德马格自动行车在造纸厂仓库中的应用

孙 枫

（1．上海交通大学，上海，200030；2．德马格起重机械（上海）有限公司，上海，201415）

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德马格自动行车在造纸厂仓库中的应用

孙 枫1，2

（1．上海交通大学，上海，200030；2．德马格起重机械（上海）有限公司，上海，201415）

德马格自动行车集机械部件、电气控制和仓库管理系统为一体，从而实现对纸卷的自动存取以及纸卷信息的自动管理。德马格自动仓库在造纸厂的物流环节中起着至关重要的作用。

德马格自动行车；自动仓库；造纸厂

随着现代技术的发展，人力成本不断提高，造纸厂仓库由人工仓储逐渐发展到自动化仓储。在20世纪90年代后期至21世纪的若干年内，自动化仓储得到了国际上相关研究设计人员的广泛关注，成为未来造纸厂仓库发展的主要方向，而德马格自动行车在全世界造纸厂仓库的发展过程中起着至关重要的作用。要实现真正的产业升级，企业就必须加大创新投入，提高技术装备和管理水平，在降低生产成本的同时，提高产品质量和竞争优势，逐步形成企业的核心竞争能力［1］。从1999年至今，德马格的中间仓库以及发货仓库逐渐分布在全国各大造纸厂（如玖龙纸业、理文纸业、晨鸣纸业、吉安纸业、太阳纸业、金东纸业等）。与人工仓库相比，德马格自动仓库（见图1）布局合理，能满足存储需求、操作人员使用方便和采用仓库管理系统实现自动化的多方面要求。人工仓库中的纸卷堆放为人工操作，占地面积大，土地使用率不高，土地使用支出巨大；传统仓储的纸卷入库、出库、均采用人工搬运，用工多，效率低，仓库纸卷堆放，提取时损耗较大［2］。如年产65万t某造纸厂，仓库需满足存储3周的产能，该仓库的存储量为4．4万t。如果使用德马格自动行车，该仓库只需要38 m宽，216 m长，大约为8200 m2。如果换成手动仓库，面积将达到44000 m2。

本文简单介绍德马格自动行车的机械部件、电气控制和仓库管理系统，以供相关企业参考。

图1 造纸厂自动发货仓库

1 机械部件

1.1 结构特点

德马格ZKKW双梁桥式（卷扬小车）起重机结构按照DIN15018标准设计，63 t以下按照H2B4等级设计（根据要求可提供其他设计）。起重机适用于室内使用。起重机的主梁以及端梁均为箱型梁结构并由高强度螺栓连接，连接表面经过机械加工。所有结构件以及部件的生产均遵循ISO9001标准。主梁设计独特先进，行车自重轻，对行车轨道、承轨梁、立柱等强度要求比国内产品低的多，可以节省大量基建成本。因为行车自重轻，从而驱动系统要求的功率也低，可以节省大量的运行成本。

KTL﹣E系列起重机端梁根据DIN15018标准设计。端梁为箱型梁结构并针对起重机安装进行优化。端梁与起重机主梁的连接表面经高精度机械加工。该系列的端梁采用整体轮箱（称为corner bearing）直径250～630 mm。由于采用特殊的支承面设计，该种轮箱可以非常快速方便地从端梁中退出以进行更换，而无需特殊的根据。车轮材料为GGG70球墨铸铁。该种材料由于有良好的吸振性能因此大大改善运行的噪音，同时也减少了对轨道的磨损。

MPW系列卷扬小车提供多种额定载荷、起升高度及工作等级，由一系列模块化的部件构成，这些部件均根据FEM1．001标准设计。机械夹具可一次夹起多个纸卷，6个夹具臂的伸缩通过液压控制来实现。

德马格ZMS和FGB过载保护器提供起升机构的过载保护，同时FWL载荷记录仪记录工作状况。

1.2 传动部件

起重机采用ZBA﹣ADK三合一驱动系统。在驱动系统中应用变频系统提供平滑的加速特性以及多种运行速度。

起升电机为德马格特种起重机专用的鼠笼电机，根据要求可以采用制动电机或独立的外置制动器提供制动。

2 电气控制

2.1 电控技术

电控系统根据VDE标准以及UW安全规范设计。电气部件安装在电控箱内，安放在大梁一侧的走道上。起重机所有的动作都可以通过主接触器由急停开关切断。

自动行车系统采用两级控制，上层采用西门子S7﹣300系列的可编程序控制器，通过以太网与管理计算机连接，下层采用西门子ET 200S分布式IO系统。西门子S7﹣300是模块化的PLC系统，一般应用于用户性能要求中等的场合，而且具有很高的工业环境适应性。其模块化的结构设计便于用户进行扩展，当系统规模大且比较复杂时，可以增加模块，将各个单独的模块进行广泛的组合对PLC进行扩展。

西门子PLC硬件组态见图2。其组成单元主要包括以下几部分：①中央处理单元，不同类型的CPU具有不同的功能，可以满足用户的不同需要，如在CPU中集成了输入输出点、Profibus DP、Profinet通信接口等。②信号模块，该模块主要应用在数字信号与模拟信号的输入输出。③ABB变频器。④HBC遥控器，用于手动操作以及维修保养。⑤绝对位置编码器，用于起重机定位。⑥PN/PN Coupler，两个CPU之间进行数据交换。

通过ACS800变频器提供4档速度控制。所有的动作均提供限位保护。大、小车的运动有两段式限位开关提供行程终端保护。

2.2 定位技术

小车定位采用SICK DME5000激光测距仪，该测距仪具有微秒级的测量时间，高测量精度和重复精度，非常适合于自动仓储系统中高速移动与传输设备的精确定位。

大车轨道如果在150 m以内，也采用SICK DME5000激光测距仪。如果大车轨道大于150 m，将采用劳易测BPS条码定位，BPS系统使用照相排字技术，按一定的间隔，在非常坚固和高弹性的自粘胶带上打印出独特的防紫外线条码。条码带长度可达10000 m，可以非常简单地粘贴在传输路径上，并且水平曲线和垂直曲线很好地保持一致。如果条码带受损，可从因特网上下载适当的临时条码打印替换，将特殊标签集成到条码带，条码阅读器还可以控制具体的功能，比如速度变化或传输带变轨应用等。

图2 西门子PLC硬件组态

将条码贴在轨道两侧，实现对行车主侧和从侧的精确控制。BPS系统自带profibus DP接口，可以很方便地接入自动行车的控制系统。

起升采用的是绝对位置编码器以及绕绳编码器，两种编码器数值都可以用来显示起升高度。同时两者在PLC内进行比较，如果超过一定数值，行车就会报错，确保自动行车的安全运行。

夹具上配有can﹣bus激光测距，用以检测纸卷在夹具中的高度以及纸卷塔位的高度。

2.3 自动行车与地面站之间的通信

自动行车与地面站之间的通信通过西门R﹣COAX无线通信实现，见图3。地面站的主要功能是和传送带之间的信号交换，门禁系统的信号输入，以及一些自动行车的操作等。

3 仓库管理系统（WMS）部分

仓库管理系统由数据库、主处理程序、web操作界面组成。

3.1 数据库

数据库可以根据客户需要使用IBM DB2或者ora﹣cle，数据库记录纸卷的具体信息，纸卷在仓库中的具体位置，仓库管理系统和传送带通信的报文，系统日志等信息。

3.2 主处理程序

主处理程序可以决定纸卷在仓库中的具体位置；可以和行车进行数据交换，控制行车进行纸卷的出入库；可以和传送带进行通信，接收来自传送带纸卷的信息，将纸卷的目的地发送给传送带；可以和用户ERP进行整合，将仓库的实时信息发送给ERP，见图4。

3.3 WEB操作界面

操作界面通过网页形式打开。任何一台装有浏览器的普通电脑，都可以通过连接仓库管理系统服务器的IP地址进行访问并操作。WEB操作界面可以显示纸卷信息，行车状态，可以对行车进行手动操作，见图5。

图5 仓库管理系统操作界面

4 结 论

我国从造纸大国向强国转型时期，很有可能也是企业十分艰难的时期。从小到大的时期，一般来讲是市场增长较快，产量增长滞后，因此产品的利润率较高；进入转型期之后，供应数量的增长一般会快于市场消费量，因此市场竞争，特别是价格竞争比较激烈，产品的利润会较低。德马格自动行车控制技术先进，高效、人性化的管理仓库，从而保证了造纸厂的生产和销售，同时也为造纸厂节约成本做出了贡献。

［1］CAO Zhen﹣lei．Current Situation of Chinese Paper Industry and Thought［J］．China Pulp&Paper，2009，28（10）：63．曹振雷．我国造纸工业的现状与思考［J］．中国造纸，2009，28（10）：63．

［2］XIONG Xiao﹣lei，ZHAO Jiong，ZHOUQi﹣cai．The realization of warehouse management and control system in AS/RS［J］．Manufacturing Automation，2002，24（4）：16．熊肖磊，赵 炯，周奇才．自动化立体仓库管理与控制系统的实现［J］．制造业自动化，2002，24（4）：16． CPP

（责任编辑：马 忻）

App lication of Demag Automatic Crane in Paper M ill Storage

SUN Feng1，2
（1.Shanghai Jiaotong Univetsity，Shanghai，200030；2.Demag Ctanes&Components（Shanghai）Co.，Ltd.，Shanghai，201415）（E﹣mail：sfmgmgmg@hotmail．com）

Demag automatic crane integratesmechanical parts，electrical control and warehousemanagement system，it can store and retrieve the paper roll automatically；it can alsomanage the roll information together with host system．Demag automatic storage now is playing key role in papermills．

demag automatic cranes；automatic storage；papermill

孙 枫先生，在职硕士研究生；现从事德马格自动行车仓库管理系统工作。

TS734+．8

A

0254﹣508X（2015）09﹣0047﹣03

2015﹣04﹣07（修改稿）