唐钢高强汽车板成品库无人天车自动下线过程控制系统设计与应用
2017-09-03河钢集团唐钢信息自动化部
河钢集团唐钢信息自动化部 么 坤
唐钢高强汽车板成品库无人天车自动下线过程控制系统设计与应用
河钢集团唐钢信息自动化部 么 坤
唐钢高强汽车板成品库无人天车自动下线过程控制系统是国内第一套自主集成具有完全自主知识产权的系统。系统主要功能包括：作业计划、作业监控、作业确认、信息更新、数据通信等。实现了库区天车无人驾驶作业,下线作业计划和下线作业执行过程完全自动化。无人天车自动下线同时也实现了钢卷信息及钢卷状态在生产线、库区、MES之间共享。系统有效的降低了库区工作人员的作业强度和作业错误率。目前系统运行状况非常稳定，无人天车下线作业完全满足包装生产的要求。
【键词】无人天车；自动下线；过程控制；作业计划；作业监控
0 前言
唐钢高强汽车板项目是唐钢为全面加快产品结构调整、延伸产业价值链，提升综合创效能力，加快推进最具竞争力钢铁企业建设而作出的重大部署。项目实施以来始终以智能化工厂为目标，为理顺厂区物流，无缝连接包装生产线与成品库区，实现生产信息流与物流信息流高度共享，项目在成品库区实施了天车无人化，并在两条包装生产线与对应的成品跨率先实现了无人天车自动下线。无人天车自动下线过程是指天车通过无人驾驶自动有序的将包装生产线上包装完好的成品钢卷按照销售订单自动吊到库区指定的位置。
1 需求分析
包装生产线实际上是一个动态的运输链，无人天车自动下线整个过程要求完全自动化，无需人为干预。这一过程中主要包括无人天车包装下线钢卷下线作业指示形成，下线钢卷位置预判，无人天车自动下线作业过程监控，包装生产线状态自动识别，下线钢卷位置精准判断，调整天车下线作业指示，天车自动取卷，天车吊卷完成并告知包装生产线等子过程。由于作业天车是无人自动驾驶，而下线钢卷位置又是可变的，为了绝对安全和厂区各系统信息共享，整个下线过程必须与包装生产线控制系统进行交互，交互的内容涉及到包装运输链的状态、包装运输链上钢卷信息跟踪、无人天车实时状态、天车吊卷（放卷）的结果。其中天车吊卷的结果要反馈给包装生产线控制系统和厂区MES，天车的放卷结果只需要反馈给厂区MES，其他的交互内容都只与包装生产线控制系统有关。成品库区无人天车自动下线整个过程控制功能如下：
2 详细设计及实现
2.1 自动下线过程详细设计
总体来说成品库无人天车自动下线过程主要经历包装完成钢卷下线任务生成和无人天车钢卷下线任务执行控制两个大的过程。包装完成钢卷下线任务生成主要由钢卷包装状态、包装线钢卷跟踪信息及和天车作业计划驱动，下线任务执行控制主要包含天车吊卷位置预判、天车下线作业过程监控和包装线状态及跟踪信息确认（其中天车下线作业过程监控包含天车执行下线过程及阶段监控识别、下线吊卷位置自动识别及确认、调整天车PLC下线作业指示、吊卷确认），相应的无人天车自动下线控制设计上主要由通讯模块、天车下线作业计划模块、天车PLC执行系统、下线吊卷位置预判模块、包装线状态及跟踪信息确认模块、天车执行下线作业指示过程及阶段监控模块、下线吊卷确认模块、调整下线任务模块、确认吊卷模块组成，整个自动下线过程系统结构关系图如图1所示。
通讯模块从包装生产线那里接收包装线状态、钢卷包装完成信号及包装线钢卷位置跟踪信息，并将这些信息传递给包装线状态及跟踪信息确认模块。如果钢卷包装完成且即将到达天车可吊卷区域，这时候请求下线作业计划模块生成原始的下线作业指示。当作业计划模块从包装线状态及跟踪信息确认模块获知钢卷到达可吊卷区域时，下线钢卷位置预判模块启动，它会模拟计算下线吊卷天车从当前位置到达包装线吊卷区域所需时间，然后综合包装线运输链动作周期频率判断天车到达包装线吊卷区域时钢卷的预期位置，从而修改原始的天车下线作业指示，并告知天车执行下线作业指示过程及阶段监控模块，该模块首先会将天车下线作业指示下发给天车PLC执行系统。当PLC系统开始执行上料作业任务后，天车执行下线作业指示过程及阶段监控模块开始监控天车PLC执行下线任务情况。当天车即将进入包装线吊卷时，请求包装线锁定。当包装线锁定后，下线吊卷确认模块会检查当前天车下线钢卷的下线位置与当前包装线钢卷位置跟踪是否一致，如果一致确认吊卷模块会告诉天车PLC执行系统继续执行下线吊卷任务，否则调整下线任务模块会调整该下线任务作业指示，告知PLC执行系统取消当前下线作业任务并重新触发下线作业计划模块重新下发新的下线作业指示。
图1 无人天车自动下线过程结构图
2.2 具体实现
当包装完成钢卷到达包装线可下线位置时，无人天车自动下线过程控制系统给天车PLC系统下发天车自动下线作业指示，天车PLC系统根据作业指示自动去吊卷。当天车到达包装线区域时，请求包装线锁定，同时一直实时监控包装线状态。如果包装线反馈的不是锁定状态，这时候自动下线过程控制系统不会给天车PLC系统发送任何操作指令，而天车PLC系统自己会中断下线作业，等待无人天车自动下线过程控制系统的操作指令。如果包装线是锁定状态，这时候无人天车自动下线过程控制系统进一步判断天车下线作业的吊卷位置与钢卷当前在包装线跟踪信息里的位置是否一致，如果一致则下发天车PLC系统继续执行下线指令，如果不一致，则下发天车PLC系统取消当前作业操作指令，并调整天车下线作业指示的的吊卷逻辑位置及吊卷逻辑位置物理坐标，重新下发天车PLC系统新的天车下线作业指示。当天车PLC系统完成下线吊卷后，无人天车自动上料过程控制系统给包装生产线控制系统和MES发送天车下线吊卷结果，当识别天车主钩当前的高度足够安全则送包装线解锁请求。
3 结束语
无人天车自动下线过程控制是此类技术在国内的首次应用，于2015年10月应用于河北钢铁集团唐钢分公司冷轧部高强汽车板公司成品库，实现了成品库两跨6部天车全自动下线，使天车工脱离了高危高强度重复性劳动，提高了天车利用效率，简化了物流和库房管理工艺流程，构建了生产与物流间的信息桥梁，节约了大量人力物力。
么坤（1983—），河北唐山人，大学本科，现就职于河钢集团唐钢公司信息自动化部，主要从事信息自动化系统维护、优化及开发工作。
