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电能表用外置断路器检测流水线输送系统设计
摘要：针对一种电能表用外置断路器检测流水线，设计一套周转箱用滚筒输送线系统。滚筒输送线采用多楔带滚筒输送方式，输送速度0～30m/min可调，输送线采用分段式设计及分段式控制，节能降耗的同时更加有效地实现了待检产品出库、检测后产品入库功能。
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随着工业自动化、信息化的发展，生产效率得到很大提高，物流输送系统作为连接各个生产环节的关键系统，发挥着至关重要的作用[1,2]。物流输送系统是由存储、运输、分拣、信息处理等相关功能有机组合而成的[3]。产品多样化、需求量扩大、生产周期缩减等都对输送系统提出了更高的要求。信息化背景下的输送线不仅可以实现传统的输送、分拣功能，还可以集成物流缓冲、检测、计量、离散加工、装配等功能，形成完整的生产系统[4,5]。
滚筒输送线是一种高度模块化、线路布局灵活的输送系统，其输送对象多样化，广泛应用于快递、食品、医药、工业生产等行业[5,6]。
本文研发了一种滚筒线物流输送系统，根据设计要求，输送系统内需设置一系列功能性工位，实现输送线上周转箱拆/码垛、信息识别、物料缓存等功能。文中根据已确定的立体库/盲样储存区位置，综合考虑周转箱缓存位、功能位设置设计滚筒输送线，并规划输送路径。过程中采用博世MTpro规划软件进行滚筒线3D设计，MTpro中丰富的设计模块及插件可快速制作3D输送线，降低设计难度及设计工作量，提高开发效率。
1、滚筒输送线布局设计
1.1生产车间布局概述
依据客户现场布局，立库位置、盲样储存区位置均已经确定，即立库产品出/入库对接口位置、盲样储存区产品出/入库对接口位置均已确定，滚筒输送线需与以上两个区域进行驳接。立库及盲样储存区位置布局图如图1所示。
为使输送系统设计简洁，立库产品通过滚筒线与滚筒输送线系统直接对接、输送，形成闭环输送路径。盲样储存区产品通过AGV周转至盲样周转箱上/下料工位，再与滚筒输送线系统对接。其目的是降低输送系统之间的耦合性，避免盲样储存区输送系统设计冗余、复杂，提高输送系统稳定性、可靠性及输送效率。
图1立库、盲样储存区位置布局图
1.2功能位设计
根据电能表用外置断路器检测流水线的设计需求，检测流水线检测单元中产品流转通过托盘实现，单个托盘内放置单只产品。托盘与周转箱之间的产品取/放通过六轴机器人实现。
立库及盲样储存区产品以垛位形式（6层周转箱为一垛）储存，为方便取/放周转箱内产品，在滚筒输送线上设置拆垛工位。出库后的整垛产品通过拆垛工位后拆分为单个周转箱，以单个周转箱形式在滚筒输送线上流转。
立库产品出库后、入库前需要进行产品风淋、产品信息识别及绑定（盲样储存区产品除外），故需设置出库识别工位、箱标绑定工位及入库前的RFID识别工位。检测流水线开始工作后，为减少库房出/入库频次，产品抓取完毕后的空周转箱无须实时回库。空周转箱经过空周转箱拆/码垛机进行码垛，码垛完成后进入空周转箱缓存位缓存，等待检测完毕的断路器装箱使用。
产品检测完毕后，要求不同任务或不同状态的非满箱断路器经过码垛工位后，进入不满箱/垛缓存工位进行缓存处理，待后续检测完成装箱后与相同任务、相同状态的满箱断路器码成同一垛，并进行入库。
综上所述，滚筒输送线系统中需要设置的功能性工位如表1所示。
表1滚筒输送线系统功能位统计表
1.3出库识别不良缓存位设计
针对出库识别不良的周转箱，首先输出主输送线，进入识别不良缓存位缓存。此处为实现将识别不良周转箱进行二次识别，提升识别率，特将缓存位设计为环形样式。即不良品通过环形线再次进入识别工位，进行二次识别，提高识别率并提升系统智能化水平。若二次识别依然存在不良，则系统需通过报警方式，提示操作人员人工处理。
1.4空周转箱缓存位设计
空周转箱缓存位计算公式如下[7]:
（公式）
式中：Q为缓存位数量；T为检测流水线中托盘数量；Qa为周转箱内存放产品数量；α为周转箱堆垛系数；β为安全系数。
检测流水线中全检单元、抽检单元检测工位数为148个，故设定流水线上供流转的托盘数量为150只，即T=150。根据产品外形尺寸不同，每只周转箱可以存放12～24只产品，即Qa=[12,24]。根据设计要求，6层周转箱为一垛，即周转箱堆垛系数α=1/6。设计安全系数β=1.5。
综上所述，空箱缓存位Qmax=(T/Qa）·α·β=3.125个，取整后Q=4，即空周转箱缓存位为4个垛位的容量。
1.5不满垛缓存位设计
为减少库房入库压力的同时提高库房货位的利用率，同一任务、同种状态的检测任务中只有一个不满箱/垛的尾箱/垛产生，待后续检测完成装箱后与相同任务、相同状态的满箱断路器码成一垛，进行入库，即不满垛缓存位数≥1即可。
1.6滚筒线方案设计
根据滚筒线输送要求、输送线缓存位的缓存量、各功能位放置位置，可计算出线体长度。再利用MTpro规划软件进行快速设计，可得出滚筒输送线整体布局图[8]及滚筒线输送轨迹图[6,9]。滚筒输送线布局图、工位图分别如图2、图3所示。
1.7滚筒输送线路径图
根据滚筒输送线布局图及输送要求，规划设计了9种输送轨迹图，详细的路径统计表如表2所示。
9种输送线路径图如图4所示（为方便路径图细节展示，所有滚筒线轨迹图均由布局图旋转90°得到）。
图2滚筒输送线布局图
图3滚筒输送线工位图
表2输送线路径图统计表
2、滚筒线控制系统
采用成熟的博世滚筒线控制模块设计该输送线控制系统，使用主流的西门子S7-1512SP系列PLC。该系列PLC具有超高性能、系统诊断功能、标准化设计功能、信息保护功能、工艺匹配设计功能等，能在复杂的工业环境中提供便捷的模块化、系统化设计工具，提高设计效率[10]。S7-1512SP系列PLC还有强大的运算能力，不仅可以完成复杂的算术运算，还能进行复杂的矩阵运算，适用范围广。
图4滚筒线轨迹图
滚筒输送线控制系统中控制网络采用PROFINET总线标准，支持TCP/IP通信，与检测流水线主控系统进行实时通信。主控系统根据检测流水线检测任务，实时控制、监控滚筒线输送系统，故障时输送系统可将报警信息实时传输给主控系统。
滚筒输送线结构上采用了先进的分段式设计，按照“用则动，不用则静”的原则进行分段控制，且各段输送速度在0～30m/min可调，控制系统整体满足智能决策的需求。
3、结论
(1）设计一种检测流水线用滚筒输送线系统，并根据产品流转要求规划9种输送路径。
(2）立库出/入库接口与滚筒线直接对接，形成闭环输送路径。盲样储存区物料通过AGV周转，避免了盲样储存区滚筒线输送系统设计冗余、复杂。
(3）采用成熟的滚筒输送线控制系统，并与主控系统实时通信，实现智能控制。
参考文献：
[1]廉学勤,李俊源.辊筒输送机快速响应设计系统研究[J].机电工程,2015,32(12):1582-1585.
[2]陈国仁.物流输送系统的智能控制与调度研究[D].北京:机械科学研究院,2004.
[3]薛志强,游有鹏.滚筒输送线网络化控制系统研究[J].机械与电子,2018,36(3):52-54.
[4]郭现伟.锂电池自动化物流生产线空托盘调度优化[D].昆明:昆明理工大学,2017.
[5]黄景.包装自动化输送线智能控制系统研制[D].广州:广东工业大学,2016.
[6]薛志强.面向模块化可配置输送线的网络化控制系统仿真与设计[D].南京:南京航空航天大学,2018.
[7]李杨歆,薛俊嘉,李臻,等.总装大总成输送线的开发与应用[C]//2018中国汽车工程学会年会论文集,2018:1822-1829.
[8]缪晓群.某汽车电子公司工厂自动化物流系统规划设计[D].杭州:浙江工业大学,2019.
[9]张勇.面向灌装输送线的快速设计方法研究[D].杭州:浙江大学,2017.
[10]张丽.辅料成品物流输送控制系统设计[J].黑龙江科技信息,2016(13):104.
纪伊琳,黄友朋,路韬.电能表用外置断路器检测流水线输送系统设计[J].机电信息,2021(09):7-9+13.
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2024-01-10我要评论
期刊名称：机械工程学报
期刊人气：2594
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主办单位：中国机械工程学会
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专业分类：机械
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2021-03-25
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