多功能行车无人化及其数字化管理系统应用

2021-12-13王冉韩栋

科技研究·理论版 2021年9期

王冉韩栋

摘要：社会在进步，公众的生活质量不断提升，焙烧行车操作环境相对艰苦，随着自动化、数字化及信息化装置的不能升级，焙烧车间天车实现无人化势在必行，但在行车无人化系统的运行过程中，应该整体保障它的运行稳定性，不断优化它的运行效率，以此来更好地提高碳素车间的生产效率和安全保障。对于无人碳素行车系统来说，自动化、数字化、信息化技术的广泛应用，着实为无人行车系统的发展完善带来了新的契机。本文将科学全面地分析无人行车及其数字化管理系统在铝用阳极碳素焙烧车间的应用实例。

关键词：无人碳素行车系统;自动化技术;数字化管理;应用

引言

经济在发展，社会在进步，公众的生活质量不断提升，生产企业高效能建设、自动化运营水平不断提升，起重机在生产制造领域发挥的作用越来越重要，尤其是随着工业化进程深入推进，在货物搬运、基础设施建设、设备吊装等多个领域越来越依靠起重机械设备的作用。虽然我们国家和国外发达国家相比，在技术力量、人员队伍建设等方面还存在不小的差距，但随着科技水平不断提升，起重机械设备应用和研究技术也将越来越向着纵深方向发展，为推动工业和经济建设可持续健康发展奠定基础，提供强大的有力支撑。加强新形势下自动化技术在起重机械上的应用和发展探索，具有重要的现实意义。无人天车技术应用到车间生产中，大大提高了生产效率，节约了劳动成本，给企业带来了长久的经济效益，在一些高危的行业装备无人天车系统，避免了对人体造成伤害，生产更加安全。

新疆农六师碳素有限公司行车的无人化技术的成功实现是对提高铝用碳阳极生产效率的一种相当有效的技術，对人力成本的降低有很大帮助，可以保障生产过程的安全性。为了加快促进铝用碳素行业安全性、经济性稳定发展，有必要加强碳素行车无人化技术及其应用的推广，明确无人碳素行车技术发展方向，为我国铝用碳素焙烧天车无人化事业优化发展奠定良好基础。

1自动化技术

自动化技术是一个复合型的技术总体，在社会实践中扮演着非常突出的作用。自动化技术既融合了传统的技术形态，同时也融合了先进的信息技术、控制技术、计算机技术等。比如在机械制造过程中，自动化技术在应用过程中，其控制技术发挥着关键性的作用，能够实现自动化控制以及自动化运行，这在很大限度上提升了生产效率，也节省了人力资源的投入。

2自动化技术在碳素焙烧无人行车系统中的应用

2.1 PLC技术在碳素焙烧无人行车自动化控制中的应用

PLC技术是自动化技术中的一种，同时这种控制技术具有可编程的特点。因此将这种技术应用于碳素焙烧无人行车系统的运行过程中，对于提高行车系统本身的各个部分的指令控制具有更为精确的效果。而基于外部传感器传输的信息数据采集、记录、运算等方面，也能提高精度。这对于无人行车系统控制过程中的柔性操作、智能化操作等也会具有更为现实的意义。

2.2 传感器技术在碳素焙烧无人行车系统中的应用

根据碳素行车本身的作业流程，采用合适的传感器来收集行车各个机构的位置信号，以及行车系统所需要反馈的各种点位信号，将这些外部信号接入PLC，通过编程来实现单步的自动化控制。

3工程案例

新疆农六师碳素有限公司焙烧车间拥有包括装炉、出炉、布料、吸料、焙烧等流程的完整碳素块生产系统。公司通过信息化、智能化手段实现智能制造，达到安全生产管理、减员降本增效的目的。下面详细介绍各系统的建设实施和功能原理。

3.1 行车定位系统

3.1.1 大车定位

大车定位系统采用格雷母线进行定位，实时检测大车在整个库区的运行位置，并将位置数据发送给PLC控制系统。大车格雷母线安装在大车运行轨道的一侧，安装条件良好。

3.1.2 小车定位

小车定位系统采用格雷母线进行定位，实时检测小车在整个库区的运行位置，并将位置数据发送给PLC控制系统。小车格雷母线安装在小车运行轨道的一侧，安装条件良好。

3.1.3 夹具升降定位

夹具升降采用安装绝对值编码器进行高度定位，将车上原有超速开关拆除，安装绝对值编码器，编码器采用Profinet通讯，将当前夹具的实际高度发送给PLC控制系统，

PLC控制夹具升降变频器上下运动，实现夹具在高度方向的精准定位，定位误差小。

3.1.4 吸布料管升降定位

在吸布料管卷筒上增设高度限制器并安装绝对值编码器，实线精确定位。

3.1.5 夹具开度检测

直接在夹具低端安装激光测距检测夹具开度较为困难，因此采用间接测量的方式进行检测。在原夹具升降杆的延伸处安装激光测距，检测夹具动作时升降杆的高度变化，再通过机械结构计算夹具开度，实现夹具开度的检测。

3.2 行车电控系统

3.2.1 行车PLC升级方案

行车上增加一套PLC控制箱与原行车的PLC控制系统通讯，实时接收数据，传输指令已达到控制目的。CPU模块采用RX3i系列的IC695CPE305，配有电源模块，以太网通讯模块，串口通讯模块，以及数字量，模拟量输入输出模块。机柜位置可布置在电气间门边墙壁上，与原行车的PLC控制系统采用Profinet通讯。

3.2.2 激光料口识别方案

本系统通过行车上安装2套2D激光扫描仪实现行车下方焙烧料想口的识别。

行车在焙烧料箱口上方定位后，通过2D扫描仪的数据确认行车停车误差，确保夹具升降的位置不发生碰撞。

3.2.3 与生（熟）料块上料系统通讯

行车主控系统与生料块系统通讯，接收存储舱目标碳素块的位置信息以及目标炉箱的位置信息，根据位置信息确定行车的运动轨迹。完成装箱后，炉箱和存储舱的碳素块存储状态会反馈给上料系统，并存储相关数据信息。然后另一台行车会接收到布料指令，到该炉箱位置进行布料。布料完成后的状态也会反馈给上料系统，并存储相关数据信息。

3.3 行车调度系统

3.3.1 无人化调度功能系统架构

无人化调度系统主要包括库存管理及行车调度两大主体部分，对接L1设备层和L3生产管理层，实现设备离散分布，集中调度、控制、展示。

行车调度系统，根据已有计划信息、设备状态，进行自动搬运，完成生块入库、熟块出库、吸料、布料功能。路径规划，针对人机交互安全策略，保障人工作业区域内不进行自动作业。

3.3.2 大屏展示

大屏展示由视频监控、人机交互、数字化管理系统组成，最终通过大屏显示。

人机交互界面位于主控室，操作前需进行权限验证，可实时监控现场库存状态、设备信息，并进行远程人工干预。下图作为示意图，后期根据现场尺寸、设备等进行1：1还原。

可对具体设备（如行车）进行状态查询、远程控制。

数字化管理系统可进行在线组态，根据需求，实现生产数据统计、设备测点信息实时监控、历史信息查询、数据图标驾驶舱等。

结语

综上，新疆农六师碳素有限公司焙烧车间多功能行车已经可以实现自动化装炉、出炉、吸料及布料等功能，并通过客户端软件进行作业调度。该行车的无人化很大程度上提高了焙烧多功能天车的效率，保障了行车操作的安全性，使一人同时控制多台行车不再是难点，大大节省了人力资源。

无人碳素行车系统已经拥有比较成熟的技术支撑，不仅可以提高焙烧车间工作效率，还可以提高铝用阳极生产过程的安全性，减少人力成本。所以，新疆农六师碳素有限公司焙烧多功能行车的无人化技术在铝用阳极及其他相似行业发挥的作用是非常巨大的，可以推动社会经济的发展和进步，推动行业的发展，促进企业长久发展。