一种废钢库无人天车调度系统及方法

技术领域

本发明涉及一种废钢库无人天车调度系统及方法，属于炼钢生产设备及方法技术领域。

背景技术

为了跟上工业4.0的步伐，把钢铁企业带入智能化工厂，天车作为工厂必不可少的设备，智能化将是天车开发的新方向，甚至延伸至整个物料自动化，把更多的人工智能技术融入天车，使无人天车成为生产物流系统的主角。

目前，钢铁企业的炼钢废钢出入库作业频繁，需要天车工和库区管理人员协同工作，这种传统的作业形式效率低、风险大、人工成本高。为了配合智能炼钢的实现，废钢跨作业区的信息化、智能化水平必须进行全面的升级，炼钢的智能化对废钢加料效率和数据的准确性要求日益提高。

发明内容

本发明目的是提供一种废钢库无人天车调度系统及方法，采用统一调度管理和多部协同自动控制的原则，通过交互式双向数据流实时通讯，实现天车控制自动化、生产管理智能化、物流工艺简明化；依托以太网和Profinet工业总线，充分利用无线网络，采用模块化编程，统一管理与执行，层次清晰，功能完善；实现废钢库无人天车智能调度、库区管理信息化、废钢吊装自动化，最大程度减少了人为干预，降低了劳动强度，提高了作业效率，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种废钢库无人天车调度的方法，包含炉装钢计划在线管理模块、智能调度管理模块、废钢库区基础设置管理模块、废钢库区库存管理模块、天车基础数据管理模块和接口管理模块，所述转炉装钢计划在线管理模块生成主计划及明细计划，输出至智能调度管理模块；废钢库区基础设置管理模块和天车基础数据管理模块的输出端连接智能调度管理模块；智能调度管理模块的输出连接废钢库区库存管理模块；废钢库区库存管理模块通过接口管理模块与天车控制系统进行数据传输。

所述转炉装钢计划在线管理模块依据转炉装废钢计划生成一条以上的主计划，主计划根据装废钢种类和重量生成一条以上的明细计划，明细计划输出至智能调度管理模块；转炉装废钢计划由操作人员编制或依据接口管理模块接收的转炉二级创建，转炉装废钢计划包括废钢种类和对应的废钢重量信息。

所述天车基础数据管理模块用于配置两部无人天车基础数据，包括各运行范围、工作状态和位置信息；所述废钢库区基础设置管理模块用于配置库区基础数据，包括废钢库区中废钢池划分数目及各区域范围，各区域中包含列的废钢池数目、废钢种类名称及废钢重量。

所述智能调度管理模块包括天车工单指令池，上线工单指令依据接收的来自转炉装废钢计划在线管理模块的明细计划生成，下线工单指令和直供工单指令由废钢操作工输入的操作指令生成；智能调度管理模块根据天车工单指令池中工单指令的生成时间和指令优先级类型，设定天车工单池中的各工单指令的执行顺序；根据三维扫描仪生成的料堆分布情况和废钢可用位置信息，生成无人天车放吊位置并输出至天车控制系统，同时，智能调度管理模块根据当前可用天车、天车当前位置和上线目标位置之间距离以及天车作业范围，选择起吊位和放吊位均在在天车作业范围内，距离起吊位最近的一部可用天车或者两部天车同时工作作为上线天车，天车控制系统控制无人天车完成上线吊装作业。

所述废钢库区管理模块记录每次起吊和放吊作业过程；记录的信息包括天车起吊信号、放吊信号、起吊位置、放吊位置、吊取废钢种类和吊取废钢重量；天车执行下线作业工单时，废钢库区管理模块根据同一条下线工单数据的起吊和放吊信号，消减相应废钢库的库存，并实时更新形成动态库图。

一种废钢库无人天车调度方法，包含以下步骤：

（1）配置天车基础数据：包括两部天车的运行范围、工作状态和位置信息；

（2）配置废钢库区基础数据，包括废钢库区中废钢池划分数目及各废钢池范围、各废钢池中包含废钢种类和废钢重量信息；

（3）创建或接收转炉装废钢计划，转炉装废钢计划由废钢库操作人员编制或依据接口管理模块接收的转炉二级的装废钢计划；转炉装废钢计划包括废钢种类和废钢重量信息；

（4）生成明细计划：转炉装废钢计划在线管理模块依据转炉装废钢计划生成一条以上的主计划，各主计划根据装钢数量生成一条以上的明细计划，明细计划输出至智能调度管理模块；

（5）生成工单指令，天车工单指令包括上线工单指令、下线工单指令和直供工单指令；上线工单指令依据接收的来自转炉装废钢计划在线管理模块的明细计划生成；下线工单指令和直供工单指令由废钢库操作工输入的操作指令生成；

（6）执行工单指令，根据当前各部天车是否可用、天车当前位置和起吊位及放吊位之间距离和天车作业范围，选择起吊位和放吊位均在天车作业范围内，距离起吊位最近的一部或两部可用天车作为最优天车；在将相应工单指令中增加起吊位、放吊位和选定天车，将其输出至天车控制系统。

本发明的有益效果是：采用统一调度管理和多部协同自动控制的原则，通过交互式双向数据流实时通讯，实现天车控制自动化、生产管理智能化、物流工艺简明化；依托以太网和Profinet工业总线，充分利用无线网络，采用模块化编程，统一管理与执行，层次清晰，功能完善；实现废钢库无人天车智能调度、库区管理信息化、废钢吊装自动化，最大程度减少了人为干预，降低了劳动强度，提高了作业效率。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的工作流程图；

图3是本发明的架构图；

图4是本发明的网络图；

图5是废钢库区示意图；

图中：1#天车1、2#天车2、废钢台车3、废钢台车轨道4。

具体实施方式

为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。

一种废钢库无人天车调度的方法，包含炉装钢计划在线管理模块、智能调度管理模块、废钢库区基础设置管理模块、废钢库区库存管理模块、天车基础数据管理模块和接口管理模块，所述转炉装钢计划在线管理模块生成主计划及明细计划，输出至智能调度管理模块；废钢库区基础设置管理模块和天车基础数据管理模块的输出端连接智能调度管理模块；智能调度管理模块的输出连接废钢库区库存管理模块；废钢库区库存管理模块通过接口管理模块与天车控制系统进行数据传输。

所述转炉装钢计划在线管理模块依据转炉装废钢计划生成一条以上的主计划，主计划根据装废钢种类和重量生成一条以上的明细计划，明细计划输出至智能调度管理模块；转炉装废钢计划由操作人员编制或依据接口管理模块接收的转炉二级创建，转炉装废钢计划包括废钢种类和对应的废钢重量信息。

所述天车基础数据管理模块用于配置两部无人天车基础数据，包括各运行范围、工作状态和位置信息；所述废钢库区基础设置管理模块用于配置库区基础数据，包括废钢库区中废钢池划分数目及各区域范围，各区域中包含列的废钢池数目、废钢种类名称及废钢重量。

所述智能调度管理模块包括天车工单指令池，上线工单指令依据接收的来自转炉装废钢计划在线管理模块的明细计划生成，下线工单指令和直供工单指令由废钢操作工输入的操作指令生成；智能调度管理模块根据天车工单指令池中工单指令的生成时间和指令优先级类型，设定天车工单池中的各工单指令的执行顺序；根据三维扫描仪生成的料堆分布情况和废钢可用位置信息，生成无人天车放吊位置并输出至天车控制系统，同时，智能调度管理模块根据当前可用天车、天车当前位置和上线目标位置之间距离以及天车作业范围，选择起吊位和放吊位均在在天车作业范围内，距离起吊位最近的一部可用天车或者两部天车同时工作作为上线天车，天车控制系统控制无人天车完成上线吊装作业。

所述废钢库区管理模块记录每次起吊和放吊作业过程；记录的信息包括天车起吊信号、放吊信号、起吊位置、放吊位置、吊取废钢种类和吊取废钢重量；天车执行下线作业工单时，废钢库区管理模块根据同一条下线工单数据的起吊和放吊信号，消减相应废钢库的库存，并实时更新形成动态库图。

一种废钢库无人天车调度方法，包含以下步骤：

（1）配置天车基础数据：包括两部天车的运行范围、工作状态和位置信息；

（2）配置废钢库区基础数据，包括废钢库区中废钢池划分数目及各废钢池范围、各废钢池中包含废钢种类和废钢重量信息；

（3）创建或接收转炉装废钢计划，转炉装废钢计划由废钢库操作人员编制或依据接口管理模块接收的转炉二级的装废钢计划；转炉装废钢计划包括废钢种类和废钢重量信息；

（4）生成明细计划：转炉装废钢计划在线管理模块依据转炉装废钢计划生成一条以上的主计划，各主计划根据装钢数量生成一条以上的明细计划，明细计划输出至智能调度管理模块；

（5）生成工单指令，天车工单指令包括上线工单指令、下线工单指令和直供工单指令；上线工单指令依据接收的来自转炉装废钢计划在线管理模块的明细计划生成；下线工单指令和直供工单指令由废钢库操作工输入的操作指令生成；

（6）执行工单指令，根据当前各部天车是否可用、天车当前位置和起吊位及放吊位之间距离和天车作业范围，选择起吊位和放吊位均在天车作业范围内，距离起吊位最近的一部或两部可用天车作为最优天车；在将相应工单指令中增加起吊位、放吊位和选定天车，将其输出至天车控制系统。

在实际应用中，采用统一调度管理和多部协同自动控制的原则，将系统分为五层，通过交互式双向数据流实时通讯，实现天车控制自动化、生产管理智能化、物流工艺简明化。依托以太网和Profinet工业总线，充分利用无线网络，采用模块化编程，统一管理与执行，层次清晰，功能完善。

计划层为智能调度系统CIDS，功能为库配置管理、库图管理、自动生成天车工单、工单请求序列管理。库配置管理采用开放式库区库位配置界面，结合生产实际及现场经验，根据物料种类、数量等信息配置库区。操作人员也可以根据实际情况及时修改配置。库图管理包括库图总览，以整个废钢库为背景，显示库内所有废钢池的信息，根据不同的废钢种类用不同颜色区分，操作者一目了然。自动生成天车工单，通过转炉配料单生成的装料工单等。工单请求序列管理，自动生成的工单和操作工手动输入的工单形成一个工单池，根据工单的相互联系、请求时序、工单紧迫性等因素将这些工单进行排序。

任务层为天车管理控制系统（CMCS），功能为天车运行控制系统、运行控制系统、天车实时控制系统、物料宏跟踪及全流程可视化。天车运行控制系统负责接收CIDS下发的工单计划并将其转化为具体天车任务下发至UCCS。运行控制系统为多部天车协同调度的具体实施者，它将复杂的多部天车控制分解转化为UCCS能够容易执行的单部天车控制任务。天车实时控制系统根据天车工单的指示，本系统主要控制天车的执行，以及执行过程中，危险的规避，执行冲突的规避，以及与库内其他设备间协调工作。物料宏跟踪及全流程可视化是物料宏跟踪为全流程可视化提供可靠的实时数据，它依托工业以太网接收天车作业信息，结合废钢库配置等状态信息，对待入库物料、装运物料进行全方位的数据跟踪。全流程可视化界面其功能在于通过显示器可以实时监视天车的运行状态、设备状态、通讯状态、废钢分布状态、物料信息、过跨车信息等，同时允许操作工对工作中的天车进行手动工单下达、天车暂停、设备故障恢复等手动干预。

命令层为无人天车控制系统（UCCS），能够实现自动吊、放作业及天车自动无人驾驶等，实现天车精确控制。在这个连续的作业过程中天车无人系统为提高作业效率和保证作业安全，在天车运行时，还将对天车横向、纵向、主钩升降进行协调控制。具体功能如下：主钩微摆动控制功能，天车横向、纵向、主钩升降协同控制功能，速度控制、位置控制及计算停止距离功能，安全高度控制功能，自我诊断功能：判断天车是否有故障，根据天车故障状态决定是否进行下一步动作。

执行层为传动设备层，即天车变频设备，包含大车变频器，小车变频器，主钩变频器等设备。

基础层为仪表传感器，包含编码电缆，激光测距仪，编码器，三维扫描仪等。

实施例一：

废钢库无人天车智能调度系统以转炉作业计划为驱动，以废钢配料单为输入，根据系统范围内各废钢天车状态信息，结合三维扫描仪提供的料堆形状，提供给工作天车最佳的废钢吊取坐标。采用基于人工智能的搜索算法实现资源合理优化调配，并将指令发送给天车，自动调度设备运行，完成配废钢任务，执行结果向上反馈。

实施例二：

以某一废钢库区为例，废钢库区具有五个废钢池，由西向东依次为1#、2#、3#、4#、5#，其中1#废钢池是重型废钢、2#废钢池是哈斯科渣钢、3#废钢池是轧区自产废钢、4#废钢池是铁块、5#废钢池是小型废钢，每跨长30米，废钢库区有两部天车，同时库区南部有一部地面台车放置废钢斗，用来收集天车吊取的废钢。

步骤1：配置天车基础数据：1#天车为空闲状态，位于1#废钢池上方，2#天车为检修状态，位于5#废钢池东部；

步骤2：配置废钢库区基础数据：1#废钢池是100吨重型废钢、2#废钢池是100吨哈斯科渣钢、3#废钢池是100吨轧区自产废钢、4#废钢池是100吨铁块、5#废钢池是100吨小型废钢；

步骤3：创建或接收转炉装废钢计划：接收的转炉二级的装废钢计划为1吨重型废钢，1吨哈斯科废钢，8吨铁块；

步骤4：生成明细计划：根据经验，每次吊取重型废钢的重量为0.5吨，每次吊取哈斯科废钢的重量为0.8吨，每次吊取铁块的重量为2吨；根据装钢数量生成明细计划为1#废钢池吊取2吊，2#废钢池吊取1吊，4#废钢池吊取4吊，明细计划输出至智能调度管理模块；

步骤5：生成工单指令：1#废钢池吊取2吊，2#废钢池吊取1吊，4#废钢池吊取4吊，明细计划输出至智能调度管理模块；

步骤6：执行工单指令：根据当前各部天车是否可用、天车当前位置和起吊位、放吊位之间距离、天车作业范围，选择起吊位和放吊位均在在天车作业范围内，距离起吊位最近的一部或两部可用天车作为最优天车；在将相应工单指令中增加起吊位、放吊位和选定天车，将其输出至天车控制系统。结果为：1#天车接收到调度系统的全部工单指令。1#天车完成装废钢工单后，实际装废钢记录为：1.02吨重型废钢，0.89吨哈斯科废钢，8.12吨铁块，将实际的装废钢记录发给转炉二级系统。更新废钢库区基础数据：1#废钢池是98.98吨重型废钢、2#废钢池是99.11吨哈斯科渣钢、3#废钢池是100吨轧区自产废钢、4#废钢池是91.88吨铁块、5#废钢池是100吨小型废钢。

实施例三

以某一废钢库区为例，如该废钢库区具有五个废钢池，由西向东依次为1#、2#、3#、4#、5#，其中1#废钢池是重型废钢、2#废钢池是哈斯科渣钢、3#废钢池是轧区自产废钢、4#废钢池是铁块、5#废钢池是小型废钢，每跨长30米，废钢库区有两部天车，同时库区南部有一部地面台车放置废钢斗，用来收集天车吊取的废钢。

步骤1：配置天车基础数据：1#天车为空闲状态，位于1#废钢池上方，2#天车为空闲状态，位于5#废钢池东部；

步骤2：配置废钢库区基础数据：1#废钢池是100吨重型废钢、2#废钢池是100吨哈斯科渣钢、3#废钢池是100吨轧区自产废钢、4#废钢池是100吨铁块、5#废钢池是100吨小型废钢；

步骤3：创建或接收转炉装废钢计划：接收的转炉二级的装废钢计划为1吨重型废钢，1吨哈斯科废钢，8吨铁块；

步骤4：生成明细计划：根据经验，每次吊取重型废钢的重量为0.5吨，每次吊取哈斯科废钢的重量为0.8吨，每次吊取铁块的重量为2吨；根据装钢数量生成明细计划为1#废钢池吊取2吊，2#废钢池吊取1吊，4#废钢池吊取4吊，明细计划输出至智能调度管理模块；

步骤5：生成工单指令：1#废钢池吊取2吊，2#废钢池吊取1吊，4#废钢池吊取4吊，明细计划输出至智能调度管理模块；

步骤6：执行工单指令：根据当前各部天车是否可用、天车当前位置和起吊位、放吊位之间距离、天车作业范围，选择起吊位和放吊位均在在天车作业范围内，距离起吊位最近的一部或两部可用天车作为最优天车；在将相应工单指令中增加起吊位、放吊位和选定天车，将其输出至天车控制系统。结果为：1#天车接收到调度系统的工单为1#废钢池吊取2吊，2#废钢池吊取1吊；2#天车接收到调度系统的工单为4#废钢池吊取4吊。1#，2#天车完成装废钢工单后，实际装废钢记录为：1.02吨重型废钢，0.89吨哈斯科废钢，8.12吨铁块，将实际的装废钢记录发给转炉二级系统。更新废钢库区基础数据：1#废钢池是98.98吨重型废钢、2#废钢池是99.11吨哈斯科渣钢、3#废钢池是100吨轧区自产废钢、4#废钢池是91.88吨铁块、5#废钢池是100吨小型废钢。