自动化关键设备之EMS小车介绍

沈爱华

(安徽佳通乘用子午线轮胎有限公司，安徽 合肥 230601)

EMS输送系统主要应用于车间内部或车间与车间之间输送各种设备或零部件，实现在生产线上对各工位之间被输送工件的一系列类似焊接、拼装和底盘合装等工艺处理。具有能够组成空间输送工艺线路，容易按生产工艺要求布置单环形、多环形或往复线路，可组装成几百米甚至几公里的线路，实现高度自动化，同时还能够在空间轨道上积放储存，形成临时空间仓库，机动灵活等特点。

1 EMS小车简介

EMS (Electric monorail systems)电气单轨系统，指装有车轮的电动载物车在悬挂的单根轨道上运行，进行取货送货的动作的系统。为了区别于邮政EMS(Express Mail Service)和能源管理系统EMS(Energy Management System ),常简称为EMS小车，如图1、图2所示。

我国的机械工业联合会称EMS (Electric mono rail systems)为单轨小车悬挂输送机，并制定了行业标准。

1.1 机械行业标准

《JB/T 7018—2008 单轨小车悬挂输送机 安全规程》、《JB/T 7336—2008 单轨小车悬挂输送机 技术条件》；

1.2 国际标准

《ISO9851连续搬运设备 单轨小车悬挂输送机定义及安全规程》

1.3 EMS小车技术应用情况

目前EMS小车这种技术已经在在轮胎，药品食品、饮品饮料、烟草等行业成熟应用，如图3，图4所示。

2.1 EMS小车在轮胎工厂应用

（1）密炼工序如图5：小粉料和胶料从空中输送至密炼机台。

（2）预备工序如图6：半部件从暂存区域输送至成型机供料位置。

（3）成型工序如图7：成型完成的生胎，放置在暂存工位上。EMS小车沿轨道运动到暂存工位上方，取生胎进行输送，一般进入喷粉机进行喷粉作业，也可根据工艺不同入库暂存。

（4）硫化工序如图8：EMS小车从空中把生胎放置在硫化机前的存胎器中，供硫化机硫化使用。

2.2 EMS小车类型划分

轮胎工厂使用的EMS小车一般按吊具类型划分成以下几种类型，见图9所示。

2.2.1 移动式载货框型

移动式载货框型EMS小车，采用升降带、升降电机、卷筒等装置驱动可移动的载货框进行货物的取放如图10，图11。取放货位置需要配合特定的输送线体，在轮胎工厂中一般用于硫化工序，向硫化机运送生胎时使用。

2.2.2 固定式载货框型

固定式载货框型EMS小车，小车自身没有升降装置，采用固定式载货框和提升机配合进行货物的取放如图12，图13。取放货位置需要配合特定的提升机，在轮胎工厂中一般用于成型工序。

2.2.3 升降式抓手型

升降抓手型EMS小车如图14，采用升降带、升降电机、卷筒等装置驱动可升降的抓手进行货物的取放。在轮胎工厂中一般用于硫化工序，向硫化机运送生胎时使用，也有少数在成型机取生胎时使用。

小结:EMS的使用可以大量节约地面空间，但是实施成本相对较高。

（1）移动式载货框型：高速运行时，生胎可能产生位移，一般放胎时需要重新定中。

（2）固定式载货框：只能在成型工段使用，需要提升机配合使用。如果对效率和信息化要求不是非常苛刻，托式悬挂链成本优势明显。

（3）升降式抓手型：可以做到最高的运行效率，成本相对较高。

3 EMS小车关键技术介绍

3.1 系统结构

因不同设备供应商的设计方案不同，各家EMS小车设备的系统结构也略有不同，但基本机构相似，如图15所示。

上位控制系统的指令传到EMS小车的地面控制柜；地面控制柜的控制器（一般是PLC）进行处理，再由地面控制柜的无线网络模块将经过处理的指令传输到货笼控制柜中，最后EMS小车执行相应指令。

3.2 主要部件

载物车、轨道、支撑结构，如图16所示。

3.2.1 载物车

包含：货笼框架1，水平运动驱动电机2，垂直运动驱动电机3，生胎抓手4，保险舱口5，附带控制柜6，如图17所示。

3.2.2 行走控制单元

SICK的OLM条码定位系统，采用摄像识别条形码图像再转化成位置信息的方式，可以实现几乎不限距离的定位，定位精度较高。但是在温度高、灰尘大的硫化车间，纸质条码容易受损，造成故障。所以硫化车间EMS小车建议采用金属编码尺的P+F WCS系统。如图18、图19所示，其他车间两者均可。

① 光电原理（红外线对射）；② 编码尺0.1~327 m；③精度±0.4 mm；④最大移动速度12.5 m/s

① 摄像识别条码；② 条码长度0~10 000 m；③重复精度0.15 mm；④最大移动速度10 m/s，如图20所示。

3.2.3 升降装置

移动式载货框型、升降抓手型EMS小车均有升降装置如图21，基本相同。

采用电机同轴联接升降卷筒的方式保证四条卷绕带运动同步，以达到良好的同步效果。

3.2.4 行走控制

（1）每台EMS小车有传感器检测前方是否有障碍，有障碍则减速直至停止，如图22所示。

（2）每台EMS小车的位置、速度信息传递到地面控制单元。地面控制单元经过计算确定每台小车位置，如有碰撞风险，则下达指令减速或停止避让。对系统实时性要求较高，如图23所示。

（3）如图24所示，在弯道区域不能检测前方小车时，本车接受速度、位置信息，若在前方转弯区域有EMS小车时，后续小车会原地待命以防相互冲撞；在直线区域前方装载点上另有小车作业时，本车接受前车的速度、位置信息，后续小车会接近至安全距离位置。

3.2.5 安全防护

如图25所示，从安全角度考虑，EMS小车行驶路径的下方若有人员通过或工作，应布置防坠网。如因厂房承重能力、净空空间高度、支柱布置等原因无法设置防坠网需要有其他防护措施保证人员安全。

如图26所示，EMS小车卸货区域动作频繁，建议设置防护栏，避免人员误入。

如图27所示，部分升级抓手型EMS设置有保险舱口，抓手上有轮胎时，舱口关闭，防止轮胎意外坠落。升降抓手作业时，舱口开启，不影响正常升降动作。

3.2.6 维修保养

如图28所示，在行走区域的某一段，轨道采用可以整体移动的设计，下指令让需要维修的EMS小车停在该区域。然后让轨道连同EMS小车整体移动至平行的维修区域，将EMS小车移动到合适的维修位置。行走区域的轨道可以移动回去，快速复原，减少对整个系统运行的影响时间。同样的，修复好的EMS小车也可以迅速返回系统工作。

4 轮胎行业主要EMS厂家及产品

轮胎行业主要EMS厂家及产品见表1。

表1 轮胎行业主要EMS厂家及产品

4.1 CIMCORP公司

EMS小车是cimcorp除了龙门机器人以外的另一核心产品，各项技术参数在轮胎物流自动化行业处于世界领先地位。行走及升降速度，为行业内最高值。如图29所示。

主要业绩：

佳通轮胎：美国工厂硫化每条地沟使用一个环线配合7辆EMS小车进行硫化机的供料。

森麒麟轮胎：泰国、青岛工厂的半钢成型、硫化工段均采用EMS小车。

4.2 SMC

SMC是韩国著名的自动化解决方案供应商，目前和萨驰合作，积极拓展中国市场如图30。

主要业绩：

为印度CEAT轮胎工厂提供28台EMS小车。

为印度MRF轮胎工厂提供14台EMS小车。

为玲珑轮胎招远工厂提供39台EMS小车。

4.3 SFA

SFA前身是三星物流研究所，1998年成立公司后，经过20多年发展，现已成为韩国规模最大的物流自动化设备制造公司，2017年自动化行业实现年营收13.2亿美元。如图30所示。

主要业绩：

为锦湖轮胎美国乔治亚工厂、中国南京工厂成型及硫化车间提供EMS。

为广西玲珑轮胎半钢成型车间（24 750条/天）提供3套EMS环线，26台小车；硫化车间（22 000条/天）6套EMS环线，42台小车。

4.4 韩国现代自动化公司

韩国现代自动化公司2007年起与无锡惠元机械合作在中国轮胎行业进行工厂自动化的设计、制作、安装及调试等。在双方经过长期合作及磨合，于2014年签署了长期战略合作及其公司在物流自动化核心设备的经销权，如图31所示。

主要业绩：

韩泰（重庆）工厂一期年产600万条，每条沟（单面排列13台）26台硫化机，4条地沟。每条沟的EMS小车数量为10+1（备用）；

赛轮（黄岛）工厂一期年产1 000万条，每条沟（单面排列13台）26台硫化机，6+半条地沟（有一条沟是9台硫化机）。每条沟的EMS小车数量为8+1（备用）；

4.5 蓝英自动化装备有限公司

蓝英自动化装备有限公司，承接了佳通安徽工厂生胎立库&自动转运项目，在生胎转运部分，采用直线型EMS，如图32所示。

4.6 青岛软控

青岛软控是国内著名的橡胶机械的生产商，也为轮胎工厂的物流自动化提供解决方案。

在万力轮胎有重载、低速EMS小车的实施经验如图33。轮胎行业高速EMS小车实验中。

5 总结

（1）全钢车间，轮胎较重，EMS小车在空中输送，安全措施要求高。

（2）半钢成型车间，EMS小车需要占用大量的现场空间且成本高，优势不如托式悬挂链。半钢硫化车间，要求送胎效率高，环线EMS小车是建议首选方案。

（3）轮胎行业EMS以Cimcorp技术实力最强，实施案例多。韩国企业SMC、SFA、现代等厂家均有成功的实施经验。国内企业尚未有硫化环线EMS实施成功的案例，目前不具备相应的技术实力。

（4）EMS小车是一种在特定水平单轨上运行的空中悬挂输送系统，可搭载多套独立的EMS自行小车。采用模块化设计，可根据需要设计成多种布置形式；PLC控制、滑触供电、变频调速或伺服控制、多种导航方式（二维码或WCS编码尺）等，具有自动分岔及合流、自动输送、空中贮存、精确定位，故障自诊断、远程监控等功能。