摘要：介紹了無人全自動行車系統(tǒng)構(gòu)成，包括車上局系統(tǒng)和地上局系統(tǒng)，闡述了無人全自動行車的功能、流程，使鋼鐵企業(yè)的庫區(qū)物流自動化得以快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無人全自動行車;系統(tǒng)構(gòu)成;功能流程;物流信息化

0 引言

我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展為無人全自動行車在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用提供了技術(shù)保障。無人全自動行車系統(tǒng)在CLTS行車基礎(chǔ)上，增加了三維成像、防搖、安全保護等硬件設(shè)備，增加了行車自動控制、庫區(qū)自動管理等相關(guān)軟件，實現(xiàn)了庫區(qū)及行車的全自動無人作業(yè)與管理，這不僅減小了工人的勞動強度，提高了勞動效率，而且降低了人員安全作業(yè)風(fēng)險，提高了倉庫空間利用率，實現(xiàn)了物流信息化。

1 無人全自動行車系統(tǒng)構(gòu)成

無人全自動行車系統(tǒng)主要由UACS（庫區(qū)管理）系統(tǒng)、行車電控PLC系統(tǒng)、防搖控制器系統(tǒng)、SRS框架車掃描系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、鋼卷十字滑臺掃描系統(tǒng)、無線系統(tǒng)、急停系統(tǒng)等組成。無人全自動行車在接收到UACS系統(tǒng)下發(fā)的指令后，行車電控PLC系統(tǒng)根據(jù)指令要求到達目的位置并抓取鋼卷，按照指令要求放置到指定位置，行車防搖控制器系統(tǒng)主要用于穩(wěn)定行車吊運、給定行車速度等。無人全自動行車具備自動、遠程遙控、司機室駕駛3種運行模式，運行模式在地面的PC機上和行車上進行切換。

1.1? ? 無人全自動行車車上局系統(tǒng)

無人全自動行車車上局部分由行車本體PLC、變頻器、工控機、各類傳感器以及通信網(wǎng)絡(luò)等組成。無人全自動行車車上局架構(gòu)如圖1所示。工控機通過ThernetIP通信接口采集行車的縱行（X軸）和橫行（Y軸），通過以太網(wǎng)與地面控制系統(tǒng)、夾鉗控制系統(tǒng)、防搖傳感器、顯示屏和鞍座占位掃描儀等設(shè)備通信。系統(tǒng)配置主要包括主控箱、夾鉗控制傳感器、車載終端、X軸（大車）激光位置檢測傳感器、Y軸（小車）激光位置檢測傳感器、Z軸位置傳感器、防搖檢測傳感器等部分。X軸、Y軸、Z軸從行車的大車、小車和主鉤3個維度方向，將每個物料信息與庫區(qū)存放位置三維坐標一一對應(yīng)。

（1）主控箱：行車自動控制的中樞，采集激光測距傳感器、行車電控、夾鉗傳感器等各類數(shù)據(jù)，并接收地面UACS系統(tǒng)發(fā)送的行車作業(yè)指令，控制行車實現(xiàn)自動控制。（2）駕駛室觸摸屏：顯示X軸、Y軸、Z軸位置，接收并顯示服務(wù)器發(fā)送的作業(yè)命令，指導(dǎo)行車操作員進行吊運作業(yè)，并對作業(yè)實績進行處理與返回。（3）防搖檢測傳感器：檢測夾鉗的擺動角度提供給行車控制系統(tǒng)，實現(xiàn)行車運動過程中的防搖控制。（4）鞍座占位檢測掃描儀：為保證行車在吊運過程中，由于信息流出錯或者其他原因?qū)е碌陌白畔⑴cUACS系統(tǒng)信息不匹配，避免發(fā)生砸卷情況，在小車上安裝兩套激光掃描設(shè)備，用于檢測夾鉗下落位置是否有異物存在，若有異物，則UACS系統(tǒng)將發(fā)出警報并停止工作。（5）狀態(tài)顯示屏：用于顯示自動、人工、遙控、檢修等行車狀態(tài)信息。（6）行車電控PLC、傳動系統(tǒng)、常規(guī)傳感器：實現(xiàn)行車基本的人工控制。（7）遙控器：在需要人工干預(yù)的時候，地面作業(yè)人員無需上車即可進行人工遙控控制。

1.2? ? 無人全自動行車地上局系統(tǒng)

無人全自動行車地上局系統(tǒng)包括：（1）無線網(wǎng)絡(luò)，將行車作業(yè)指令與物料信息無線傳輸給UACS車上局系統(tǒng)以及提供手持機的網(wǎng)絡(luò)通道，引導(dǎo)行車自動作業(yè)。（2）地面格雷母線發(fā)振單元，用于行車大、小車的位置檢測。（3）庫區(qū)安全管理及警示系統(tǒng)，實現(xiàn)封閉區(qū)域的安全管理、機組出入口吊運/車輛通道/車位/人行通道的安全警示、設(shè)備連鎖與鋼卷占位信息獲取。為了保證庫區(qū)的安全生產(chǎn)，在庫區(qū)配置安全管理與警示PLC系統(tǒng)，采用Siemens S7-300系列CPU，在庫區(qū)現(xiàn)場根據(jù)現(xiàn)場情況配置S7-300子站（子站之間如果超過150 m，采用光纖連接）。在庫區(qū)配置ASI網(wǎng)關(guān)，庫區(qū)的安全門鎖、按鈕、指示燈等傳感器均采用ASI接口，連接至就近的ASI網(wǎng)關(guān)（每個ASI網(wǎng)關(guān)連接的ASI線纜最大長度為200 m）。主要具備如下功能：封閉區(qū)域的安全管理、機組出入口吊運的安全警示、設(shè)備連鎖與鋼卷占位信息獲取、車輛通道安全警示、車位吊運安全警示、人行通道安全警示。（4）其他部分，包括安全門、手持機、終端、UACS車輛離位檢測系統(tǒng)（框架車）、UACS入庫卷自動掃描系統(tǒng)、UACS緊停系統(tǒng)、FDAA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。無人全自動行車地上局部分網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。（5）地面管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能，包括作業(yè)計劃管理、路徑規(guī)劃及禁駛區(qū)域避讓、行車作業(yè)跟蹤管理、作業(yè)實績管理、作業(yè)模式管理、庫區(qū)信息的管理和配置、庫位推薦、待出庫鋼卷的管理等。（6）形狀識別系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能包括車輛入位、檢測車輛位置及落卷位置、檢測物料的形狀及物理坐標等，手持機應(yīng)用軟件功能包括入庫物料信息確認、出庫物料核準、盤庫操作等，安全管理與警示系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能包括封閉區(qū)域管理、設(shè)備連鎖管理、現(xiàn)場安全警示等。

2 無人全自動行車功能、流程介紹

2.1? ? 準備功能

無人行車在自動運行過程中，通過電文通信的形式和WMS進行數(shù)據(jù)交換，通信為1 s發(fā)送數(shù)據(jù)一次，與防搖的數(shù)據(jù)交換時間為20 ms。行車自動運行的動作可分為兩大部分，即取卷和放卷過程。

首先，當(dāng)行車從遙控狀態(tài)切到自動狀態(tài)后，此時自動過程運行還沒有開始，如果行車自動準備好，行車會向WMS發(fā)出請求計劃指令。WMS根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)情況判斷是否生成吊運指令，如果沒有吊運指令，則會發(fā)出回停車位的指令坐標，行車會按照指令回停車位。

當(dāng)有吊運信息時，WMS會生成吊運指令，同時將吊運鋼卷的X和Y坐標、旋轉(zhuǎn)角度等信息發(fā)送給行車電控PLC，并發(fā)送計劃執(zhí)行指令（AUTO_CMS_IN_Control_word.C1）。

電控PLC進行數(shù)據(jù)解析，取出吊運鋼卷的大小車運行目標位置，同時將此坐標傳給防搖設(shè)備，此目標位置的坐標為鎖存信號，只有當(dāng)電控PLC接收到的目標位坐標發(fā)生變化之后才會隨之變化，其他時候不變。電控PLC讀取的位置坐標實時傳輸給防搖設(shè)備和WMS，用于進行位置判斷。

電控PLC程序接收到（AUTO_CMS_IN_Control_word.C1）這個指令后，將自動過程開始運行（AUTO_Process_Run）置1，并鎖存。此時自動過程開始。

2.2? ? 無人行車流程介紹

首先進行取卷過程，電控PLC根據(jù)取卷目標位和當(dāng)前行車位置進行判斷，當(dāng)出現(xiàn)差值（>30 mm）后，會向防搖設(shè)備發(fā)送運行允許指令。防搖設(shè)備接到此指令后，鎖存電控傳輸?shù)拇笮≤嚹繕宋坏淖鴺?，并根?jù)當(dāng)前位置進行判斷和計算，生成控制行車運行的大小車的運行方向和運行速度等數(shù)據(jù)，傳輸給電控PLC。電控PLC將防搖設(shè)備給出的方向信號和速度信號傳給大小車的變頻器，進而控制行車運行，向目標位置走行。

當(dāng)?shù)竭_目標位置±30 mm內(nèi)時，防搖設(shè)備判斷到位，取消運行指令、方向指令和速度給定。如果此時電控PLC檢測到?jīng)]有到位，則會繼續(xù)向防搖PLC發(fā)送運行指令，如果判斷到位，則向WMS發(fā)送請求下一計劃指令，此時自動過程運行指令復(fù)位。

WMS接到請求計劃指令后，發(fā)送取卷（AUTO_Hoist_ObjPos_Z_To）坐標，行車根據(jù)所收到的Z坐標，控制起升變頻器下降，并根據(jù)起升高度絕對值編碼器的高度位置反饋值進行位置控制。當(dāng)高度下降到AUTO_Hoist_ObjPos_Z_To+450 mm時，進行對中檢測，找卷心。找卷心過程是通過電磁鐵上的開關(guān)量限位（根據(jù)電磁吊具上的4個對中限位來進行判斷），根據(jù)限位的遮擋情況，控制大車、小車進行微調(diào)，直到對中限位都出現(xiàn)，開始繼續(xù)下降。電磁鐵繼續(xù)下降到AUTO_Hoist_ObjPos_Z_To-150 mm后停止，當(dāng)接收到就位指令后，開始勵磁。收到勵磁完畢指令后，起升電機上升，指導(dǎo)防搖位，電控PLC向WMS發(fā)送請求下一計劃指令，等待落卷過程。

WMS接收到請求指令后，向電控發(fā)送包含落卷位置信息的電文數(shù)據(jù)，電控PLC進行數(shù)據(jù)解析，進行上述動作。大小車到位后，防搖取消運行指令，電控發(fā)送請求下一計劃給WMS。

WMS接到請求后，發(fā)送落關(guān)坐標（AUTO_Hoist_ObjPos_Z_To），電控PLC根據(jù)此坐標值控制起升電機下降，直到AUTO_Hoist_ObjPos_Z_To-150 mm處停止，同時落關(guān)到位（LIFTER_I_NoLoad）置1，此時電磁鐵去磁。當(dāng)收到去磁完成信號后，起升電機開始上升，直到防搖位，之后向WMS發(fā)送請求下一計劃指令。

3 結(jié)語

目前無人全自動行車已在越來越多的企業(yè)工業(yè)成品庫區(qū)得到應(yīng)用，不僅提高了作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，解放了大量人力勞動，還改善了工作環(huán)境，提高了庫區(qū)利用率，延長了設(shè)備使用壽命，使起重作業(yè)更簡單、快捷、安全、高效。隨著無人全自動行車技術(shù)的不斷完善和成熟，鋼鐵企業(yè)的庫區(qū)物流自動化得以快速發(fā)展。

[參考文獻]

[1] 上海寶信軟件股份有限公司.寶信軟件全自動無人行車技術(shù)方案[Z].

[2] 彭瑜，王健，劉亞威.智慧工廠：中國制造業(yè)探索實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.

收稿日期：2020-06-04

作者簡介：陸遠程（1983—），男，河南人，工程師，研究方向：電氣工程與自動化。