陳榮市，黃成松，楊永芹，洪軍輝，邱宇杰

（1.浙江國自智能裝備有限公司，浙江杭州 311400；2.中策橡膠（安吉）有限公司，浙江湖州 313306）

恒溫智能化烘房由自動化立庫系統(tǒng)、自動化輸送系統(tǒng)、恒溫烘箱、MES 系統(tǒng)等4 部分組成；自動化立庫實現(xiàn)膠料暫存及周轉；自動化輸送系統(tǒng)實現(xiàn)膠料由立庫自動輸送至烘房，再從烘房輸送至出庫口；恒溫烘箱完成膠料恒溫加熱，確保膠料達到指定工藝；MES 系統(tǒng)控制膠料運轉的信息化流程。

1 自動化立庫

自動化立庫系統(tǒng)是恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)前站，也是最重要的組成之一。自動化立庫用于膠料暫存和周轉，利用輸送線、RGV、堆垛機等相關自動化設備，結合信息采集、PLC 集成、工業(yè)以太網(wǎng)通信、倉儲管理軟件、人機界面編程等控制技術實現(xiàn)自動化輸送設備及倉庫信息管理系統(tǒng)。

自動化立庫系統(tǒng)包括：輸送系統(tǒng)、立庫系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、WMS 軟件系統(tǒng)、消防及安全系統(tǒng)。

1.1 立庫系統(tǒng)

立庫系統(tǒng)由庫架分離式貨架、堆垛機以及WMS系統(tǒng)組成，主要用于膠料自動存儲與搬運。占地面積：長約122.6 m，寬約73 m，高約22 m；分為A，B，C，D，E 五個區(qū)。其中A 和B 區(qū)用于存放天然膠和丁基膠，擁有保溫系統(tǒng)，冬季溫度≥24 ℃，目標值40 ℃；C，D 和E 區(qū)用于存放合成膠和再生膠（常溫儲存），化工原料存放在E 區(qū)。立庫中每個巷道布置有1臺堆垛機，共有9個巷道，9臺堆垛機。9個巷道總計有庫位23 168個。采用兩側出入庫的方式，在一側入庫，另一側一至三樓出庫，由立庫管理系統(tǒng)調度完成出入庫任務。

1.2 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)由輸送線、RGV、堆垛機等相關自動化設備組成，通過PLC 控制實現(xiàn)自動運行。按照功能可以分為：1F 入庫輸送系統(tǒng)、2F 出庫輸送系統(tǒng)、3F 出庫輸送系統(tǒng)。1F 入庫輸送系統(tǒng)主要用于膠料信息綁定入庫；2F 出庫輸送系統(tǒng)主要用于膠料出庫輸送并人工叉車接駁；3F 出庫輸送系統(tǒng)主要用于膠料、化工材料出庫輸送并人工叉車接駁。

1.3 電氣系統(tǒng)總體構成

電氣控制分為1F 入庫系統(tǒng)、2F 出庫系統(tǒng)、3F 出庫系統(tǒng)，主要庫前、庫后輸送線設備與自動化立庫出入庫物料接駁。1F、2F、3F 系統(tǒng)均采用獨立的PLC控制，下掛若干個遠程IO 站，采用總線通訊。電機驅動方式采用變頻驅動，變頻驅動線體采用變頻二段速，線體設減速位開關及停止位開關，另線體配備手動操作盒，手動模式下可就近點動控制各主要部件設備的點動運行。每套系統(tǒng)配備HMI，可設置相應的系統(tǒng)參數(shù)及收集顯示報警信息。線體PLC 與WCS 采用OPC 方式進行通訊，與RGV、堆垛機、拆碼盤機采用西門子專用S7協(xié)議進行通信，控制配套的出入庫系統(tǒng)（包含RGV 輸送小車）等相關設備。

1.4 MES系統(tǒng)

MES 系統(tǒng)的主要功能是對入出庫的物流進行動態(tài)管理與調度，及時、準確完成貨物的入出庫，同時實現(xiàn)對物流信息與物流的同步管理，系統(tǒng)對入出庫作業(yè)進行最佳分配。系統(tǒng)具有良好的擴充性，和開放的數(shù)據(jù)接口，能夠與其它信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。立體倉庫的出入庫及貨位管理采用計算機管理，可以實現(xiàn)貨物入出庫信息管理自動化，數(shù)據(jù)維護、查詢和庫存分析、報表打印、條碼生成、質檢管理等功能。

1.5 消防及安全系統(tǒng)

消防系統(tǒng)主要作用于自動化立庫區(qū)貨架噴淋，其中給水、排水、消防水等均由設計院完成設計并提出施工要求，包括但不限于指定接口并確定流量等。貨架內噴淋系統(tǒng)采用下垂型噴頭，噴頭流量系數(shù)k=115，分為5 個防火分區(qū)，場地面積約133×73=9 709 m2，分為A，B，C，D，E 5個區(qū)。安全系統(tǒng)主要用于保護操作人員人身安全。在設備正常進行工作的時候，如果操作人員需要執(zhí)行日常操作和維護，提供必要的防護設備，確保人員接觸到危險運動機器部件前機器已經(jīng)停止，如急停按鈕、固定防護欄或者配備雙手操作按鈕等。

1.6 自動化立庫系統(tǒng)運行流程

自動化立庫系統(tǒng)運行流程如圖1所示，膠料入庫順序卸貨、裝框、信息綁定、膠框輸送、入庫。

圖1 自動化立庫系統(tǒng)運行流程

根據(jù)膠料載體不同可分成2種普通原材料、烘房原材料。普通膠料來料通過叉車卸貨后，搬運至入庫口，由叉車將貨物按要求放置在入庫口空托盤上完成對接，工人錄入信息后，開始自動入庫；根據(jù)配方信息，需要膠料通過MES 下發(fā)任務，自動出庫至二樓取貨位，相關工藝流程與配料系統(tǒng)對接；需進烘房膠料放置到烘房專用的料框中進行存放，完畢后通過叉車將膠料框放置到自動化立庫入庫口，由人工通過PDA掃碼將膠料與托盤碼進行綁定。信息綁定確認完畢后，經(jīng)過尺寸檢測與重量檢測，若膠料框滿足尺寸檢測要求并重量小于等于規(guī)定要求，則按正常流程進入立庫相應巷道存儲，若不符合要求則搬運至異?？谟扇斯みM行處理；堆垛機自動運行到位叉取膠料，搬運托盤送到系統(tǒng)指定的貨位存放；同時向WMS 系統(tǒng)反饋作業(yè)完成；WMS 系統(tǒng)自動修改數(shù)據(jù)庫信息，形成貨位地址、托盤號和物料數(shù)據(jù)的綁定，構成庫存信息，入庫過程結束。

操作人員通過MES 下單出庫，MES 發(fā)出出庫指令，堆垛機至指定貨位，叉取對應托盤放置到出庫輸送線上，然后經(jīng)RGV 輸送至對應的出庫取貨位。叉車完成卸貨后，空載具經(jīng)出庫系統(tǒng)自動運輸至出庫區(qū)域的入庫口，經(jīng)堆垛機搬運至入庫區(qū)域，經(jīng)入庫系統(tǒng)自動運輸至入庫區(qū)域的出庫口，由倉儲回收膠框，空托盤自動輸送至拆碼盤機堆疊緩存，膠框出庫流程完成。

2 自動化輸送系統(tǒng)

依據(jù)圖2工藝流程，可將自動化輸送系統(tǒng)劃分為烘房入料輸送系統(tǒng)、烘料出料輸送系統(tǒng)、空膠框回庫輸送系統(tǒng)。

圖2 自動化輸送系統(tǒng)工藝流程

（1）烘房入料輸送系統(tǒng)，根據(jù)工藝人員要料信息，MES 指揮自動化輸送系統(tǒng)調度設備將膠料從立庫中搬運至烘房對接線體；每個立庫巷道各自對應一個出庫、入庫線體，立庫出來的膠料需要經(jīng)過RGV 搬運至烘房入庫線體，該對接線體左右各對應4個烘房，共計8個；烘房進料順序根據(jù)MES 系統(tǒng)任務進入指定烘房，待指定烘房滿料發(fā)送信號MES，關閉烘房門并開始加熱；后續(xù)MES 指定另一個烘房開始進料，滿料之后再進下一個烘房，MES 系統(tǒng)保留不滿料強制烘料按鈕。

（2）烘料出料輸送系統(tǒng)。MES 監(jiān)控烘房膠料達到配方指定溫度、時間需求，烘房出料輸送系統(tǒng)將膠料從烘房中搬運至膠料下架口，經(jīng)過RGV 搬運至立庫入庫接駁線體，由堆垛機提升至二樓，最后由二樓RGV 搬運至取料位。4個烘房對接一條出料線體，8個烘房對應兩條出庫線體。MES 監(jiān)控烘膠過程當膠料到達配方設定溫度、時間后，MES 系統(tǒng)給出放行指令，烘房開始出料，當一個烘箱完成出料后，另一個烘箱才可以允許出料。烘箱出口門打開，對接線體啟動運行，將烘房內的膠料輸送至出庫對接線體。由RGV 再次搬運至立庫區(qū)域，堆垛機將膠料抬升至二樓膠料出庫線體出庫取料位。

（3）空膠框回庫輸送系統(tǒng)。出庫后的膠料叉車取走，生產(chǎn)使用完膠料，空膠料框由人工通過叉車從二樓入庫線體進行入庫，堆垛機將空膠料框搬運至立庫存儲位置進行存儲。當入庫端有入庫需求時，操作人員通過MES 下發(fā)任務，堆垛機將空膠料框搬運至入庫端，由RGV 將空膠料框移至烘膠膠料入庫口，人工通過叉車將膠料框取下后進行膠料裝框作業(yè)。

3 烘房入料流程

（1）工藝人員在MES 軟件界面選擇需進烘房膠料，點擊出庫，WMS 生成烘房膠料出庫單。

（2）批量創(chuàng)建對應出庫（入烘房）任務，自動化輸送系統(tǒng)調度設備將膠料搬運至烘房。

（3）MES 根據(jù)配方提供溫度自動設定烘房溫度計時間實現(xiàn)膠料烘房內自動化運行，同時預留人工設定接口。

（4）MES 界面實時顯示烘房內膠料信息及烘房運行狀態(tài)。如圖3所示，烘房入料流程包含5個步驟：下單、任務下發(fā)、出料、膠料輸送、取貨。

圖3 烘房入料流程

4 烘房出料流程

（1）MES 檢測膠料已到達配方設定時加熱時長，自動下發(fā)出庫保留工況選擇對應烘箱強制出庫權限（無需限制已烘時長）。

（2）MES 生成出庫任務后，向對應烘箱下發(fā)出庫指令，膠料經(jīng)過自動化輸送系統(tǒng)運送至膠料下架口。

（3）膠料到達下架口后，MES 系統(tǒng)進行信息復核以及任務狀態(tài)更新，堆垛機將膠料搬運至二樓出庫。

（4）工人將膠料取走，完成該出庫單據(jù)狀態(tài)。

（5）MES 系統(tǒng)記錄每天進入烘房膠料信息并生成報表，用于對賬及盤庫。

5 節(jié)拍計算

自動立庫目前與烘房對接巷道有4 個，包含進10 000 個庫位，烘房每日用量48×3=144 拖/天，完全可以滿足暫存要求；4個巷道堆垛機合計工作節(jié)拍為32×4=118托/h，完全滿足烘房使用要求，單臺堆垛機工作節(jié)拍為32托/h；入庫RGV 的工作節(jié)拍包含各個原料入庫量以及空托或空膠框箱出庫任務，因此計算得出RGV 工作需求節(jié)拍為42托/h，單臺RGV工作節(jié)拍為60托/h，可以滿足。

5.1 工作節(jié)拍要求

烘房對接RGV 運行工作節(jié)拍包含待烘膠料進入烘房、烘完膠料出庫任務，經(jīng)過計算得出烘房對接RGV 節(jié)拍為35托/h，單臺RGV 工作節(jié)拍為60托/h，可以滿足工作節(jié)拍要求；二樓出庫RGV 運行節(jié)拍含出庫各類膠料、空膠框貨托盤回庫任務，計算得出該出庫RGV 節(jié)拍為48托/h，單臺RGV 工作節(jié)拍為60托/h，可以滿足工作節(jié)拍要求。

5.2 恒溫烘房系統(tǒng)

恒溫烘房系統(tǒng)主要為膠料進行加熱，保證膠料進入混煉機時硬度達到工藝要求。恒溫烘房系統(tǒng)由熱風循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)、智能溫控系統(tǒng)組成；熱風循環(huán)系統(tǒng)保證了烘房溫度分布均勻，選用低噪聲風機系統(tǒng)創(chuàng)造了安靜的工作環(huán)境；蒸汽加熱系統(tǒng)是烘房供熱來源，由密封硫化尾氣、散熱片、蒸汽流量控制系統(tǒng)、底部排水系統(tǒng)組成。輸送系統(tǒng)將膠框搬運至烘房或送出烘房，由烘房底部軌道線、電氣系統(tǒng)、電機組成，確保烘房運行工作效率。

熱風循環(huán)系統(tǒng)，采用熱風循環(huán)送風來加熱膠料，循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過專業(yè)設計由頂部風機運轉吹出的熱風，帶動加熱片附近熱空氣，將熱風往復在烘房內循環(huán)進行加熱工作，且將使用后的熱風再次被加熱片加熱，可以減少熱量損失，大大提高了溫度均勻性。

智能溫控系統(tǒng)獨立控制臺采用智能程序進行溫控，可與MES 系統(tǒng)進行通信，設計多段程序控溫曲線與多個熱電偶進行配合，保證溫度恒定以及精度靈敏可靠；同時現(xiàn)場配置控制柜即可集中控制，也可以遠程MES 控制。烘房工作時，MES 全程記錄工作全過程溫度曲線，當烘房超出設定溫度，現(xiàn)場保護裝置能發(fā)出聲光報警信號并切斷加熱蒸汽，保護設備安全。

輸送系統(tǒng)由滾筒、電機、鏈條組成，保證膠框能正常進出烘房；滾筒外殼采用不銹鋼鋼滾筒、耐高溫的內膽制作，電機選用全新耐高溫SEW 電機確保在100多度高溫下電機依然能正常運行。

5.3 MES系統(tǒng)

MES 系統(tǒng)是恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)的大腦，以人工智能調度算法為核心，重點圍繞整個生產(chǎn)工序和生產(chǎn)過程，通過信息化、自動化、智能化的科學技術實現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動化、無人化的管理，無縫融合MES-物流-倉儲-烘房的系統(tǒng)功能。

工藝人員在MES 軟件界面選擇需進烘房膠料，自動化輸送系統(tǒng)調度設備將膠料搬運至烘房；MES根據(jù)配方提供溫度，自動設定烘房溫度計時間，實現(xiàn)膠料烘房內自動化運行，同時預留人工設定接口；烘房出料時MES 檢測膠料已到達配方設定時加熱時長，自動下發(fā)出庫膠料從經(jīng)過自動化輸送系統(tǒng)運送至膠料下架口，并且MES 具備烘箱強制出庫權限滿足實際生產(chǎn)需求。

5.4 恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)優(yōu)點

（1）烘房箱門采用雙開式，每個烘道采用一進一出氣動系統(tǒng)上下開門方式，確保物料先進先出。

（2）箱門閉合松緊能調節(jié)，整體成型的高溫密封條，確保烘房的密閉性。

（3）智能溫控系統(tǒng)獨立控制臺采用智能程序進行溫控，MES 界面實時顯示烘房內膠料信息及烘房運行狀態(tài)。

（4）烘房溫度和時間通過MES 直接與配方關聯(lián)自動設定，減少人工干預，體現(xiàn)智能工廠理念。

（5）烘房蒸汽采用硫化尾氣，節(jié)能環(huán)保，實現(xiàn)能源再利用，為公司節(jié)約成本。

（6）目前有10臺混煉機用到烘房膠料，提高混煉機效率，每臺機可以實現(xiàn)3%的能源減少，每年可節(jié)約近千萬費用。

6 總結

恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)代化工廠實際生產(chǎn)工藝需求，結合智能化設備、MES 系統(tǒng)等進行系統(tǒng)化設計，極大提高物流自動化，減少人工作業(yè)，降低勞動強度；自動化立體倉庫土地利用率高、出入庫效率高、數(shù)據(jù)信息化程度高、開放性高。立體倉庫與烘房結合，系統(tǒng)運行可靠性高，與生產(chǎn)工藝配方無縫對接，簡化操作流程，實現(xiàn)智能化工廠生產(chǎn)。相信恒溫智能化烘房輸送系統(tǒng)會成為未來方向標。