技术引领，开启有色金属领域新篇章—阳极铜堆场智能重载搬运系统介绍

供稿/胡晓飞 采编/马 晨

电解铜生产是铜冶炼业的核心方法之一，用于从铜矿石或废铜中提取高纯度的铜金属，生产各种铜制品，如导线、管道、合金等。其生产工艺包括矿石选矿、熔炼、电解、收集和提炼等主要步骤。该生产工艺具有高效、环保特点，因此在工业领域中得到广泛应用。在电解铜的生产过程中，阳极板转运存储是铜冶炼智能化生产中重要的物流环节，需要将精炼车间产出的阳极铜板转运到电解车间进一步加工。在现有的工艺中，阳极板往往通过叉车，货车等搬运式交通工具在厂内进行运输，不仅成本高，效率低下，危险系数高，且无法24 h 不间断作业。众多电解铜生产企业在阳极板转运存储环节，有着强烈的智能化升级的内在需求。

北京起重运输机械设计研究院有限公司( 以下简称北起院) 作为智能搬运系统的重要生产企业，结合电解铜阳极板厂内物流智能化升级的发展潮流，融合阳极板以组为单元进行专用货架存放的工艺特点，研制阳极铜堆场智能重载搬运系统，突破传统起重机技术架构，集紧凑性结构布置，同步性传动设计，高精度精确定位及5G数据互联等多项先进技术与一体，实现阳极板堆场搬运机械的全面智能化提升。下面以我司与某电解铜生产企业合作的铜阳极板厂内物流智能化升级项目为例对该系统进行介绍。

设备应用场景描述

本项目以工业5G 通讯技术为基础，通过阳极铜堆场智能重载搬运系统与RGV 等物流设备的接驳，实现阳极板转运、存储；通过AI算法、自动避障、柔性调速自动运行、智能调度系统等核心技术，实现阳极铜堆场智能重载搬运系统智能调度与控制，针对铜冶炼核心工艺对物流配送路径和运输模式的精益化规划，最终实现物流转运路径和装载的优化。

阳极板厂内物流工艺如（图1）所示。本项目智能重载搬运系统包括3 台25 t 智能接力门式起重机（以下简称门机）（图2），1 台25 t 货场智能悬臂门机。3 台智能接力门机的工作区域为精炼车间至电解车间的运输路段，该路段全程410 m，共布置了208个货位供转运阳极板。1 台智能悬臂门机的工作区域为电解车间南面的阳极板货场，货场共布置了130 个货物，当精炼车间的阳极板无法提供给电解车间时，将由智能悬臂门机从货场调取阳极板送入电解车间完成生产任务。

图1 阳极铜堆场智能搬运系统工艺

图2 智能接力门机

阳极板转运起始点（精炼车间）位于生产区域的西区，首先由圆盘浇铸机生产成热态阳极板，取板桁架机械手将阳极板抓取至清洗线完成清洗检测工艺后，由RGV 轨道小车将阳极板从精炼车间运送到西侧接驳点，在此1 号智能接力门机全自动与RGV 精准对接，将RGV上的48 片阳极板（约24 t）取出，按照上位调度系统下发的货架位号，自动完成精准入货位，接着由2 号、3 号智能接力门机完成整条转运道路的接力搬运工作，最终在道路东侧接驳点，由3 号智能接力门机与RGV 接驳，将阳极板送入转运终点（电解车间）完成后续的电解工艺。

系统特点及创新点

我司供货的智能重载搬运系统设计结构合理，智能化程度高，能有效帮助客户完成减人增效的优化目标。该项目投产后，每年将为客户节省上千万的厂内运输成本。在技术创新方面，系统从电气技术、智能调度管控系统以及机械结构等多方面有着众多核心技术及创新点。

1）在电控技术及管控平台创新点

①工业5G 专网通讯

本项目为户外工况，转运通道长达400 多米，并与智能悬臂门机货场形成不规则形状工作区域。传统工业有线、无线方式均不适用。经设计评估后，采用工业5G 专用网络进行设备通讯。厂内设工业5G基站，在4 台起重机上均装有5G无线数据终端（图3），通过超低延时5G 网络，与上位系统通讯传输任务指令、状态信息等数据，且在通讯中设置有心跳检测，可实时检测当前网络情况，一旦出现网络卡顿、掉线等情况，现场端起重机随即停止当前任务，原地待机，等待网络恢复后再人工处理先前任务，保证无指挥不运行。

图3 工业5G 数据终端

②高精度定位

传统起重机定位方式为使用机构部件进行相对位置定位，此项目采用绝对位置编码尺定位，全长410 m，户外专用高防护等级。各机构运行时，以绝对位置进行定位，可降低打滑及设备惯性等因素带来的精度损失。现场实测重载情况下定位精度可达±5 mm 以内。

③柔性调速功能

因设备执行搬运任务时，前往的起点和终点位置是确定的，且最大运行速度也已知，所以在人为设定一个柔性加速度后，根据运行距离可反推出设备自动加速运行后的最高速度。通过智能算法生成连续的速度给定到变频器即可实现柔性调速。现场实测运行曲线非常平顺，具有优异的电子防摇摆特性，且比传统多档位调速提高了运行效率，并降低了频繁升降档带来的机械冲击。

④大跨度门机程序纠偏功能

现场的大跨度智能双悬臂门机（图4）主梁总长达42.2 m，两侧支腿间距30.8 m，在吊起24 t 物料后小车停在两侧悬臂上时，大车行走机构运行会出现不同步现象。本项目在主梁两侧支腿加装位置检测装置，实时监测两端运行位移差值，当大于允许值时纠偏功能开启介入，将快的一侧电机速度微降，小于允许值即关闭，实时监测实时调节达到动态平衡。现场测试动态运行时可将偏斜降低至5 mm 以内。

图4 智能双悬臂门机

图5 设备接驳区

⑤设备接驳区智能待机避让功能

现场阳极板出入库RGV 与智能接力门机均需进入东、西两侧接驳区进行货物转运对接，因此设备的时序控制与调度异常关键。为此在智能接力门机进入接驳区之前，设计增加等待区。智能接力门机受上位调度系统的位置管控，在进入接驳区之前在等待区待机，当RGV就位完毕，并获得上位调度系统的进入许可，方可进入接驳区对接RGV。

⑥智能调度系统

智能调度系统（图6）由我司自主研发，在标准的生产流程、规范的操作过程的基础上，根据厂区DCS 相关信息及库存情况等，基于生产管理思想，自主决策阳极板管理方案及智能起重机调度方案，完成设备任务流程管控、上下游作业协同等，实现阳极板转运过程自动化、无人化。

图6 智能调度系统

该调度系统采用工业自动化、IT 信息技术、AI 算法、智能传感与定位、电气防摇、无人驾驶、智能调度、虚拟库区、3D 数字建模、工业无线通讯等行业先进技术，充分结合库区布局、库内业务内容和作业流程，本着智能化、信息化、网络化、减人增效的基本原则进行设计、部署。有效提高库区相关业务的规范化、标准化水平，实现无人化库区管理，辅助生产决策，提升库区安全、作业效率和管理效益以及库区的整体数字化和智能化水平。

2）机械结构设计创新点

①下横梁装设起升动力系统

结合设备的作业特点，突破传统门式起重机结构型式，起升机构布置在起重机一侧下横梁，方案主要优势体现在：将传统门式起重机起升机构顶部设置方案的净空需求高度显著压缩；维保人员携带工器具由原有的攀爬至起重机主梁改换直接在地面开展相关作业，设备维保的便捷性和安全性明显提高。同时另外一侧下横梁安装电气柜、电阻箱等电气装置，整机结构紧凑程度显著提升。

②起升机构立式布置

传统起重机起升机构以平面卧式布置为主，本系统针对起升机构下横梁安装方案，结合起重机宽度尺寸压缩需求，首次采用以三支点减速器立式布置为基础的整套起升机构立式安装（图7）方案，减速器通过起重机中横梁和固定至下横梁的底座进行有效固定，位于减速器上端的输入轴以联轴器、浮动轴等与起升电动机进行连接，位于减速器下端的输出轴则通过卷筒联轴器与四联钢丝绳卷筒对接，整套起升机构以上部设置电动机及制动器，下部设置四联钢丝绳卷筒的立式特点进行布置，充分利用了门式起重机支腿高度空间的同时，有效降低了传统起升机构平面布置导致的车体尺寸超宽缺点。

图7 起升机构立式安装

③四绳联动同步升降钢丝绳绕绳系统

系统考虑户外门式起重机的作业效率要求，采用刚柔并济的特种机械防摇机构，为保证机械防摇机构工作不收起升钢丝绳系统作业时产生的斜拉力影响，总体以四绳联动钢丝绳卷筒为基础，四根钢丝绳自卷筒出绳至楔形绳套收绳全长范围充分考虑活动绳段部分各根钢丝绳长度变动的一致性，确保吊具始终处于垂直升降的作业状态。

④ 刚柔并济机械防摇机构

阳极板在搬运过程当中需要多次进出存储货架进行倒运，因此货架与阳极板的定位误差控制要求精度较高，连续倒运所导致的累积误差消除较为关键，同时起重系统与携带不同安装误差的数百套阳极板存放货架的有效对接也极为关键。为此吊具配置定位套筒与货架配置定位锥进行精准引导定位以避免阳极板取放动作失效故障出现，针对该技术方案起重系统采用传统刚性防摇导柱与自主研发的自适应锥筒底部定位相结合的技术思路，实现刚性与柔性的有机结合，柔性体现为起重机吊具下降至低位能够由原有的导柱锁定防摇状态被释放至吊具灵活浮吊状态以满足吊具对各个阳极板货架精准引导对位要求，刚性体现在吊具升至高位后平移机构运行时可以防摇抑摆的技术性能。机构在刚性防摇导柱底部设置外锥筒，侧壁设置挡块，吊具顶部设置内锥筒，防摇导柱下放至预定高度后，挡块动作阻止防摇导柱继续下降，吊具则继续下放，实现吊具和防摇导柱的有效分离，同时防摇导柱外锥筒和吊具内锥筒分离后的设计间隙满足吊具受货架定位锥的引导进行微动的作业要求。同时外锥筒和内锥筒之间设置拉挂装置，确保防摇导柱卡滞时吊具对防摇导柱的重力牵引作用，达到机构通畅作业的技术目的。

⑤ 阳极板组专用智能吊具

专用智能吊具（图8）由钢丝绳滑轮、吊臂结构、动力开合系统和动力传动机构组成，驱动方案以一台三合一驱动单元连接双连杆带动吊臂实现机械同步以达到实现对阳极板的取放，传动机构简练，同步性稳定可靠。智能技术方面，吊具自带吊臂的打开到位、闭合到位、落到位等系列智能化检测手段，确保吊具取放阳极板动作的精准性。各到位检测措施除电子监测之外，各另外配置独立的机械限位装置，达到吊具各个关键动作冗余设计的高度可靠性。

图8 专用智能吊具

北起院自主研发的阳极铜堆场智能重载搬运系统为铜电解企业阳极板转运工作带来诸多优势和效益。优化阳极板的转运流程，减少人为干预，从而提高操作效率和准确性。降低人力成本，同时减少了潜在的人为错误和事故风险。在危险环境下操作，减少人员接触风险。此外，它可以提供实时监控和报警功能，及时发现并解决潜在的安全问题。帮助企业进行精细化管理和决策，优化流程并改进效率。