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天车无线系统在板坯库中的应用实践

滕聪杰

(中冶京诚工程技术有限公司 京诚鼎宇管理系统有限公司，北京 100053)

摘 要:为了提高板坯库天车作业效率，结合钢铁厂板坯库生产的特点，我们开发了天车无线系统，实现了天车任务的自动编制、下达、分配和执行。本文阐述了天车无线系统的设计思想，包括无线系统架构、网络设置、系统功能等，以及无线系统的实施方案，包括无线网络设计和无线发射站的布置，最后提出了无线设备安装的注意事项。系统在某钢厂上线后，提高了天车作业效率，应用效果较好。

关 键 词:天车无线系统;天车任务;调度;天车作业;板坯库

板坯库既是炼钢工序的成品库，又是后续轧钢工序的原料库，对企业炼钢能力和轧钢能力的协调及保持整个生产过程的均衡起着至关重要的缓冲作用。板坯库中有多种多样的搬运工具如天车、辊道等，它们独立或结合起来完成板坯入库、倒垛和出库工作［1］。传统的人工指挥天车作业的方式具有以下问题: 天车吊运作业时需要地面人员指挥，不仅存在安全隐患，而且会降低板坯搬运的效率; 定位精度较低，操作出错率较高; 查找库区板坯困难; 生产管理的数据不能与库区板坯信息数据完全同步等。随着信息技术的发展，现代钢铁企业在板坯库中逐渐采用天车无线系统，实现了计算机指挥天车作业。板坯库天车系统作为板坯库管理系统的一个重要组成部分，为整个信息系统提供基础数据和实现库场管理［2］。2008年，我们研发的板坯库天车系统应用于某钢厂，系统通过与板坯库管理系统无线通信，实现对天车运行的自动控制，具有很高的稳定性、可靠性及很好的扩展性。在投入使用后，提高了天车的工作效率，对板坯管理起到了良好的作用［3］。

1 系统配置

热轧厂与炼钢厂相邻，连铸坯可由旋转辊道经板坯库直接热送至加热炉，无法热送的可先入保温坑再入加热炉。如图1所示，板坯库包括1#～3#库及加热炉备料区和上料区。整个库共配置11 部天车，1#～3#天车负责炼钢厂连铸坯入库和倒垛，4#～9#天车负责板坯库内倒垛及出库，10#天车负责为加热炉备料，11#天车负责为加热炉上料。板坯库还设置2部过跨平板车，需要轧制的板坯由库内天车吊上过跨平板车运送至加热炉区。

板坯库管理的特点是: (1)库位划分要求高。由于板坯库板坯数量庞大并且库区空间有限，因此给库位的划分带来很大困难。(2)物流量大。入库的板坯包括汽车运输的冷送坯和连铸后经旋转辊道输送的热送坯2种，其中冷送坯可从3个跨通过天车吊装入库，热送坯可由2部过跨平板车同时入送加热炉。3座加热炉按跨区方向平行布置，入炉板坯可由上料台架经旋转辊道吊运上料，也可从3个加热炉口经输送辊道吊运上料。

此外，要出售的板坯也需要由4#～9#天车经出库区吊装出库。业务的不同及板坯的数量庞大，造成物流量相当大。(3)业务复杂。板坯库的业务包括来料检查、切割、入库，库内倒垛，炉前备料，加热炉上料，出库等，业务的多样性和物流的多变性使得业务处理变得更加复杂。

如果板坯库采用传统的天车作业方式，即在地面人员的配合下驾驶员空中操作天车行走，则无法适应上述的板坯库物流量大和业务复杂等特点，很可能出现库内板坯反复堆压、前后作业工序无法衔接、生产节奏缓慢等问题，且操作人员的作业环境差( 多尘、高温、高空)、视野受限、劳动强度大、人身安全可靠性差［4］。为了解决这些问题和准确、灵活、及时地完成天车作业，天车无线系统在每部天车内设置无线终端，同时在板坯库内设置了 5 座基站AP1～AP5，其中AP1和AP3为单向天线基站，为1#板坯库的 3#，6#和 9#天车内的无线终端提供路由功能;AP2和AP4为双向天线基站，为2#和3#板坯库的1#，2#，4#，5#，7#和8#天车内的无线终端提供路由功能;AP5也为单向天线基站，为加热炉跨区10#和11#天车内的无线终端提供路由功能。通过该系统能够使天车驾驶员准确定位板坯的位置和数量，从而提高作业效率，使生产衔接自如，对钢厂生产起到一定的促进作用。

2 系统架构

天车无线系统由库管理员编制和下达天车任务，以指导天车驾驶员执行吊运作业。首先，库管理员根据板坯库堆放情况、业务需求、生产实际情况编排和下达一系列板坯移送任务;然后，无线系统根据任务的吊运要求及天车分布状况将天车任务分配到最适合的车载终端上;最后，天车驾驶员按照车载终端上的任务要求进行吊运作业，作业完成后，车载终端自动返回作业实绩。

系统采用C-S-S模式，即车载终端(Client)－应用服务器(Server)－数据库服务器(Server)模式，库管理员通过应用服务器给车载终端下达作业任务，作业实绩由车载终端经无线系统返回给数据库服务器。由于天车无线系统属于板坯库管理系统的一部分，因此可与板坯库管理系统共用数据库服务器，而不必独立设置，这样不仅能够节约成本，而且提高了数据交互的效率。

每个跨区的车载终端通过无线基站与应用服务器及数据库服务器通信，随着天车的移送，1#，4#和7#车载终端在AP2，AP4和AP5基站之间自动漫游; 2#，5#和 8#车载终端在AP1～AP4之间漫游;3#，6#和9#车载终端在AP1和AP3之间漫游;10#和 11#车载终端通过AP5进行数据通信(见图2)。

天车无线系统与库管理系统的通信采用数据库接口表的数据共享方式，通信协议为以太网TCP/IP协议。通过Oracle数据库DBLink连接方式向接口表读写数据并设置相应记录状态，存储时设置记录状态为“NEW”，读取或更新数据时改变记录状态为“READ”。

3 系统功能

天车无线系统包括应用服务器上的天车调度功能及车载终端上的天车作业功能(见图3)。

如前所述，天车任务由库管理员通过库管理系统编制及下达，无线系统接收到任务后，根据天车任务的类型及天车的当前位置、作业模式和生产状况等因素，通过天车调度功能将该任务自动分配给最适合的天车，其驾驶员通过车载终端上的作业功能查看到该天车任务后进行吊运作业。

3.1 天车调度

利用天车调度功能，在应用服务器上进行天车信息设置、天车垛位设置和天车自动调度，其中，天车信息设置和天车垛位设置是天车自动调度的前提。

(1) 天车信息设置

通过应用服务器端的应用程序对天车信息进行设置，包括:1)跨区设置。为天车指定其移动的跨区，使每部天车和跨区建立起对应关系，理论上一部天车可吊运对应跨区所有垛位上的板坯，即该部天车可执行对应跨区的天车任务。2)天车的额定吊重设置。为天车设置其额定吊重，天车不能执行超过其额定吊重的天车任务。3)天车状态设置。包括空闲、忙碌、检修及停用设置。天车在停用或检修时，需要通过应用程序设置其为不可用状态，车载终端上同样能够进行该设置，天车检修或停用期间不能分配任务。4)天车任务设置。包括入库、倒垛、备料、上料和出库等。

(2) 天车垛位设置

配置天车对应的垛位信息，使天车和垛位建立起直接对应关系，库管理员可选择和取消天车对应跨区内的垛位。在天车跨区设置的基础上，天车与跨区之间的对应关系变成了天车和垛位的直接关联，库管理员可手动选配天车。

(3) 天车自动调度

天车自动调度包括任务接收、任务分配、任务下达、任务转移和任务回退。正常情况下，天车无线系统接收到库管理系统下达的任务后，系统进入自动配车状态，将天车任务自动分配给相应的天车。若有生产特殊需要，可以使用手动配车功能。天车任务按优先级排序，库管理员根据需要设置任务优先级，任务的优先级决定了显示在车载终端上的前后次序，但并不影响执行次序，执行次序由天车驾驶员决定，即天车驾驶员可选择先执行天车附近的吊运任务，但是可以为较紧迫的吊运任务设置特殊优先级，以提示天车驾驶员优先执行该任务。

任务分配时需要考虑天车位置、吊重、负载等因素。当库管理人员设置好天车信息和垛位后，就可以按照板坯移送需求下达天车任务，应用系统通过运算自动将天车任务分配给目标天车。任务分配的步骤: 天车状态选配→额定吊重选配→任务类型选配→其他。

任务分配完成后，下达给相应天车执行。任务转移是指将已经配车的天车任务重新分配给别的天车，任务回退是指将无法分配的天车任务手工回退至库管理系统。天车任务调度流程见图4。

3.2 天车作业

天车作业功能包括库图显示、天车任务查看和天车任务处理，在车载终端上进行。

(1) 库图显示

车载终端能显示库区板坯状态，方便天车驾驶员查看库区内物料堆放情况，为天车作业提供便利。通过库图，天车驾驶员还可查看板坯信息，包括钢板号、厚度、宽度、长度、质量及订单信息。

(2) 天车任务查看

车载终端能显示板坯信息及板坯目的地等，天车驾驶员通过任务查看功能可查看任务信息。

(3) 天车任务处理

任务处理步骤为: 选择任务(手动)→锁定任务→吊起板坯→运送板坯→放下板坯→结束任务(手动)。

按优先级别选择任务后锁定该任务，锁定状态的任务所对应的起吊垛位和目的垛位都处于锁定状态，此时其他天车不能吊出或者吊入板坯。锁定状态一直保持到任务结束，这样可以保证在吊运过程中不会发生混板情况。

4 方案实施

由于钢铁厂现场环境十分恶劣，系统的可靠性和数据的准确性至关重要，因此在设计无线网络时，必须要保证:系统稳定可靠，车载终端抗抖动和振动，车载终端和无线发射基站温度适应性良好，屏幕不遮挡操作人员视野并且可视性良好，车载终端的软件便捷和智能(最大程度降低司机的工作量)，车载终端的作业系统需要留出和库管理系统的接口(保证数据的安全、准确和完整)。

4.1 无线网络设计

无线网络设计时，信号和通信方面要做到:

(1) 无盲区。不完整的无线测试通常会导致无线网络设计失误，从而造成信号覆盖盲区，一般在多个基站进行同时覆盖的时候，在基站的交叠区产生盲区。因此要尽量减少基站的交叠，最好采用大功率、覆盖区域较大的基站。(2) 无丢包，延迟小。无丢包是指在整个无缝覆盖的区域内信号稳定，强度良好，丢包率在1%以内;延迟小是指通信延迟在100 ms以内。(3) 无干扰。对于钢铁厂板坯库来说，如果基站布局和频点分配不得当，无线网络的基站之间就会产生同频干扰，在冗余备份的网络设计中更加需要注意。

4.2 现场AP位置设计

由于钢铁厂板坯库的环境非常恶劣，因此无线网络AP(基站)和交换机位置设计对于无线系统的可靠性和数据的准确性至关重要。无线网络的AP采用2.402～2.4835GHz工作频段，抗干扰能力强，比较适用于板坯库这样的小场地开阔环境，且通信带宽高，传输数据量大。

板坯库部分区域无线网络AP点见图1。不但考虑了整个板坯库的面积和每个AP的覆盖范围，不会出现盲区的情况;而且考虑了AP之间不能距离太近，避免了干扰的情况。

4.3 设备安装注意事项

(1) 无线基站。必须安装在天车司机驾驶室一侧，这样无线基站发射天线和天车上的接收天线距离较近，能保证无线信号的最佳接收效果。

(2) 基站设备箱。安装在跨上的参观平台1.5 m高的地方，与外接天线的安装位置要控制在2m范围内，便于后期维护; 由于板坯库现场环境恶劣，无线基站设备箱与外接天线之间、车载终端与外接天线之间的信号线必须有金属线管防护。

(3) 基站外接天线。由于天车终端的接收天线安装在驾驶室外侧，因此基站的发射天线应安装在与天车驾驶室护栏持平的高度上，以保证信号的最佳接收效果。

(4) 车载终端外接天线。安装在天车驾驶室外面的护栏上。

5 结束语

天车无线系统在一定程度上满足了设计及实际应用的需要，基本实现了天车任务的自动编制、下达、分配和执行，但受到部分设备生产工艺的制约(火焰切割机的切割规则难以确定、切割子板的垛位难以划分等，造成天车任务难以编制)，在任务编制时，板坯移送目标垛位仍然需要人工设定，因此本系统在未来生产过程中还需要不断探索和改进，以满足生产的不断变化。天车无线系统促进了板坯库管理的无纸化和模块化，因此从长远的角度考虑，无线系统应用意义巨大。

参 考 文 献:

［1］   董绍华．板坯库管理专家决策系统［J］．冶金设备，1994(1) : 5-9．DONG Shao-hua． An expert system for the management of slab warehouse［J］．Metallurgical Equipment，1994( 1) :5-9．

［2］   章志娟．板坯库行车系统改造［D］．上海:上海交通大学，2008．

［3］   王勇，马峰．天车定位系统在板坯库的应用［J］．冶金自动化，2009，33(增刊1):71-73．

［4］   丁理波．工业无线遥控系统在天车上的应用［J］．汽车使用技术，2011(8) : 8-10．DING Li-bo．The application of industrial wireless remote control system on bridge-type crane［J］．Automobile Technology，2011(8):8-10．