无人天车与热轧运输链交互系统研究

摘  要：为提升库区管理和热轧运输链运行效率，同时降低人员成本，本文通过对已有运输链运行模式进行深入研究和剖析，结合无人天车智能化库区管理经验和运行模式，从钢卷智能分跨、实现托盘自动回收、自动下线三方面进行技术突破，设计全新的交互系统，以期达到降本提效目的，通过与已有系统对比，获得了该交互系统投入使用后对实际生产的帮助。

关键词：无人天车;运输链;交互;托盘回收;下线

中图分类号：TP391  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）01-0000-00

随着智能制造技术的高速发展，“黑灯工厂”概念被广泛应用，同时天车无人化在各领域得到了实施，尤其是在钢厂的热轧、冷轧等产线，无人天车已成为行业标配。目前，唐钢新区的热轧成品库共6个跨12部天车全部进行无人化改造，在保证人员及设备安全的前提下，为让天车更好的服务于产线、减少现场作业人员数量、提高产线下线效率，必须对无人天车与热轧运输链的交互系统进行深入研究。

1 总体思路

该产线的成品卷下线采用运输链方式，钢卷先由产线出口进入运输链主链，在进入主链前由物流管理人员指定每个钢卷去向，进入各个跨的支链后，由于钢卷检测设备无问题，因此产线在每一个跨设置一名操作人员用于观察钢卷下线情况，当钢卷起吊后，现场人员告知产线出口支链托盘小车可放行回收。天车无人化改造后，利用天车智能库管理系统打通库管系统与运输链系统的壁垒，将智能库管系统的管理方案直接贯彻到运输链，从源头处对钢卷进行智能化分配，这样不仅降低了人员成本，而且提高了运输链运行效率和库区管理系统的管理效率。此外，利用天车钢卷宏跟踪功能，将天车在支链的具体起吊情况告知运输链，供运输链自动回收托盘小车。

2 网络及接口设计

无人天车要实现对运输链的干预和辅助，必须获取运输链主链及支链的钢卷跟踪及其相关的设备运行状态，在充分获悉这些相关信息的前提下，才能有效对运输链的运行进行干预。无人天车的系统运行核心在天车服务器，运输链的控制核心在运输链的主PLC，要保证双方的通讯安全、稳定、高效运行，必须设计一套稳定的网络系统。

设备相关信息数据的数据量较小，但对实时性和稳定性要求较高，因此该类信息运输链PLC通过一级网络直接与天车地面PLC进行传输，天车服务器利用内部网络在天车地面PLC中读取运输链设备信息。天车对运输链干预的相关指令信息再通过天车地面PLC传输到运输链。

由于PLC传输大量数据不方便，而服务器对于传输大量数据较为便捷，因此将钢卷跟踪这种数据量大的接口通过二级服务器进行传输，运输链二级服务器读取主链及支链的钢卷跟踪数据，并将其按固定格式进行整合，并利用SOCKET接口方式发送到天车服务器。

具体网络设计如图1所示。

3 钢卷智能分跨

钢卷的入库分跨管理是库管系统的重要组成部分，但这部分功能在运输链系统之中，库管人员必须指派人员到产线出口对该功能进行管理，当钢卷下线入运输主链前，该人员必须完成对钢卷入跨的分配。该人员要熟悉当前库区库存、天车使用状况、发货车辆情况等诸多信息才能对钢卷进行合理分配，否则不合理的分配策略将会对产线效率、发货效率产生较大影响。这种管理方式不仅造成了管理功能混乱，而且容易造成生产效率不高等问题。

无人天车配套有相关的智能化库管系统，系统能整合相關影响数据实现对钢卷分跨的智能分配，通过接口将分配策略直接发送到运输链系统，完成对钢卷入库的智能分配，对分跨影响较大的主要有以下几点：（1）各跨支链钢卷数量及支链设备状态;（2）各跨待发车辆数量;（3）各跨天车在线数量;（4）各跨库存情况。

当钢卷下线时，库管系统能及时获取钢卷产出的PDO信息，信息中包括钢卷的卷号、重量、外径、厚度、交货单号等信息，系统根据交货单号检索该交货单在各跨的库存情况，在综合其它影响因素，保证在不影响下线效率和发货效率的前提下，对交货单平均分配，使得后期发货时能均匀分配车辆，提高发货效率。

系统配备钢卷分配的可视化界面，库管人员可在可视化界面中详细查看当前钢卷的分配情况，当发现不合理情况或紧急情况时，操作人员可在界面上进行手动干预，其中以操作人员手动为最高权限。

4 自动回收托盘

托盘小车将钢卷由主链运到各跨支链后，天车将钢卷吊运入库。柑橘现场高温信号，采用高温接近开关检测托盘小车有无钢卷，该类热检信号无法保证百分之百的准确性，导致现场必须有人员确认，运输链方可回收无卷托盘，这不仅要求运输链配备大量人员，而且不能保证运行效率。

无人天车能自动跟踪天车作业信息，作业信息包括天车作业的位置、钢卷、时间等信息，对于运输链作业，天车在自动运转时能百分之百对其进行识别和跟踪，在天车手动作业时，只要天车位置、重量信号不缺失，也能百分之百对该作业进行跟踪。

仅对运输链的相关起吊跟踪识别，其准确率仍无法满足现场安全需求，必须考虑其它现场设备运行状况，系统要实时监测当前跨所有天车的运行是否会对运输链支链的运动产生干扰，如仍有天车在运输链区域作业或运输链支链发生运动，天车要延缓或停止对运输链发送钢卷起吊完成信号，以确保设备和人员安全。在准确率和安全性都保证的前提下，无人天车系统通过接口完成起吊位置对应托盘小车的跟踪，从而实现运输链自动回收托盘功能。

5 自动下线

钢卷智能分跨和自动回收托盘小车的实现能大大缓解现场人员配置，提高生产效率，但要实现“黑灯工厂”，必须完成钢卷的自动下线功能。当前对步进梁的自动下线功能已相当成熟，步进梁为整体控制，控制逻辑简单，精确度高，而运输链由独立托盘小车组成，控制逻辑较为复杂，之前的控制方式无法满足需求，必须重新设计新的控制方式。

托盘小车运输钢卷到达支链后，一般默认运输到支链的最后一个位置，在未到达目标位之前，前方产生空余位置时，托盘小车随时可以移动，因此要实现自动下线需充分考虑设备安全。无人天车系统通过地面PLC实时获取支链设备信号，当系统产生下线工单时，系统会根据支链跟踪和设备情况实时检测下线钢卷的最佳起吊位置，并将该位置发送到运输链系统，运输链系统结合实时状态更新下线钢卷的目标位。之后天车和运输链分别控制天车和托盘小车前往预定目标位，在双方均到达目标位后，无人天车系统再次检测双方设备情况，在安全无误的情况下发送双方设备互锁指令，进行吊卷作业，若中途发生故障或意外情况，无人天车系统会立即暂停，并告知运输链系统。正常完成吊卷作业后，天车系统会取消互锁指令，结束自动下线作业。

该环节在系统中配备简洁但功能齐全的操作界面，以便操作人员在发生意外的情况下完成对系统的干预。

6 总結

该交互系统目前已上线，经过长时间运行证实该系统能很好地服务于库区管理和运输链系统，减少了人员配置，提高了天车及运输链的运行效率。钢卷智能分跨和自动回收托盘确保了运输链钢卷跟踪的准确性和实时性，为自动下线的随时投入提供了保障，自动下线的成功运转又保证了自动回收托盘功能的准确率，几个功能互相依赖又互相支撑，提高了系统的稳定性。

收稿日期：2020-09-10

作者简介：卢武阳（1991—），男，河南信阳人，本科，工程师，研究方向：智能制造。

Research on Interaction System Between Unmanned Crane and hot Rolling Transportation Chain

LU Wuyang

（Tangshan Iron and Steel Company Limited，Tangshan Hebei  063000）

Abstract：In order to improve the management of the reservoir area and the operation efficiency of the hot-rolled transportation chain， while reducing personnel costs， this paper conducts in-depth research and analysis of the existing transportation chain operation mode， and combines the management experience and operation mode of the unmanned crane intelligent storage area. We made technological breakthroughs in the three aspects of intelligent steel coil spanning， automatic pallet recycling， and automatic offline. We designed a brand-new interactive system to achieve the purpose of reducing costs and improving efficiency. By comparing with the existing system， we obtained that the interactive system was put into use. Help for actual production.

Key words： unmanned crane， transportation chain， interaction， pallet recovery， offline