国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

★南京科遠(yuǎn)智慧科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇省熱工過(guò)程智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉進(jìn)波，楊孝豐

關(guān)鍵詞：板卷；無(wú)人行車(chē)；調(diào)度；防搖；格雷母線；三維掃描識(shí)別

隨著“碳中和”戰(zhàn)略的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)高能耗、高排放、高污染、勞動(dòng)力缺失等現(xiàn)狀必須得到改變。鋼鐵物流占用場(chǎng)地大、周轉(zhuǎn)困難，如何利用新一代信息技術(shù)打造智能鋼廠越來(lái)越成為鋼鐵企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，也是企業(yè)降本增效、提高競(jìng)爭(zhēng)力與經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑。

1 現(xiàn)狀分析

行車(chē)是鋼鐵廠生產(chǎn)過(guò)程物料轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵設(shè)備，傳統(tǒng)的行車(chē)需由行車(chē)工操控駕駛、引導(dǎo)員指引共同完成鋼卷的吊運(yùn)，但庫(kù)區(qū)生產(chǎn)節(jié)奏快，工作環(huán)境較差，操作工崗位勞動(dòng)強(qiáng)度大、責(zé)任要求高。人工作業(yè)往往導(dǎo)致庫(kù)區(qū)運(yùn)行效率低，庫(kù)區(qū)底層生產(chǎn)、制造、管理過(guò)程中的大量生產(chǎn)、庫(kù)存等基礎(chǔ)信息缺少，導(dǎo)致管理與生產(chǎn)環(huán)節(jié)無(wú)法進(jìn)行良好的雙向信息交互，產(chǎn)生信息孤島與斷層現(xiàn)象，制約生產(chǎn)效率。

板卷無(wú)人行車(chē)及庫(kù)區(qū)調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化、信息化、智能化等手段，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)區(qū)設(shè)備的全自動(dòng)運(yùn)行控制，全面提升生產(chǎn)車(chē)間和庫(kù)區(qū)半成品、成品搬運(yùn)效率，降低行車(chē)維修次數(shù)和產(chǎn)品損壞次數(shù)，庫(kù)區(qū)內(nèi)行車(chē)多車(chē)協(xié)同作業(yè)，可有效提高庫(kù)區(qū)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，打造面向未來(lái)的全新綠色無(wú)人化倉(cāng)庫(kù)。

科遠(yuǎn)智慧板卷無(wú)人行車(chē)及庫(kù)區(qū)調(diào)度系統(tǒng)主要包含行車(chē)本體自動(dòng)化控制系統(tǒng)、WMS庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)、無(wú)線通訊系統(tǒng)、汽車(chē)/火車(chē)自動(dòng)裝卸系統(tǒng)、過(guò)跨車(chē)自動(dòng)裝卸系統(tǒng)、步進(jìn)梁控制系統(tǒng)、地面安全控制管理系統(tǒng)等，在WMS庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)的集中調(diào)度下，通過(guò)大視域三維掃描識(shí)別技術(shù)、閉環(huán)電子防搖控制系統(tǒng)、格雷母線高精度定位系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)板卷庫(kù)區(qū)內(nèi)行車(chē)的智能裝卸車(chē)作業(yè)、出/入庫(kù)作業(yè)、上/下料等作業(yè)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多車(chē)協(xié)同智能調(diào)度系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)板卷行車(chē)的自動(dòng)調(diào)度，科遠(yuǎn)智慧研發(fā)了多智能體協(xié)同調(diào)度模塊，在多品種堆放、多設(shè)備運(yùn)輸、人工與智能體交叉互動(dòng)的復(fù)雜條件下，有效解決了快節(jié)奏生產(chǎn)的優(yōu)化調(diào)度難題。

多車(chē)協(xié)同調(diào)度是指行車(chē)終端系統(tǒng)在等待作業(yè)指令和執(zhí)行作業(yè)指令過(guò)程中，行車(chē)中控系統(tǒng)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)、調(diào)度、監(jiān)控的過(guò)程。針對(duì)同跨多車(chē)之間產(chǎn)生作業(yè)沖突時(shí)，或者行車(chē)作業(yè)指令與地面移動(dòng)設(shè)備（步進(jìn)梁、過(guò)跨車(chē)）有關(guān)時(shí)，進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)、調(diào)度、監(jiān)控，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)控制行車(chē)動(dòng)作。

科遠(yuǎn)智慧在自有專(zhuān)利技術(shù)“基于多Agent強(qiáng)化學(xué)習(xí)的團(tuán)隊(duì)機(jī)器人決策方法”“基于任務(wù)解耦的多機(jī)器人協(xié)作路徑生成方法”和軟著“科遠(yuǎn)無(wú)人庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)軟件”等技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，提出了基于“多算子多染色體改進(jìn)遺傳算法和改進(jìn)分支定界”的算法，用于解決復(fù)雜倒垛任務(wù)、優(yōu)先級(jí)傳遞的混合整數(shù)規(guī)劃，解決了多搬運(yùn)智能體協(xié)同、DQN強(qiáng)化學(xué)習(xí)，解決了人工與搬運(yùn)智能體交叉互動(dòng)等調(diào)度難題，實(shí)現(xiàn)調(diào)度更加優(yōu)越。

該調(diào)度系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)調(diào)度更多任務(wù)數(shù)，搬運(yùn)距離更短、倒垛次數(shù)更少，滿足更快生產(chǎn)節(jié)奏的目標(biāo)。大幅減少了被動(dòng)讓車(chē)、緊急停車(chē)、任務(wù)延遲等狀況，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化“黑燈車(chē)間”的要求。

2.2 大視域三維掃描識(shí)別技術(shù)

為了解決板卷行車(chē)自動(dòng)精確抓放物料的難題，科遠(yuǎn)智慧研發(fā)了大視域高精度3D掃描識(shí)別定位系統(tǒng)，解決了在特殊環(huán)境和低掃描分辨率條件下，復(fù)雜對(duì)象識(shí)別、高精度定位、自適應(yīng)校驗(yàn)和智能標(biāo)定等系列問(wèn)題，克服了智能裝卸諸多核心技術(shù)難題。

系統(tǒng)使用激光掃描儀，搭配專(zhuān)用的伺服轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)從二維圖像到三維圖像的轉(zhuǎn)換，通過(guò)處理獲取的掃描空間范圍內(nèi)表面點(diǎn)云集合，經(jīng)過(guò)點(diǎn)云算法處理和點(diǎn)云聚類(lèi)分割算法處理，最終得出掃描范圍內(nèi)的物料表面點(diǎn)云和位置信息。

以三維點(diǎn)云圖像為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的系列算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)板卷無(wú)人行車(chē)運(yùn)行過(guò)程中面對(duì)的多類(lèi)型目標(biāo)物體的精確識(shí)別與定位，包括卷材、板材以及垛位等。

圖1為物體表面點(diǎn)云集合處理圖。

圖1 物體表面點(diǎn)云集合處理

2.3 閉環(huán)電子防搖控制系統(tǒng)

行車(chē)在行駛過(guò)程中吊物總是存在不可避免的搖擺，直接關(guān)系到無(wú)人行車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性，電子防搖技術(shù)是無(wú)人行車(chē)系統(tǒng)的基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)，為此科遠(yuǎn)智慧與東南大學(xué)一同深入研究該技術(shù)，取得了相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利。同時(shí)還研發(fā)了欠驅(qū)動(dòng)柔性牽引防搖定位耦合控制器，在欠驅(qū)動(dòng)、大慣性、變繩長(zhǎng)、復(fù)雜擾動(dòng)條件下四軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜搬運(yùn)的快速消擺和精準(zhǔn)定位。

本系統(tǒng)采用位置與角度雙閉環(huán)防搖，在大車(chē)、小車(chē)的加速、減速過(guò)程中，根據(jù)角度測(cè)量?jī)x反饋的夾鉗擺動(dòng)角度和當(dāng)前行車(chē)實(shí)時(shí)位置信息，實(shí)時(shí)控制行車(chē)運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)行車(chē)吊物無(wú)搖擺的效果。搖擺角度測(cè)量說(shuō)明如圖2所示。

圖2 搖擺角度測(cè)量說(shuō)明

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

板卷無(wú)人行車(chē)及庫(kù)區(qū)調(diào)度系統(tǒng)主要包含行車(chē)本體自動(dòng)化控制系統(tǒng)、WMS庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)、無(wú)線通訊系統(tǒng)、汽車(chē)/火車(chē)自動(dòng)裝卸系統(tǒng)、過(guò)跨車(chē)自動(dòng)裝卸系統(tǒng)、步進(jìn)梁控制系統(tǒng)、地面安全控制管理系統(tǒng)等，相關(guān)子系統(tǒng)介紹如下：

3.1 行車(chē)本體自動(dòng)化控制系統(tǒng)

行車(chē)自動(dòng)控制功能包括操作方式、行車(chē)本體自動(dòng)控制系統(tǒng)、傳動(dòng)控制系統(tǒng)、定位控制系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、吊具控制系統(tǒng)、防搖擺控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)行車(chē)無(wú)人駕駛、精準(zhǔn)定位、自動(dòng)吊放鋼卷等功能。本系統(tǒng)首先對(duì)所需升級(jí)的行車(chē)進(jìn)行無(wú)人化改造，使其具有自動(dòng)、遙控、手動(dòng)、檢修四種操作模式。其次對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，將行車(chē)原大、小車(chē)和主吊傳動(dòng)系統(tǒng)，由原有的定子串電阻調(diào)壓調(diào)速方式升級(jí)為變頻傳動(dòng)；主吊變頻傳動(dòng)運(yùn)行閉環(huán)電流矢量控制算法或DTC直接轉(zhuǎn)矩控制算法，在重載型編碼器配合下可實(shí)現(xiàn)零速松閘或合閘，減少對(duì)制動(dòng)器、鋼絲繩的磨損，減少維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)使用壽命；行車(chē)的大、小車(chē)變頻傳動(dòng)運(yùn)行矢量化VF控制算法，實(shí)現(xiàn)大、小車(chē)啟動(dòng)停止更柔和，精確實(shí)現(xiàn)剎制動(dòng)，減少行車(chē)啟停時(shí)沖擊負(fù)載，減少行車(chē)輪對(duì)軌道的磨損，大大降低行車(chē)的故障率。

系統(tǒng)在改造升級(jí)過(guò)程中還將增加防碰撞模塊、夾鉗智能控制模塊、行車(chē)防搖控制系統(tǒng)、無(wú)線通訊系統(tǒng)以及行車(chē)信息顯示系統(tǒng)，確保行車(chē)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的安全可靠。

3.2 WMS庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)

WMS庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)包含庫(kù)位管理、庫(kù)區(qū)自動(dòng)作業(yè)管理、行車(chē)調(diào)度、系統(tǒng)接口、人機(jī)交互客戶端以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。WMS庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)是無(wú)人行車(chē)的控制核心，部署在庫(kù)區(qū)內(nèi)冗余服務(wù)器上，在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下能夠確保數(shù)據(jù)不丟失。

在無(wú)人行車(chē)控制室中布置相應(yīng)的操作站，操作員在控制室操作站通過(guò)WMS的客戶端監(jiān)控整個(gè)庫(kù)區(qū)的運(yùn)行，客戶端包括庫(kù)區(qū)庫(kù)存圖形化顯示、用戶管理、設(shè)備智能配置、垛位鋼卷信息化管理、人工干預(yù)、應(yīng)急處理等功能。

本系統(tǒng)提供圖形化界面，展示庫(kù)存、設(shè)備總體狀態(tài)、作業(yè)信息、統(tǒng)計(jì)信息、車(chē)輛信息等，如圖3所示。

圖3 總覽界面

此外，本系統(tǒng)還提供了對(duì)步進(jìn)梁信息預(yù)覽、步進(jìn)梁鞍座配置、庫(kù)存信息預(yù)警、車(chē)輛信息管理、電子圍欄信息管理、手自動(dòng)作業(yè)范圍配置等功能。

所有行車(chē)調(diào)度指令計(jì)劃（產(chǎn)出入庫(kù)，產(chǎn)線上料和退料，主動(dòng)倒垛，被動(dòng)倒垛，過(guò)跨車(chē)倒運(yùn)，汽車(chē)裝卸，火車(chē)裝卸）的生成，根據(jù)預(yù)設(shè)作業(yè)調(diào)度優(yōu)先級(jí)、機(jī)組實(shí)時(shí)物料信息、實(shí)時(shí)行車(chē)信息、MES計(jì)劃和指令等，通過(guò)智能庫(kù)管調(diào)度模型生成最優(yōu)解的調(diào)度指令組，并對(duì)指令組中的指令按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，派遣行車(chē)系統(tǒng)優(yōu)先完成優(yōu)先級(jí)較高的作業(yè)指令（如優(yōu)先保證機(jī)組上料、卸車(chē)等），自動(dòng)生成的調(diào)度指令組保證庫(kù)區(qū)內(nèi)行車(chē)處于協(xié)同狀態(tài)，有序地完成庫(kù)區(qū)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，提高庫(kù)區(qū)內(nèi)所屬設(shè)備的（行車(chē)、過(guò)跨車(chē)）作業(yè)效率，減少空車(chē)作業(yè)或等待。

本系統(tǒng)同時(shí)還包括車(chē)輛智能調(diào)度模塊和MES通訊接口模塊。

3.3 汽車(chē)/火車(chē)自動(dòng)裝卸系統(tǒng)

該子系統(tǒng)包括汽車(chē)裝/卸車(chē)系統(tǒng)和火車(chē)裝/卸車(chē)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸工具的廣泛兼容。系統(tǒng)采用大視域三維掃描識(shí)別技術(shù)，得到鞍座/鋼卷表面點(diǎn)云和位置信息。庫(kù)區(qū)行車(chē)根據(jù)相關(guān)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝/卸車(chē)作業(yè)。

汽車(chē)自動(dòng)出/入庫(kù)：在每個(gè)汽車(chē)停車(chē)位上方布置一套三維云臺(tái)掃描系統(tǒng)，在停車(chē)位附近設(shè)置一臺(tái)司機(jī)操作終端。通過(guò)物流系統(tǒng)發(fā)送出/入庫(kù)計(jì)劃給無(wú)人行車(chē)庫(kù)管系統(tǒng)。汽車(chē)司機(jī)將汽車(chē)開(kāi)到出庫(kù)鋼卷所在跨的通道入口，庫(kù)管系統(tǒng)根據(jù)車(chē)牌號(hào)進(jìn)行放行。汽車(chē)停到位后，汽車(chē)司機(jī)下車(chē)到停車(chē)位邊上的機(jī)柜上按下汽車(chē)到達(dá)。停車(chē)位上方的三維掃描系統(tǒng)自動(dòng)掃描識(shí)別出汽車(chē)上的鞍座或鋼卷，庫(kù)管系統(tǒng)調(diào)度合適的行車(chē)進(jìn)行裝/卸車(chē)作業(yè)。裝/卸車(chē)完成后，機(jī)柜上顯示屏提示汽車(chē)司機(jī)裝/卸車(chē)完畢。汽車(chē)自動(dòng)出/入庫(kù)流程如圖4、圖5所示。

圖4 汽車(chē)自動(dòng)入庫(kù)流程

圖5 汽車(chē)自動(dòng)出庫(kù)流程

火車(chē)自動(dòng)出庫(kù)：行車(chē)上安裝高精度激光掃描儀，火車(chē)停好后，行車(chē)沿鐵軌移動(dòng)，生成火車(chē)鞍座/鋼卷的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；通過(guò)物流系統(tǒng)發(fā)送出庫(kù)計(jì)劃給無(wú)人行車(chē)庫(kù)管系統(tǒng)，庫(kù)管系統(tǒng)調(diào)度合適的行車(chē)進(jìn)行裝車(chē)作業(yè)。可多臺(tái)行車(chē)協(xié)調(diào)分段同時(shí)掃描和裝卸車(chē)，提升作業(yè)效率。火車(chē)自動(dòng)出/入庫(kù)流程如圖6、圖7所示。

圖6 火車(chē)自動(dòng)入庫(kù)流程

圖7 火車(chē)自動(dòng)出庫(kù)流程

3.4 地面管理系統(tǒng)

地面管理系統(tǒng)包括地面安全保護(hù)系統(tǒng)和庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。地面安全保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)庫(kù)區(qū)無(wú)人化運(yùn)行的安全管理功能，包括地面安全圍欄和車(chē)輛防撞系統(tǒng)。

地面安全圍欄對(duì)地面鞍座和人工作業(yè)區(qū)進(jìn)行全封閉管理，考慮需要進(jìn)入庫(kù)區(qū)進(jìn)行清盤(pán)庫(kù)、清掃、檢查、打包等作業(yè)，為了減少行車(chē)與地面人工交叉作業(yè)的影響，確保作業(yè)安全，需要對(duì)現(xiàn)有庫(kù)區(qū)進(jìn)行分區(qū)改造，將現(xiàn)有庫(kù)區(qū)進(jìn)行隔離封閉分區(qū)。每個(gè)封閉庫(kù)區(qū)設(shè)置一套安全門(mén)，包括安全門(mén)鎖、RFID、操作按鈕盒等。當(dāng)需要人員進(jìn)入庫(kù)區(qū)時(shí)，需人工通過(guò)按鈕、指示燈在地面安全系統(tǒng)的調(diào)度下進(jìn)出庫(kù)區(qū)。

車(chē)輛防撞系統(tǒng)，行車(chē)吊運(yùn)鋼卷經(jīng)過(guò)通道時(shí)，容易發(fā)生鋼卷碰撞車(chē)輛的情況，針對(duì)這種情況，在汽車(chē)通道上方增設(shè)車(chē)輛防撞系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)通道上指定高度的障礙物檢測(cè)和停車(chē)功能。如圖8所示。

圖8 車(chē)輛防碰撞

庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用在庫(kù)區(qū)內(nèi)安裝高清攝像頭，并在每臺(tái)行車(chē)上設(shè)置2套攝像頭對(duì)準(zhǔn)夾鉗方向。便于在集控室內(nèi)對(duì)夾鉗吊卷和行車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如圖9所示。

圖9 視頻監(jiān)控系統(tǒng)示例

4 應(yīng)用效果

科遠(yuǎn)智慧承接了沙鋼集團(tuán)揚(yáng)子江冷軋廠原料庫(kù)行車(chē)無(wú)人化改造項(xiàng)目，該項(xiàng)目為沙鋼集團(tuán)首套無(wú)人庫(kù)項(xiàng)目，冷軋?jiān)蠋?kù)整個(gè)庫(kù)區(qū)長(zhǎng)180m，寬80m，包括A、B兩跨庫(kù)區(qū)，共設(shè)置有5輛行車(chē)，其中A跨有2臺(tái)行車(chē)，B跨3臺(tái)行車(chē)。庫(kù)區(qū)設(shè)置兩套步進(jìn)梁機(jī)組上料、一套過(guò)跨臺(tái)車(chē)，涉及4個(gè)裝卸車(chē)位以及3600個(gè)左右的垛位。該庫(kù)機(jī)組效率要求高，節(jié)拍快。項(xiàng)目的最大難點(diǎn)是解決機(jī)組高速上料、突發(fā)情況下的退料、上料吊運(yùn)效率問(wèn)題，需高效實(shí)現(xiàn)鋼卷的入庫(kù)、倒垛、過(guò)跨、上料作業(yè)。

自成功投運(yùn)以來(lái)，減少庫(kù)區(qū)人員20名，大大減少人員費(fèi)用支出、降低人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)。行車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控行車(chē)關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性地報(bào)警指示，能夠大幅減少設(shè)備故障和維護(hù)人員故障排查處理時(shí)間，總體故障率減少55%以上，極大地提高了行車(chē)的使用壽命。五臺(tái)行車(chē)可同時(shí)吊卷，作業(yè)效率提升25%。合理規(guī)劃庫(kù)區(qū)，有效提升庫(kù)區(qū)容量近20%。原先燈火通明的庫(kù)區(qū)具備了全天候黑燈作業(yè)條件，可節(jié)約能耗成本達(dá)15%以上。提卷和落卷過(guò)程中輕拿輕放，鋼卷無(wú)損傷，杜絕剮蹭等質(zhì)量事故。庫(kù)區(qū)生產(chǎn)信息流更加暢通高效，構(gòu)建生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控及調(diào)度、全過(guò)程追溯體系。經(jīng)測(cè)算，項(xiàng)目投運(yùn)3年即可收回成本，投資回報(bào)率高。

隨著數(shù)智化時(shí)代的到來(lái)，無(wú)人行車(chē)及庫(kù)區(qū)調(diào)度系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色和港口物流等企業(yè)，推動(dòng)制造企業(yè)從生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)到物流全場(chǎng)景、輕載到重載全鏈條的智能化。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年9月刊