能无人天车系统在钢铁行业的运用分析

能无人天车系统在钢铁行业的运用分析

张亮健

阳春新钢铁有限责任公司   529600

摘要：智能无人天车系统在钢铁行业的运用对推动整个行业的转型意义重大，现场作业效率大大提升，而且保证了设备以及人员的安全性。本文围绕智能无人天车系统的特点，对其在钢铁行业中应用的必要性以及系统设计要点进行了简单分析，通过对系统架构、功能等方面的探讨，争取早日实现库区智能化管理，减少对人力的需求，做到生产自动化和高效化。

关键词：智能；无人天车；钢铁行业

    钢铁行业转型是社会经济发展的必然要求，在各种高新技术的支持下，当前已经取得了众多成果，信息化和工业化的融合程度在持续加深，科技创新为钢铁行业下一阶段的发展带来了全新动力。智能无人天车系统的应用，便是对钢铁行业的一项巨大改革，兼具了高效率、低能耗、低污染等多项优势，更好的实现了库区管理无人化与智能化，降低了对人力的依赖性，在保证高效率生产的同时，也为人员和设备提供了更加可靠的安全保障。

一、智能无人天车系统分析

天车在钢铁行业生产中有着不可替代的地位，负责完成货物的搬运与存储，但是以往所应用的天车系统均是人为操作，不仅工作强度高，而且生产效率以及安全性偏低，有较大概率会发生故障。在智能化与自动化技术的支持下，基于原有天车系统，建立更符合钢铁行业生产特征的智能无人天车系统，实现自动吊放、板坯自动查找以及无人驾驶等。智能无人天车系统的作业模式发生了转变，可达到更高生产效率，故障发生率也明显降低，而且降低了人工的依赖性，人员和设备的安全性更有保障，相应各方面所需投入的成本也大大降低，在日常生产中的应用优势更大[1]。

二、智能无人天车系统设计实现

    1.系统功能设计

以智能无人天车系统为支持，可实现钢铁企业库区管理的少人化，甚至是设备操作的无人化，在实际运用中优势突出。面对结构功能复杂的智能无人天车系统，设计时必须要坚持统一调度管理和相互协调基本原则，使其能够适应多种不同环境，具备灵活处置能力。智能无人天车系统设计需要有信息化技术、自动控制技术以及无线通讯技术的支持，完成系统计划层、任务层、命令层、执行层以及基础层的设计，进一步细化便是智能调度系统、管理控制系统、控制系统、微摆动控制系统以及车辆自动识别系统等[2]。各子系统之间数据流的串通可通过以太网技术和无线通讯技术的支持实现，基于交互式双向数据流做到实时通讯，满足天车自动化控制基本要求，同时还可以同步实现库房精准化管理以及物流智能化。

    2.系统网络设计

    为实现钢铁企业自动化与智能化生产，就需要有可靠的控制系统和通讯系统作为支持，以便做好生产流程中各环节的灵活控制以及全面监控，实时掌握生产过程。系统计划层是以以太网通讯为支持，实现三级系统计划信息的获取，在由智能调度系统完成任务管理分配。计划层的工单计划传输给任务层，再由天车控制系统传输给相应天车的控制系统。其中，执行层的无人天车控制系统是通过PLC来实现，完成任务层指定任务的可靠接收，同时结合传感器状态，经过程序连续与逻辑判断完成面向传动设备的命令下达，便可完成相应的动作[3]。其中，中控室内PC监控以及管理人员均可根据现场情况对系统信息进行干预，以及还可采用可持终端灵活监控。

    3.控制系统设计

    3.1PLC系统

    智能无人天车系统可根据生产计划实现自动查找钢卷、自动吊卷/放卷以及自动无人驾驶等，而各项功能的实现均离不开精确的控制。以PLC控制系统为核心的智能无人天车系统，对钢卷位置进行识别并定位，然后自动完成钢卷起吊动作，并通过位置控制达到指定位置后安全放卷，整个流程无需人工操作，既保证了作业效率又提高了作业安全。除此之外，天车的横向、纵向以及垂直各方向位置均可做到准确控制。

    在对PLC控制系统进行设计时，因为天车大车运行距离可以达到几百米长，便需要利用编码电缆来完成位置的精准检测，确定天车所在位置，并满足中央控制室与移动天车间数据传输的要求。以感应无线技术作为支持，无人天车的位置检测系统检测精度可达到5mm，同时检测长度可满足1km应用需求。除此之外，感应天线和编码电缆之间存在着5~30cm的感应距离，因此位置检测精度不会受到天车运行振动的影响[4]。同时，天车小车位置检测是以激光测距传感器为基础，检测精度可以控制在2mm以内，且结果不会受划痕、打滑、材质等因素的影响。

    3.2车辆识别系统

    车辆的识别要通过获取和分析车辆类型、形状、停车位等信息来实现，扫描不同类型车辆信息来确定卷位坐标，对自动装卷和卸卷作业的车辆进行识别确认。以激光扫描系统为核心，对不同形状与类型的车辆信息完成识别，并形成3D形象图，完成上卷位坐标、卷宽度以及外径等信息的测定。

    3.3传动控制系统

    在无人天车系统中，大车/小车行走以及主钩/副钩升降的实现均要有多传动交流变频传动系统的支持，保证速度以及位置的精准控制，这是钢铁企业自动化以及智能化生产的重要条件。通过传统控制电控系统的设计，可完善防摆、防扭等多项控制功能，可提高电机运行的稳定性，减少各类故障的发生，提高设备的使用年限。除此以外，还降低了传动装置的体积，进一步实现紧凑型设计，提高空间的利用率。

    3.4防摆控制系统

    防摆控制系统是智能无人天车设计的重点，因为夹钳下部摆动幅度过大的情况下，天车自动取卷和放卷动作的精准度势必会受到影响，部分情况下甚至会发生钢卷碰撞夹钳的问题，导致钢卷出现损伤，影响生产效率和产品质量。由摆角检测仪对大车、小车移动时的摆角进行检测，再由PLC综合检测到摆角数值以及摆动方向计算对应的补偿速度，利用此来对大车、小车的控制速度给予补偿，将天车夹钳的摆动幅度控制在较小范围内。

    同时，大车、小车的运行速度和位置等数据信息会经由PLC控制系统发送给摆角控制器，待其接收后综合大车和小车运行的所有数据，计算确定摆角补偿速度，并重新发送给天车PLC。最后由PLC控制系统将补偿值叠加给初始设定速度，并利用DP网发送给传动装置，以实现大小车运行速度的控制。

三、智能无人天车应用前景

    智能无人天车系统在钢铁行业中应用的优势显著，对传统天车作业流程进行了简化，无需工人长期攀爬天车，且无需人员对钢卷吊装过程进行现场指挥，即提高了工作效率，又确保了现场人员的安全性，减少了设备故障率与安全事故发生率。并且智能化与自动化水平的提升，明显缩短了钢卷入库、出库信息在处理以及盘库所花费的时间，同时也可避免吊运过程中物料受损，以及无需汽车货运长时间停待，各方面投入的成本大大减少。

结束语：

    钢铁行业作为国民经济的重要组成部分，其能否顺利转型关乎着整个国家的经济命脉。加深对智能化无人天车系统的研究，将其所具有的优势完全发挥出来，实现自动吊放钢卷，降低人力依赖，提高生产效率，延长设备的使用寿命，对推动整个行业的转型意义重大。

参考文献：

[1] 李志亮,李树丰.智能无人天车系统在钢铁行业的应用及展望[J].河北冶金,2023(S1):44-45+66.

[2] 戈帅珍.无人化智能天车安全防护系统分析[J].冶金自动化,2022,46(S1):421-424.

[3] 陈浩.唐钢不锈钢热轧板坯库的无人天车系统应用[J].山西冶金,2021,44(03):172-173.

[4] 王新东,闫永军.智能制造助力钢铁行业技术进步[J].冶金自动化,2019,43(01):1-5.

[5] 王兰玉,冶金行业智能无人天车系统的研发与应用.河北省,唐山钢铁集团微尔自动化有限公司,2017-04-13.