板坯库天车作业指导系统的设计与应用

天车(又称桥式起重机)是搬运大型物资不可缺少的设备,在冶金、建筑、化工、汽车、港口物流等行业应用广泛,主要用于物料的起重、运输、装卸、安装等作业.天车作业机械化程度高,起重负荷量大,劳动强度低,而且可以在恶劣的条件下工作.

传统的人工指挥天车作业的方式通常具有以下缺点：天车吊运作业时需要地面人员指挥,人身安全不易得到保障；定位精度较低,操作出错率较高；库区查找物料困难；生产管理的数据不能与库区物料信息数据同步.所以,传统的人工指挥天车作业不仅存在安全隐患,而且会降低物料搬运的效率.

本文研究的天车作业指导系统,建立在企业生产管理执行系统的基础上,实现了地面无需天车作业指挥人员以及物料信息的实时跟踪,特别适合于作业环境恶劣、出入库作业频繁、物流作业实时管理的大型仓库.下面以某板坯库为例进行介绍.

板坯库概况

板坯库作为钢铁企业生产过程的中间环节,既是炼钢工序的成品库,又是后续热轧工序的原料库,因此,板坯库的物流管理状况对于协调炼钢能力和轧钢能力、保持整个生产过程的均衡,起着至关重要的缓冲作用.板坯库工作环境恶劣,室内温度高达50℃以上,日出入库物料多达3万吨,品种规格繁多,因此需要实时掌握板坯库的物流状况,保证各工序正常生产.

某板坯库的平面布局如图1所示,板坯库长130米,宽120米,分为4跨,每个跨划分为两列,每列划分为28个垛位,每个垛位上最多可以放置12块板坯.库内配置有4台天车,每跨一台.库区内横亘两条板坯运输辊道,下面的辊道为入库辊道,接收来自炼钢生产工序的连铸坯.上面的辊道为出库辊道,与入炉辊道相连,向热轧工序提供合格连铸坯.

板坯库存在三种主要物流作业,即入库作业、出库作业和倒垛作业.

板坯入库作业：板坯库管理人员根据入库板坯信息和板坯库库存情况,选择入库板坯存放垛位；运输辊道将入库板坯运输到目标跨；天车将入库板坯从入库运输辊道吊放到目标垛位.

板坯出库作业：板坯库管理人员根据出库板坯放置信息和出库计划(轧制计划),向有关天车下达板坯出库指令；天车根据出库指令将出库板坯从目标垛位吊放到出库运输辊道上.在出库作业过程中,四跨的天车必须相互配合,防止板坯出库顺序产生错误.

板坯倒垛作业：由于存在板坯出库顺序与板坯放置顺序不一致的情况,或者要出库的板坯上面还有其他未出库的板坯(障碍板坯),因此存在倒垛作业,即将障碍板坯从一个垛位吊放到同跨的另一个垛位上.在进行板坯倒垛作业时,板坯库管理人员根据出库板坯放置信息和出库计划,选择板坯倒垛的目标垛位；然后天车将板坯从原垛位吊放到目标垛位.

天车作业指导系统的设计

天车作业指导系统的实施要求天车具备定位设备和通信设备.目前比较常用的天车定位设备有激光定位设备和格雷母线定位设备,通信设备有广谱无线电波通信和红外线激光数据传送系统.图2为使用激光定位和广谱无线电波通信方式的天车作业指导系统.

在此系统中,主机为生产管理执行系统(MES)的终端,与热轧厂的以太网相连,进行板坯库的物流作业管理.天车工作站是一个工业计算机系统(IPC),安装在天车操作舱内,天车作业指导系统就安装在该工作站.IPC有若干个RS232接口,通过连接箱与定位装置连接.定位装置为激光定位设备,可以实现天车x方向和Y方向的定位.广谱无线电通信系统的基站安装在板坯库区一侧,连入热轧厂的以太网中,向板坯库区发射半球形信号,可以覆盖整个库区,将主机的天车作业指令传输到相关的天车工作站.

天车作业指导系统包括库区数字化模块、作业指导模块、查询模块、通信管理模块和系统管理模块.

将物理库区转化为逻辑库区,对垛位和库内运输设备进行坐标化管理.主要功能包括：垛位数字化管理(增加、修改、删除)和运输设备数字化管理(增加、修改、删除).

对天车的入库、出库和倒垛作业进行指导,并在天车操作人员发生错误操作时进行报警.如果将天车的运行控制器(PLC)与该模块相连,可以实现天车作业自动化.主要功能包括：作业指令显示、作业指导(入库、出库、倒垛)和作业实绩反馈.

主要功能包括：作业指令查询、作业实绩查询和有关统计查询.

天车作业指导系统与相关的系统采用TCP／IP通信协议.为保障天车工作站与主机的正常通信,需要设置正确的天车工作站IP地址和端口号等.天车工作站提供串口与激光定位装置相连,需要调整计算机的串口参数来接受激光定位装置传送的数据.

包括一些系统参数的修改、不同权限的设置、文件备份、日志查询等附属功能.

结合板坯库的主要物流作业,设计出天车作业指导的主要流程,参见图3.

在此以1号跨内的天车作业为例,介绍天车作业指导系统的应用情况.天车作业指导系统的界面为指令显示区域、位置显示区域、通信状态区域以及按钮区.通过点击上方的按钮可以将指令显示区切换为显示入库指令、出库指令或倒垛指令.为了配合天车从辊道上吊取板坯或放下板坯,天车司机可以通过点击“辊道封锁／解锁”按钮来向主机做相应请求.此外,天车司机还可以点击“轧制计划”按钮来查看主机发过来的轧制计划(出库计划).如果天车司机点击“无指令”按钮时,那么他将不能选择任何指令,但仍可以自行移动天车进行作业,以便天车进行临时的无指令作业.设置按钮可以对系统进行参数设置.最后的库位图按钮可以将系统加载的库位文件以图形的形式表达出来,供天车司机参考.

下面以天车司机执行主机发送的一条搬运指令为例进行说明.

此时天车的坐标为(18.56,22.36),天车司机选择指令显示区域内一条可执行的指令后,点击“执行”按钮(随后标题变为“取消”),前往2C3位置(1950,-520)(cm)吊取N1231号部件,这时位置显示区域的某个箭头变绿来指示天车应该前进的方向；到达2C3位置后,点击吊起(随后标题变为“放下”),天车下钩吊取N1231号板坯,然后又前往201垛位.到达201号垛位后点击“放下”按钮,将部件放下,这样天车就完成了一条搬运指令的执行.

天车作业指导系统每执行一个动作(吊起／放下／取消等),都将动作结果以电文的形式反馈给主机,这样管理执行系统内的板坯位置数据等能够与实际物流保持一致.

钢铁企业板坯库在应用天车作业指导系统后,无需地面管理人员的指挥,大幅提高了作业效率,缩短了作业时间,减轻工作人员工作量,大量减少管理人员；同时也可为企业降低库存,缩短生产周期.由于天车作业指导系统的应用实现了仓库物料管理信息的实时化,因此可以进一步提高企业生产管理信息化程度,有助于企业的生产信息化步入一个新阶段.