CN112061990B - 一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统，属于钢板垛位管理技术领域，包括：可编程逻辑控制器、垛位高度激光传感器、垛位高度数据采集单元、上跨天车检测激光光电传感器、上跨天车数据采集单元、无线网桥、上跨天车定位激光传感器；所述垛位高度激光传感器与垛位高度数据采集单元连接，所述垛位高度数据采集单元与可编程逻辑控制器连接，所述上跨天车检测激光光电传感器与可编程逻辑控制器连接，无线网桥分别与可编程逻辑控制器和上跨天车数据采集单元连接，上跨天车定位激光传感器与上跨天车数据采集单元连接；监测垛位高度的变化情况，以及上跨天车运行状态，进而得到预缴垛位的钢板出入库情况。

Description

一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统
技术领域
本发明属于钢板垛位管理技术领域，具体涉及一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统。
背景技术
钢板是用钢水浇注，冷却后压制而成的平板状钢材，是平板状，矩形的，可直接轧制或由宽钢带剪切而成，由垛板吊在辊道上将钢板下线并入库至预缴垛位中，再由上跨天车将钢板由预缴垛位出库至成品库垛位中，这样就需要配套的管理系统来监测钢板垛位高度以及钢板入库、出库状态。
发明内容
本发明提供一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统，实时检测钢板预缴垛位区域的预缴垛位高度，监测垛位高度的变化情况，以及上跨天车运行状态，进而得到预缴垛位的钢板出入库情况。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统，安装在钢板预缴垛位区域，包括：可编程逻辑控制器、垛位高度激光传感器、垛位高度数据采集单元、上跨天车检测激光光电传感器、上跨天车数据采集单元、无线网桥、上跨天车定位激光传感器；所述垛位高度激光传感器与垛位高度数据采集单元连接，所述垛位高度数据采集单元与可编程逻辑控制器连接，所述上跨天车检测激光光电传感器与可编程逻辑控制器连接，无线网桥分别与可编程逻辑控制器和上跨天车数据采集单元连接，上跨天车定位激光传感器与上跨天车数据采集单元连接。
进一步的，所述垛位高度激光传感器，用于检测钢板预缴垛位高度；
所述垛位高度数据采集单元，用于接收垛位高度激光传感器数据，并将接收到的数据传输至可编程逻辑控制器；
所述上跨天车检测激光光电传感器，用于检测上跨天车是否进入钢板预缴垛位区域以及上跨天车在钢板预缴垛位区域的具体位置，所述上跨天车用于将钢板由预缴垛位运输出库至成品垛位；
所述上跨天车数据采集单元，用于控制上跨天车运行状态；
所述无线网桥，搭建覆盖钢板预缴垛位区域的无线局域网，用于可编程逻辑控制器与上跨天车数据采集单元进行网络通讯和数据传输；
所述上跨天车定位激光传感器，用于检测上跨天车实时位置数据，将检测到的数据传输至上跨天车数据采集单元，对上跨天车进行位置定位。
进一步的，所述上跨天车数据采集单元通过RS485接口与上跨天车定位激光传感器连接，还通过数字量输出DO接口与天车电气系统连接，通过以太网接口连接有上跨天车人机界面和语音报警装置。
进一步的，所述无线网桥为多个，其中一个无线网桥通过Profinet总线与可编程逻辑控制器连接，其他的多个无线网桥分别通过Profinet总线连接有一上跨天车数据采集单元。
本发明的有益效果是：通过安装在钢板预缴垛位区域的垛位高度激光传感器，实时检测预缴垛位的高度，并根据预缴垛位高度的变化情况，以及上跨天车的运行状态，得到预缴垛位的钢板出入库情况，组建无线局域网，进行上跨天车作业调度，以及预缴垛位区域上跨天车与垛板吊防碰撞，实现预缴垛位的信息化、自动化、智能化管理。
附图说明
图1是本发明结构框图；
图2是本发明钢板预缴垛位区域平面结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统，安装在钢板预缴垛位区域，包括：可编程逻辑控制器、垛位高度激光传感器、垛位高度数据采集单元、上跨天车检测激光光电传感器、上跨天车数据采集单元、无线网桥、上跨天车定位激光传感器；所述垛位高度激光传感器与垛位高度数据采集单元连接，所述垛位高度数据采集单元与可编程逻辑控制器连接，所述上跨天车检测激光光电传感器与可编程逻辑控制器连接，无线网桥分别与可编程逻辑控制器和上跨天车数据采集单元连接，上跨天车定位激光传感器与上跨天车数据采集单元连接。
所述垛位高度激光传感器，用于检测钢板预缴垛位高度；
所述垛位高度数据采集单元，用于接收垛位高度激光传感器数据，并将接收到的数据传输至可编程逻辑控制器；
所述上跨天车检测激光光电传感器，用于检测上跨天车是否进入钢板预缴垛位区域以及上跨天车在钢板预缴垛位区域的具体位置，所述上跨天车用于将钢板由预缴垛位运输出库至成品垛位；
所述上跨天车数据采集单元，用于控制上跨天车运行状态；
所述无线网桥，搭建覆盖钢板预缴垛位区域的无线局域网，用于可编程逻辑控制器与上跨天车数据采集单元进行网络通讯和数据传输；
所述上跨天车定位激光传感器，用于检测上跨天车实时位置数据，将检测到的数据传输至上跨天车数据采集单元，对上跨天车进行位置定位。
实施例1
在本实施例中，成品库内垛板吊的工作区域中，共有3个垛板吊区域，每个垛板吊区域配置8个钢板预缴垛位，共计24个钢板预缴垛位，所有的钢板预缴垛位均设置为智能垛位。优选的，预缴垛位中存放的钢板由辊道钢板垛位分配与定位系统自动分配，由垛板吊在辊道上将钢板下线并入库至预缴垛位中，再由上跨天车将钢板由预缴垛位出库至成品库垛位中。
可编程逻辑控制器优选西门子S7-1500/CPU1516，安装在钢板输送辊道控制室中，具有数字量输入DI接口、数字量输出DO接口、以太网接口，具备Profinet总线接口，支持硬件/软件滤波、TCP/IP通信、Profinet组网通信，用于计算垛位高度、判断垛位是否满垛/空垛、生成钢板入库/出库信息、组网通信等功能。
每个预缴垛位的侧上方均安装一台垛位高度激光传感器，型号优选为西克公司DT1000系列，垛位高度激光传感器激光光束斜向下照射预缴垛位的中心位置，用于检测预缴垛位高度，其可调整的角度范围为0°～90°，现场标定角度为30°～35°。优选的，垛位高度激光传感器安装时应避开垛板吊与上跨天车的作业区域，检测角度不宜过大，避免影响测量精度。垛位高度激光传感器采用激光脉冲飞行时间原理检测距离，发射“测量脉冲”与“参考脉冲”，通过测量二者之间的相位差，以及光脉冲从发出到被物体反射回来的时间差，计算测量距离。垛位高度激光传感器使用1级可见红色激光，漫反射测量方式，使用RS485总线接口将数据传输至垛位高度数据采集单元。钢板入库或者出库预缴垛位后，垛位高度激光传感器检测到的距离值将发生变化，通过RS485总线接口将实时检测距离数据传输至垛位高度数据采集单元。
垛位高度数据采集单元优选西门子S7-1200控制器，其具有多路RS485总线接口，可连接多台垛位高度激光传感器同时接收传感器数据。同时，垛位高度数据采集单元具有Profinet总线接口，通过Profinet总线1网络通信连接可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516，将各路垛位高度激光传感器数据发送至可编程逻辑控制器中进行转换与处理。Profinet总线1网络通信中，可编程逻辑控制器作为I/O控制器，垛位高度数据采集单元作为智能设备。
3个垛板吊区域共配置30台上跨天车检测激光光电传感器，型号为西克公司DT50系列，使用漫反射背景抑制式测量，激光光源使用1级可见红光，检测距离可调节，输出PNP式开关量信号。上跨天车检测激光光电传感器安装在预缴垛位区域内的上跨天车大车轨道梁上，激光光线向上跨天车照射，多个传感器均匀分布，用于检测上跨天车是否进入预缴垛位区域，以及上跨天车在预缴垛位区域中的具体位置，上跨天车检测激光光电传感器通过数字量输入DI接口将数据传输至可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516。
每台上跨天车上配置一台上跨天车数据采集单元，优选西门子S7-1200控制器，共6台，具有数字量输入DI接口、数字量输出DO接口、RS485接口，以太网接口，具备Profinet总线接口，支持硬件/软件滤波、TCP/IP通信、Profinet组网通信，RS485通信，数字量输出DO接口连接至天车电气系统，用于控制和限制上跨天车运行。
每台上跨天车上配置1台上跨天车人机界面和语音报警装置，上跨天车人机界面型号为西门子TP1200，共6台，安装在每台上跨天车的操作室内，使用触控式液晶显示屏和中文语音播报装置，通过以太网接口与上跨天车数据采集单元西门子S7-1200进行TCP/IP网络通讯和数据传输，用于向上跨天车操作人员显示预缴垛位信息与垛板吊工作状态、接收辊道控制室内发出的作业指令等，并进行语音播报提示。
每台上跨天车上配置1台上跨天车定位激光传感器，型号为西克公司DT1000系列，共6台，检测距离0--300米，重复精度1cm，分辨率5mm，905nmⅠ类安全激光光源，通讯接口为RS485接口，安装在上跨天车上，用于检测上跨天车实时位置数据，通过RS485接口将数据传输至上跨天车数据采集单元西门子S7-1200，用于对上跨天车进行精确位置定位。
无线网桥使用5.8G专用无线网络、MWDS天线技术、802.11无线CSMA/CA协议，具有300Mbps的带宽与3000m的传输距离。无线网桥作为中继节点或者终端，搭建覆盖预缴垛位区域的无线局域网络。1号无线网桥安装在辊道控制室，通过以太网接口与可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516进行数据传输，2号至7号无线网桥安装在上跨天车上，通过以太网接口与上跨天车数据采集单元西门子S7-1200进行数据传输，通过7台无线网桥的组成无线局域网络1，用于可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516与6台上跨天车数据采集单元西门子S7-1200进行Profinet总线3网络通讯和数据传输。
实施例2
服务器安装在辊道控制室内机柜中，型号为戴尔R670，使用以太网接口与TCP/IP协议连接可编程逻辑控制器、剪切线二级管理系统，并通过无线局域网络连接各上跨天车的人机界面，用于入库/出库信息管理、工作量统计、上跨天车调度等。
显示器安装在辊道控制室内，与服务器连接，用于显示各个预缴垛位的信息，如垛位高度、入库数据、出库数据、工作量等，以及历史查询、统计分析等。
预缴垛位的入库作业全部由垛板吊完成，出库作业全部由上跨天车完成，通过检测预缴垛位的垛高，并分析垛板吊与上跨天车的运行状态，即可获取预缴垛位的入库/出库信息。
垛位高度激光传感器实时检测到各个预缴垛位的距离，并通过RS485总线接口发送至垛位高度数据采集单元，再由垛位高度数据采集单元通过以太网接口与Profinet总线1通信将检测距离发送至可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器使用线性变换算法，将检测距离换算为实时垛位高度。
可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516使用以太网接口与Profinet总线2通信连接垛板吊自动控制系统，获取垛板吊的实时位置、工作状态与其所吊运的钢板的物料号等信息，在垛板吊完成吊运作业且对应的预缴垛位垛高增加时，生成预缴垛位入库数据，包括时间、物料号、板型尺寸、垛位高度等信息，并将入库数据通过TCP/IP通信发送至服务器。
上跨天车检测激光光电传感器实时检测上跨天车是否进入预缴垛位区域，并以DC24V开关量信号通过数字量输入DI接口发送至可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516。可编程逻辑控制器接收到开关量信号，判断上跨天车位置，在上跨天车离开预缴垛位且预缴垛位高度降低时，生成预缴垛位出库数据，包括时间、垛位高度变化等信息，并将出库数据通过TCP/IP通信发送至服务器。
可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516在检测预缴垛位出入库信息的同时，将实时垛位高度数据通过以太网接口和Profinet总线2通信发送至辊道钢板垛位分配与定位系统，用于为辊道上的钢板分配垛位时，判断垛位是否超出高度上限。
服务器接收可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516发送的预缴垛位入库数据与出库数据，将其存入数据库，对各个预缴垛位的垛位高度、入库/出库数据进行实时的统计与分析，生成预缴垛位使用情况报表、辊道作业流量报表等。同时，将钢板的入库/出库信息通过以太网接口和TCP/IP协议将数据发送至剪切线二级管理系统，用于钢板的跟踪与信息管理。
显示器实时显示预缴垛位高度、钢板入库/出库状态、作业量统计与分析等信息，并可以进行历史数据追溯、生成作业班/日/月报表等，现场调度人员也可以通过显示器与服务器，向上跨天车发送预缴垛位出库作业指令。
7台无线网桥组建无线局域网络，用于服务器、可编程逻辑控制器西门子S7-1500/CPU1516与上跨天车数据采集单元西门子S7-1200之间的TCP/IP通信。无线局域网络也可以用于上跨天车与垛板吊在预缴垛位区域内的防碰撞通信。
上跨天车人机界面通过无线局域网连接服务器，向上跨天车操作人员实时显示预缴垛位高度与钢板入库/出库信息，同时可以接收辊道控制室内调度人员发出的作业指令，辅助完成预缴垛位内钢板的出库作业。
上跨天车定位激光传感器实时检测上跨天车的大车位置数据，使用RS485接口发送至上跨天车数据采集单元西门子S7-1200，同时，上跨天车数据采集单元西门子S7-1200通过无线局域网以及Profinet通信连接垛板吊自动控制系统，获取垛板吊的大车位置数据。垛板吊进入预缴垛位区域后，上跨天车接近同一预缴垛位区域时，上跨天车数据采集单元西门子S7-1200通过数字量输出DO接口输出控制信号至上跨天车电气控制系统，禁止上跨天车进入预缴垛位区域作业，同时通过上跨天车人机界面和语音报警装置向上跨天车操作人员发出报警，避免上跨天车与垛板吊之间发生碰撞。垛板吊离开预缴垛位区域后，上跨天车恢复正常运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统，安装在钢板预缴垛位区域，其特征在于，包括：可编程逻辑控制器、垛位高度激光传感器、垛位高度数据采集单元、上跨天车检测激光光电传感器、上跨天车数据采集单元、无线网桥、上跨天车定位激光传感器；所述垛位高度激光传感器与垛位高度数据采集单元连接，所述垛位高度数据采集单元与可编程逻辑控制器连接，所述上跨天车检测激光光电传感器与可编程逻辑控制器连接，无线网桥分别与可编程逻辑控制器和上跨天车数据采集单元连接，上跨天车定位激光传感器与上跨天车数据采集单元连接；
所述垛位高度激光传感器，用于检测钢板预缴垛位高度；
所述垛位高度数据采集单元，用于接收垛位高度激光传感器数据，并将接收到的数据传输至可编程逻辑控制器；
所述上跨天车检测激光光电传感器，用于检测上跨天车是否进入钢板预缴垛位区域以及上跨天车在钢板预缴垛位区域的具体位置，所述上跨天车用于将钢板由预缴垛位运输出库至成品垛位；
所述上跨天车数据采集单元，用于控制上跨天车运行状态；
所述无线网桥，搭建覆盖钢板预缴垛位区域的无线局域网，用于可编程逻辑控制器与上跨天车数据采集单元进行网络通讯和数据传输；
所述上跨天车定位激光传感器，用于检测上跨天车实时位置数据，将检测到的数据传输至上跨天车数据采集单元，对上跨天车进行位置定位；
所述上跨天车数据采集单元通过RS485接口与上跨天车定位激光传感器连接，还通过数字量输出DO接口与上跨天车电气系统连接，通过以太网接口连接有上跨天车人机界面和语音报警装置；
预缴垛位中存放的钢板由垛板吊在辊道上将钢板下线并入库至预缴垛位中，再由上跨天车将钢板由预缴垛位出库至成品库垛位中；可编程逻辑控制器连接垛板吊自动控制系统，上跨天车定位激光传感器实时检测上跨天车的大车位置数据，并发送至上跨天车数据采集单元，同时，上跨天车数据采集单元通过无线局域网以及Profinet通信连接垛板吊自动控制系统，获取垛板吊的大车位置数据；垛板吊进入预缴垛位区域后，上跨天车接近同一预缴垛位区域时，上跨天车数据采集单元输出控制信号至上跨天车电气控制系统，禁止上跨天车进入预缴垛位区域作业，同时通过上跨天车人机界面和语音报警装置发出报警，垛板吊离开预缴垛位区域后，上跨天车恢复正常运行。
2.根据权利要求1所述的一种全自动无人化垛板吊智能钢板垛位管理系统，其特征在于，所述无线网桥为多个，其中一个无线网桥通过Profinet总线与可编程逻辑控制器连接，其他的多个无线网桥分别通过Profinet总线连接有一上跨天车数据采集单元。
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