紀(jì)伊琳 黃友朋 路韜

摘要：針對(duì)一種電能表用外置斷路器檢測流水線，設(shè)計(jì)一套周轉(zhuǎn)箱用滾筒輸送線系統(tǒng)。滾筒輸送線采用多楔帶滾筒輸送方式，輸送速度0～30 m/min可調(diào)，輸送線采用分段式設(shè)計(jì)及分段式控制，節(jié)能降耗的同時(shí)更加有效地實(shí)現(xiàn)了待檢產(chǎn)品出庫、檢測后產(chǎn)品入庫功能。

關(guān)鍵詞：電能表;斷路器;滾筒輸送線;物流輸送系統(tǒng)

0? ? 引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化、信息化的發(fā)展，生產(chǎn)效率得到很大提高，物流輸送系統(tǒng)作為連接各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵系統(tǒng)，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1-2]。物流輸送系統(tǒng)是由存儲(chǔ)、運(yùn)輸、分揀、信息處理等相關(guān)功能有機(jī)組合而成的[3]。產(chǎn)品多樣化、需求量擴(kuò)大、生產(chǎn)周期縮減等都對(duì)輸送系統(tǒng)提出了更高的要求。信息化背景下的輸送線不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的輸送、分揀功能，還可以集成物流緩沖、檢測、計(jì)量、離散加工、裝配等功能，形成完整的生產(chǎn)系統(tǒng)[4-5]。

滾筒輸送線是一種高度模塊化、線路布局靈活的輸送系統(tǒng)，其輸送對(duì)象多樣化，廣泛應(yīng)用于快遞、食品、醫(yī)藥、工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)[5-6]。

本文研發(fā)了一種滾筒線物流輸送系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸送系統(tǒng)內(nèi)需設(shè)置一系列功能性工位，實(shí)現(xiàn)輸送線上周轉(zhuǎn)箱拆/碼垛、信息識(shí)別、物料緩存等功能。文中根據(jù)已確定的立體庫/盲樣儲(chǔ)存區(qū)位置，綜合考慮周轉(zhuǎn)箱緩存位、功能位設(shè)置設(shè)計(jì)滾筒輸送線，并規(guī)劃輸送路徑。過程中采用博世MTpro規(guī)劃軟件進(jìn)行滾筒線3D設(shè)計(jì)，MTpro中豐富的設(shè)計(jì)模塊及插件可快速制作3D輸送線，降低設(shè)計(jì)難度及設(shè)計(jì)工作量，提高開發(fā)效率。

1? ? 滾筒輸送線布局設(shè)計(jì)

1.1? ? 生產(chǎn)車間布局概述

依據(jù)客戶現(xiàn)場布局，立庫位置、盲樣儲(chǔ)存區(qū)位置均已經(jīng)確定，即立庫產(chǎn)品出/入庫對(duì)接口位置、盲樣儲(chǔ)存區(qū)產(chǎn)品出/入庫對(duì)接口位置均已確定，滾筒輸送線需與以上兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行駁接。立庫及盲樣儲(chǔ)存區(qū)位置布局圖如圖1所示。

為使輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡潔，立庫產(chǎn)品通過滾筒線與滾筒輸送線系統(tǒng)直接對(duì)接、輸送，形成閉環(huán)輸送路徑。盲樣儲(chǔ)存區(qū)產(chǎn)品通過AGV周轉(zhuǎn)至盲樣周轉(zhuǎn)箱上/下料工位，再與滾筒輸送線系統(tǒng)對(duì)接。其目的是降低輸送系統(tǒng)之間的耦合性，避免盲樣儲(chǔ)存區(qū)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)冗余、復(fù)雜，提高輸送系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性及輸送效率。

1.2? ? 功能位設(shè)計(jì)

根據(jù)電能表用外置斷路器檢測流水線的設(shè)計(jì)需求，檢測流水線檢測單元中產(chǎn)品流轉(zhuǎn)通過托盤實(shí)現(xiàn)，單個(gè)托盤內(nèi)放置單只產(chǎn)品。托盤與周轉(zhuǎn)箱之間的產(chǎn)品取/放通過六軸機(jī)器人實(shí)現(xiàn)。

立庫及盲樣儲(chǔ)存區(qū)產(chǎn)品以垛位形式（6層周轉(zhuǎn)箱為一垛）儲(chǔ)存，為方便取/放周轉(zhuǎn)箱內(nèi)產(chǎn)品，在滾筒輸送線上設(shè)置拆垛工位。出庫后的整垛產(chǎn)品通過拆垛工位后拆分為單個(gè)周轉(zhuǎn)箱，以單個(gè)周轉(zhuǎn)箱形式在滾筒輸送線上流轉(zhuǎn)。

立庫產(chǎn)品出庫后、入庫前需要進(jìn)行產(chǎn)品風(fēng)淋、產(chǎn)品信息識(shí)別及綁定（盲樣儲(chǔ)存區(qū)產(chǎn)品除外），故需設(shè)置出庫識(shí)別工位、箱標(biāo)綁定工位及入庫前的RFID識(shí)別工位。檢測流水線開始工作后，為減少庫房出/入庫頻次，產(chǎn)品抓取完畢后的空周轉(zhuǎn)箱無須實(shí)時(shí)回庫?？罩苻D(zhuǎn)箱經(jīng)過空周轉(zhuǎn)箱拆/碼垛機(jī)進(jìn)行碼垛，碼垛完成后進(jìn)入空周轉(zhuǎn)箱緩存位緩存，等待檢測完畢的斷路器裝箱使用。

產(chǎn)品檢測完畢后，要求不同任務(wù)或不同狀態(tài)的非滿箱斷路器經(jīng)過碼垛工位后，進(jìn)入不滿箱/垛緩存工位進(jìn)行緩存處理，待后續(xù)檢測完成裝箱后與相同任務(wù)、相同狀態(tài)的滿箱斷路器碼成同一垛，并進(jìn)行入庫。

綜上所述，滾筒輸送線系統(tǒng)中需要設(shè)置的功能性工位如表1所示。

1.3? ? 出庫識(shí)別不良緩存位設(shè)計(jì)

針對(duì)出庫識(shí)別不良的周轉(zhuǎn)箱，首先輸出主輸送線，進(jìn)入識(shí)別不良緩存位緩存。此處為實(shí)現(xiàn)將識(shí)別不良周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行二次識(shí)別，提升識(shí)別率，特將緩存位設(shè)計(jì)為環(huán)形樣式。即不良品通過環(huán)形線再次進(jìn)入識(shí)別工位，進(jìn)行二次識(shí)別，提高識(shí)別率并提升系統(tǒng)智能化水平。若二次識(shí)別依然存在不良，則系統(tǒng)需通過報(bào)警方式，提示操作人員人工處理。

1.4? ? 空周轉(zhuǎn)箱緩存位設(shè)計(jì)

空周轉(zhuǎn)箱緩存位計(jì)算公式如下[7]：

檢測流水線中全檢單元、抽檢單元檢測工位數(shù)為148個(gè)，故設(shè)定流水線上供流轉(zhuǎn)的托盤數(shù)量為150只，即T=150。根據(jù)產(chǎn)品外形尺寸不同，每只周轉(zhuǎn)箱可以存放12～24只產(chǎn)品，即Qa=[12，24]。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，6層周轉(zhuǎn)箱為一垛，即周轉(zhuǎn)箱堆垛系數(shù)α=1/6。設(shè)計(jì)安全系數(shù)β=1.5。

綜上所述，空箱緩存位Qmax=（T/Qa）·α·β=3.125個(gè)，取整后Q=4，即空周轉(zhuǎn)箱緩存位為4個(gè)垛位的容量。

1.5? ? 不滿垛緩存位設(shè)計(jì)

為減少庫房入庫壓力的同時(shí)提高庫房貨位的利用率，同一任務(wù)、同種狀態(tài)的檢測任務(wù)中只有一個(gè)不滿箱/垛的尾箱/垛產(chǎn)生，待后續(xù)檢測完成裝箱后與相同任務(wù)、相同狀態(tài)的滿箱斷路器碼成一垛，進(jìn)行入庫，即不滿垛緩存位數(shù)≥1即可。

1.6? ? 滾筒線方案設(shè)計(jì)

根據(jù)滾筒線輸送要求、輸送線緩存位的緩存量、各功能位放置位置，可計(jì)算出線體長度。再利用MTpro規(guī)劃軟件進(jìn)行快速設(shè)計(jì)，可得出滾筒輸送線整體布局圖[8]及滾筒線輸送軌跡圖[6，9]。滾筒輸送線布局圖、工位圖分別如圖2、圖3所示。

1.7? ? 滾筒輸送線路徑圖

根據(jù)滾筒輸送線布局圖及輸送要求，規(guī)劃設(shè)計(jì)了9種輸送軌跡圖，詳細(xì)的路徑統(tǒng)計(jì)表如表2所示。

9種輸送線路徑圖如圖4所示（為方便路徑圖細(xì)節(jié)展示，所有滾筒線軌跡圖均由布局圖旋轉(zhuǎn)90°得到）。

2? ? 滾筒線控制系統(tǒng)

采用成熟的博世滾筒線控制模塊設(shè)計(jì)該輸送線控制系統(tǒng)，使用主流的西門子S7-1512SP系列PLC。該系列PLC具有超高性能、系統(tǒng)診斷功能、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)功能、信息保護(hù)功能、工藝匹配設(shè)計(jì)功能等，能在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中提供便捷的模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)工具，提高設(shè)計(jì)效率[10]。S7-1512SP系列PLC還有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，不僅可以完成復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，適用范圍廣。

滾筒輸送線控制系統(tǒng)中控制網(wǎng)絡(luò)采用PROFINET總線標(biāo)準(zhǔn)，支持TCP/IP通信，與檢測流水線主控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。主控系統(tǒng)根據(jù)檢測流水線檢測任務(wù)，實(shí)時(shí)控制、監(jiān)控滾筒線輸送系統(tǒng)，故障時(shí)輸送系統(tǒng)可將報(bào)警信息實(shí)時(shí)傳輸給主控系統(tǒng)。

滾筒輸送線結(jié)構(gòu)上采用了先進(jìn)的分段式設(shè)計(jì)，按照“用則動(dòng)，不用則靜”的原則進(jìn)行分段控制，且各段輸送速度在0～30 m/min可調(diào)，控制系統(tǒng)整體滿足智能決策的需求。

3? ? 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)一種檢測流水線用滾筒輸送線系統(tǒng)，并根據(jù)產(chǎn)品流轉(zhuǎn)要求規(guī)劃9種輸送路徑。

（2）立庫出/入庫接口與滾筒線直接對(duì)接，形成閉環(huán)輸送路徑。盲樣儲(chǔ)存區(qū)物料通過AGV周轉(zhuǎn)，避免了盲樣儲(chǔ)存區(qū)滾筒線輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)冗余、復(fù)雜。

（3）采用成熟的滾筒輸送線控制系統(tǒng)，并與主控系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)智能控制。

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收稿日期：2021-01-19

作者簡介：紀(jì)伊琳（1991—），女，廣東汕頭人，碩士研究生，工程師，從事電能計(jì)量檢定檢測技術(shù)研究工作。