曹 磊(馬鋼股份煤焦化公司 安徽馬鞍山 243000))

1 背景介紹

硫銨是一種無機(jī)物，無色結(jié)晶或白色顆粒，無氣味，易溶于水，硫銨主要用作肥料，適用于各種土壤和作物。還可用于紡織、皮革、醫(yī)藥等方面。

馬鋼煤焦化公司煤氣凈化二分廠原有硫銨2條產(chǎn)線，日產(chǎn)硫銨約90噸；每天24小時(shí)三個(gè)班次產(chǎn)出硫銨(間歇生產(chǎn))，峰值產(chǎn)量最高達(dá)到200包/小時(shí)/產(chǎn)線,。硫銨包裝區(qū)有兩個(gè)獨(dú)立料倉，每個(gè)料倉對應(yīng)一套稱重設(shè)備。硫銨倉庫為一層平面，最高存儲(chǔ)200噸硫銨。

現(xiàn)有設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，全部依靠人工實(shí)現(xiàn)裝包、倒運(yùn)、存儲(chǔ)。存儲(chǔ)區(qū)僅能滿足2天的存儲(chǔ)量，若遇到疫情等不可抗的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，庫區(qū)將出現(xiàn)脹庫。包裝區(qū)每班8人，四個(gè)班次共需32人次，且重復(fù)勞動(dòng)、環(huán)境臟、風(fēng)險(xiǎn)大，屬于3D崗位，不符合寶武對于現(xiàn)場少人化、智能化的要求，因此硫銨包裝倉庫急需進(jìn)行全自動(dòng)化流程改造。

2 建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)硫酸銨成品的自動(dòng)包裝、碼垛、轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲(chǔ)。

(1)設(shè)備合理、倉庫倉儲(chǔ)量不低于400噸，較之前增加一倍存儲(chǔ)量。

(2)包裝、碼垛、倉儲(chǔ)、轉(zhuǎn)運(yùn)、出庫無需人工參與，能做到稱重復(fù)檢、自動(dòng)噴碼等需求，實(shí)現(xiàn)真正的無人化生產(chǎn)線。

3 流程自動(dòng)化方案分析與探討

3.1 硫銨包裝機(jī)自動(dòng)化改造

3.1.1 無人化智能倉儲(chǔ)流程確定

硫銨在斗槽中自動(dòng)稱量到50 kg后 ，設(shè)備自動(dòng)供袋、套袋、縫帶，并通過輸送機(jī)送至機(jī)械手單元進(jìn)行碼垛。托盤自動(dòng)到位，40袋一托盤，通過RGV小車轉(zhuǎn)運(yùn)至庫區(qū)，再由推垛機(jī)送至各個(gè)貨位，全程處于無人化的自動(dòng)操作。

3.1.2 硫銨包裝機(jī)自動(dòng)化改造

原有包裝機(jī)需要現(xiàn)場工人進(jìn)行人工套袋、縫帶，再通過小車推轉(zhuǎn)運(yùn)走，光這兩項(xiàng)工作就需要四個(gè)人進(jìn)行操作，兩條線同時(shí)生產(chǎn)就需要16人，大大耗費(fèi)人力，節(jié)省人力就需要對下料、送袋、夾帶、縫帶等工序進(jìn)行全流程的自動(dòng)化改造。我們將硫銨斗槽保留，斗槽下部的電子稱量及包裝部分全部進(jìn)行拆除改造，采用自動(dòng)稱量、下料，自動(dòng)給袋、套袋、縫袋模式。

(1)控制硫銨自動(dòng)包裝控制系統(tǒng)，我們依托采用西門子S7-1200系列PLC作為主控，全流程的數(shù)據(jù)采集及動(dòng)作執(zhí)行命令均在PLC中進(jìn)行收集和發(fā)出，配有的觸摸屏方便的操作和查詢，在觸摸屏上我們可對包裝機(jī)執(zhí)行動(dòng)的參數(shù)作進(jìn)行設(shè)置，并可看到各動(dòng)作的完成情況。

(2)凈重型電子秤,采用梅特勒托利多最新技術(shù)的，適合于對各種細(xì)小顆粒和粉狀混合物材料進(jìn)行稱重計(jì)量包裝，我們設(shè)定以50 kg為定量，誤差1%，在小料倉底部設(shè)置自動(dòng)切斷閥，根據(jù)光電傳感器給出的有袋信號，若光電檢測到套袋成功，將開關(guān)量信號傳輸給PLC，PLC給出卸料信號，系統(tǒng)自動(dòng)選擇放料一次。當(dāng)被選擇放料的儀表出現(xiàn)“零區(qū)”信號時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)設(shè)定的“延時(shí)關(guān)閉夾袋門”時(shí)間后，關(guān)閉夾袋放料門。

圖1 自動(dòng)包裝流程圖

圖2 自動(dòng)包裝PLC人機(jī)界面

(3)包裝袋自動(dòng)供袋，我們在傳輸平臺(tái)上采用光電傳感器檢測有袋或無袋信號，若檢測光電發(fā)出的紅外光未檢測到有效距離反饋，則供袋機(jī)通過傳輸機(jī)構(gòu)將包裝袋位移至取袋位。下料口袋子的套裝主要由上袋機(jī)機(jī)械手完成，在連續(xù)生產(chǎn)過程中位于取袋位的吸盤將水平放置在備袋平臺(tái)上的袋子吸起來，再用機(jī)械手夾住輸送到開袋機(jī)構(gòu)工位處，當(dāng)開袋機(jī)構(gòu)開始工作，取袋機(jī)構(gòu)復(fù)位完成依次取袋工作循環(huán)。整套動(dòng)作依托于光電檢測，PLC發(fā)執(zhí)行信號，由氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行。

(4)全自動(dòng)縫包機(jī)，集自動(dòng)開機(jī)、停機(jī)、自動(dòng)剪切線辮功能于一體，具有良好的使用壽命等特點(diǎn)。最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1400轉(zhuǎn)/分，可根據(jù)包裝袋高度不定在立柱上設(shè)有螺桿升降機(jī)構(gòu)，使其對不同高度的袋子均可使用，控制上采用紅外線感應(yīng)開關(guān)進(jìn)行全自動(dòng)控制，只要檢測到袋子遮擋光電，便可開始進(jìn)行縫包動(dòng)作。

3.2 碼垛機(jī)械手和輸送線自動(dòng)化建立

我們采用了KUKA最新的6軸機(jī)械手，通過對機(jī)械各部件模塊和柔性化、程序和軟件智能化的設(shè)計(jì)來控制電磁閥，驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)不銹鋼抓手將袋子分別有序的放置到托盤上面。輸送平臺(tái)和機(jī)械手、RGV小車進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，40袋碼垛成功后，系統(tǒng)給出RGV入庫信號，RGV小車可將托盤貨物安全送至庫區(qū)等待。

3.3 立體貨架式倉庫自動(dòng)化建立

貨架系統(tǒng)采用組合裝配式橫梁結(jié)構(gòu)，橫梁以75 mm為節(jié)距調(diào)整，共有6組貨架，每組貨架共36個(gè)貨位，整個(gè)立體倉庫一共216個(gè)貨位。配備2臺(tái)堆垛機(jī)，分別為單伸和雙伸位，它可在又高又窄的巷道內(nèi)高速運(yùn)行，依托采用西門子S7-1200系列PLC作為主控，對整個(gè)流程進(jìn)行管控和安全防護(hù)，電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護(hù)措施 ，貨叉設(shè)有中位雙保險(xiǎn)限位開關(guān)，以防止貨叉在堆垛機(jī)行走和升降過程中出現(xiàn)誤動(dòng)作，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

4 遠(yuǎn)程控制技術(shù)

硫銨自動(dòng)包裝存儲(chǔ)包裝機(jī)、輸送單元、堆垛機(jī)單元依托西門子S-1200進(jìn)行本地控制，在輸送單元建立網(wǎng)絡(luò)中樞，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用獨(dú)立的局域網(wǎng)與無線局域網(wǎng)相結(jié)合，連接各個(gè)工序。服務(wù)器、客戶端及現(xiàn)場AP建立星型局域網(wǎng)絡(luò)并采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊，AP與采集終端組成無線局域網(wǎng)，采用802.11B協(xié)議進(jìn)行通訊，各工序的數(shù)據(jù)上傳、下載和核對通過AP 連通。對現(xiàn)場輸送線、堆垛機(jī)、RGV等現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行整體控制調(diào)度，這樣可以保障技術(shù)人員在中控室就能完成對整個(gè)流程的運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、故障信息等均能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我們在中控室建立一套倉儲(chǔ)信息管理系統(tǒng)，核心功能是對貨位、物料及出入庫流程的管理，管理系統(tǒng)支持貨位的自動(dòng)分配和手工分配、可視化貨位查詢、倉庫信息統(tǒng)計(jì)，通過現(xiàn)場自動(dòng)對入庫托盤的條形碼掃描，每垛硫銨都能知道具體的入庫時(shí)間、庫區(qū)貨架位等，做到倉位實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 自遠(yuǎn)程控制結(jié)構(gòu)圖

5 安全措施

整套自動(dòng)倉儲(chǔ)安全圍欄進(jìn)行保護(hù)，圍欄設(shè)備安全門，只要打開，系統(tǒng)便會(huì)緊急停止，并產(chǎn)生聲光報(bào)警。系統(tǒng)內(nèi)的堆垛機(jī)是一種起重機(jī)械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運(yùn)行。為了保證人身、貨物及設(shè)備的安全，堆垛機(jī)配備有完善的硬件及軟件的安全保護(hù)裝置，并在電氣控制上采取高中低速行走、升降高速強(qiáng)制切除等一系列保護(hù)措施。為防止空出庫、重復(fù)入庫等現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)置了對貨架上貨位、入出庫位置上的貨物檢測裝置一系列聯(lián)鎖和保護(hù)措施。

6 結(jié)語

改造前的硫銨包裝產(chǎn)線，是典型的“3D”崗位，重復(fù)勞動(dòng)、環(huán)境臟、風(fēng)險(xiǎn)大，每一包物料都需要人工進(jìn)行裝料、倒運(yùn)及搬卸，職工始終處于一種無趣的重復(fù)勞作中，通過高品質(zhì)、高效率智能化改造后，原有的人工勞動(dòng)全部改為自動(dòng)化流程模式，勞務(wù)用工從32人減到6人，提高裝卸效率提高了81 %，倉庫存數(shù)量提高100%，現(xiàn)在只需要一個(gè)按鍵即可由機(jī)器人完成全部物料的轉(zhuǎn)運(yùn)和輸送，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了勞動(dòng)效率。