唐钢不锈钢热轧板坯库的无人天车系统应用

陈浩

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北 唐山 063000）

1 项目概况

唐山钢铁集团有限责任公司（全文简称唐钢）不锈钢1580热轧板坯库无人天车系统（简称智能天车系统）是唐钢充分解读“工业4.0”和“中国制造2025”战略部署后，结合冶金行业特色，进行的智能制造工程研究与应用。

唐山不锈钢1580 mm热轧车间板坯库占地面积11000 m2余，用于存放连铸车间浇筑的成品板坯以及外采板坯。热送辊道将连铸来料板坯运送至加热炉，首段辊道与连铸侧辊道交接，末段辊道与入炉辊道交接。返回辊道主要是将加热炉无法送到轧线的板坯送到库区。库内有一部过跨车，一个板坯修磨区、一个保温区。垛位是库区存放板坯的地方，每一垛包含多列，每列码放多层板坯（最多不超过20块）。

库区分两跨共4部天车，每跨两部天车。东跨两部天车与热送辊道配合实现板坯的上下线作业。西跨有车辆装卸需求。库区内剁位板坯的调换亦由天车调运完成。

传统的天车操作由人工完成，工作内容单调，劳动强度大，导致生产效率低下，故障率高。天车无人化系统能够实现板坯自动查找、自动吊放、无人驾驶作业。无人天车与智能库区管理系统结合从根本上改变了以往的作业模式，极大地提高了生产效率，有效降低故障率，对于降低成本，减少安全事故具有重要意义。

本项目采用西门子S7-300 PLC及附属设备对天车运行进行精确控制，通过无线AP设备与L2级以及地面PLC进行通讯，实现天车自动运行（无人驾驶）。以下就天车一级基础控制、L2级（库区管理系统）、无线网络通讯分别进行简要介绍。

2 一级控制系统

天车一级基础控制系统以S7-300 CPU为中心，与上位监控计算机组成ETHER NET网，与分布式I/O，和传动系统构成Profibus-DP控制系统，实现整个系统的网络化工作模式。具体组成如下：

1）电源模板PS307，为S7-300机架提供电源。

2）CPU模板CPU315-2 DP，逻辑控制中心，实现各种控制功能。

3）通讯模板CP342-5 DP，用于远程站之间的DP网通讯。

4）通讯模板CP341，用于与编码电缆等设备的通讯。

5）以太网通讯处理器CP343-1，用于S7-300主站到以太网的连接。

6）机架PLC_UR2，用于安装模板。

7）功能模板SM338，用于接入天车主钩、小车位置检测传感器信号。

8）模拟量输入模板，用于连接温度传感器，称重传感器信号。

9）数字量输入模板，用于连接操作开关和接近开关等开关量传感器。

10）数字量输出模板，用于继电器、接触器等负载，输出接口与负载之间设置无源接点隔离[1]。

天车小车距离检测选用了SICK公司型号为DME4000-111激光测距传感器。天车大车距离检测选用了编码电缆位移传感器。天车主钩高度检测选用SICK公司的绝对值编码器。

无人天车系统能够实现自动吊板坯、放板坯以及自动无人驾驶，完成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，还应具备安全高度控制、停止距离、速度控制等功能。

3 智能管理系统

库区智能管理系统由天车智能调度系统（CIDS）、天车管理控制系统（CMCS）、无人天车控制系统（UCCS）、便携式人机界面、中控室HMI、数据分析系统（PDA）等构成。

智能天车管理系统的优势在于：

1）在系统安全方面：智能天车系统在人员安全方面：提出了天车规避行人通道以及行人通道红绿灯控制，模拟视觉系统；在设备安全方面：天车间防撞、夹钳的防摆控制等功能来保护天车设备。

2）在天车操作方面：智能天车系统基于无人驾驶技术建立的，吊运过程标准、规范、可重复。优于基于手动操作的定位系统。

3）在作业流程方面：智能天车系统作业是完全规范化、标准化的，可以制定从入库到出库的流程，理顺物流（现场上线的生产计划采用时间顺序同期倒排的策略，大大降低倒卷作业）；传统的天车系统作业是人工的，很难做到规范化，很难实现统一标准的物流流程。

4）在智能化方面：智能天车系统是集专家团队的智慧于一身，主要体现在天车智能分配、多部天车智能协调、多任务智能排序以及库区智能动态调整等各个方面。

4 网络通讯

无人天车网络系统主要有三种网络形式构成，包括ProfiBus—DP、工业以太网及无线网。

如图1所示，天车PLC与天车变频器之间采用采用Profibus-DP通讯，通讯介质采用西门子DP双绞电缆。天车PLC与L2级采用无线以太网通讯。手持终端与L2级采用无线以太网通讯。无线AP经过功率分配器通过馈线与天线连接。无人天车系统L2通过防火墙与MES采用以太网通讯，通讯介质采用普通超五类网线或光纤。天车PLC与编码电缆通过CP341-RS485总线通讯。

图1

5 结语

无人天车系统实现了高强度、高效率、低故障率、低错误率、全天候运行，节省了人工、时间以及维修成本，在一定程度上取代或延伸人的部分脑力劳动，成为了传统钢铁企业的向智能化转型升级的代表性技术。