为企业带来了明显的经济效益。