電能表用外置斷路器檢測流水線輸送系統設計

紀伊琳 黃友朋 路韜

摘要：針對一種電能表用外置斷路器檢測流水線，設計一套周轉箱用滾筒輸送線系統。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，輸送線采用分段式設計及分段式控制，節能降耗的同時更加有效地實現了待檢產品出庫、檢測后產品入庫功能。

關鍵詞：電能表;斷路器;滾筒輸送線;物流輸送系統

0? ? 引言

隨著工業自動化、信息化的發展，生產效率得到很大提高，物流輸送系統作為連接各個生產環節的關鍵系統，發揮著至關重要的作用[1-2]。物流輸送系統是由存儲、運輸、分揀、信息處理等相關功能有機組合而成的[3]。產品多樣化、需求量擴大、生產周期縮減等都對輸送系統提出了更高的要求。信息化背景下的輸送線不僅可以實現傳統的輸送、分揀功能，還可以集成物流緩沖、檢測、計量、離散加工、裝配等功能，形成完整的生產系統[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，其輸送對象多樣化，廣泛應用于快遞、食品、醫藥、工業生產等行業[5-6]。

本文研發了一種滾筒線物流輸送系統，根據設計要求，輸送系統內需設置一系列功能性工位，實現輸送線上周轉箱拆/碼垛、信息識別、物料緩存等功能。文中根據已確定的立體庫/盲樣儲存區位置，綜合考慮周轉箱緩存位、功能位設置設計滾筒輸送線，并規劃輸送路徑。過程中采用博世MTpro規劃軟件進行滾筒線3D設計，MTpro中豐富的設計模塊及插件可快速制作3D輸送線，降低設計難度及設計工作量，提高開發效率。

1? ? 滾筒輸送線布局設計

1.1? ? 生產車間布局概述

依據客戶現場布局，立庫位置、盲樣儲存區位置均已經確定，即立庫產品出/入庫對接口位置、盲樣儲存區產品出/入庫對接口位置均已確定，滾筒輸送線需與以上兩個區域進行駁接。立庫及盲樣儲存區位置布局圖如圖1所示。

為使輸送系統設計簡潔，立庫產品通過滾筒線與滾筒輸送線系統直接對接、輸送，形成閉環輸送路徑。盲樣儲存區產品通過AGV周轉至盲樣周轉箱上/下料工位，再與滾筒輸送線系統對接。其目的是降低輸送系統之間的耦合性，避免盲樣儲存區輸送系統設計冗余、復雜，提高輸送系統穩定性、可靠性及輸送效率。

1.2? ? 功能位設計

根據電能表用外置斷路器檢測流水線的設計需求，檢測流水線檢測單元中產品流轉通過托盤實現，單個托盤內放置單只產品。托盤與周轉箱之間的產品取/放通過六軸機器人實現。

立庫及盲樣儲存區產品以垛位形式（6層周轉箱為一垛）儲存，為方便取/放周轉箱內產品，在滾筒輸送線上設置拆垛工位。出庫后的整垛產品通過拆垛工位后拆分為單個周轉箱，以單個周轉箱形式在滾筒輸送線上流轉。

立庫產品出庫后、入庫前需要進行產品風淋、產品信息識別及綁定（盲樣儲存區產品除外），故需設置出庫識別工位、箱標綁定工位及入庫前的RFID識別工位。檢測流水線開始工作后，為減少庫房出/入庫頻次，產品抓取完畢后的空周轉箱無須實時回庫。空周轉箱經過空周轉箱拆/碼垛機進行碼垛，碼垛完成后進入空周轉箱緩存位緩存，等待檢測完畢的斷路器裝箱使用。

產品檢測完畢后，要求不同任務或不同狀態的非滿箱斷路器經過碼垛工位后，進入不滿箱/垛緩存工位進行緩存處理，待后續檢測完成裝箱后與相同任務、相同狀態的滿箱斷路器碼成同一垛，并進行入庫。

綜上所述，滾筒輸送線系統中需要設置的功能性工位如表1所示。

1.3? ? 出庫識別不良緩存位設計

針對出庫識別不良的周轉箱，首先輸出主輸送線，進入識別不良緩存位緩存。此處為實現將識別不良周轉箱進行二次識別，提升識別率，特將緩存位設計為環形樣式。即不良品通過環形線再次進入識別工位，進行二次識別，提高識別率并提升系統智能化水平。若二次識別依然存在不良，則系統需通過報警方式，提示操作人員人工處理。

1.4? ? 空周轉箱緩存位設計

空周轉箱緩存位計算公式如下[7]：

檢測流水線中全檢單元、抽檢單元檢測工位數為148個，故設定流水線上供流轉的托盤數量為150只，即T=150。根據產品外形尺寸不同，每只周轉箱可以存放12～24只產品，即Qa=[12，24]。根據設計要求，6層周轉箱為一垛，即周轉箱堆垛系數α=1/6。設計安全系數β=1.5。

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

1.5? ? 不滿垛緩存位設計

為減少庫房入庫壓力的同時提高庫房貨位的利用率，同一任務、同種狀態的檢測任務中只有一個不滿箱/垛的尾箱/垛產生，待后續檢測完成裝箱后與相同任務、相同狀態的滿箱斷路器碼成一垛，進行入庫，即不滿垛緩存位數≥1即可。

1.6? ? 滾筒線方案設計

根據滾筒線輸送要求、輸送線緩存位的緩存量、各功能位放置位置，可計算出線體長度。再利用MTpro規劃軟件進行快速設計，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

根據滾筒輸送線布局圖及輸送要求，規劃設計了9種輸送軌跡圖，詳細的路徑統計表如表2所示。

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

2? ? 滾筒線控制系統

采用成熟的博世滾筒線控制模塊設計該輸送線控制系統，使用主流的西門子S7-1512SP系列PLC。該系列PLC具有超高性能、系統診斷功能、標準化設計功能、信息保護功能、工藝匹配設計功能等，能在復雜的工業環境中提供便捷的模塊化、系統化設計工具，提高設計效率[10]。S7-1512SP系列PLC還有強大的運算能力，不僅可以完成復雜的算術運算，還能進行復雜的矩陣運算，適用范圍廣。

滾筒輸送線控制系統中控制網絡采用PROFINET總線標準，支持TCP/IP通信，與檢測流水線主控系統進行實時通信。主控系統根據檢測流水線檢測任務，實時控制、監控滾筒線輸送系統，故障時輸送系統可將報警信息實時傳輸給主控系統。

滾筒輸送線結構上采用了先進的分段式設計，按照“用則動，不用則靜”的原則進行分段控制，且各段輸送速度在0～30 m/min可調，控制系統整體滿足智能決策的需求。

3? ? 結論

（1）設計一種檢測流水線用滾筒輸送線系統，并根據產品流轉要求規劃9種輸送路徑。

（2）立庫出/入庫接口與滾筒線直接對接，形成閉環輸送路徑。盲樣儲存區物料通過AGV周轉，避免了盲樣儲存區滾筒線輸送系統設計冗余、復雜。

（3）采用成熟的滾筒輸送線控制系統，并與主控系統實時通信，實現智能控制。

[參考文獻]

[1] 廉學勤，李俊源.輥筒輸送機快速響應設計系統研究[J].機電工程，2015，32（12）：1582-1585.

[2] 陳國仁.物流輸送系統的智能控制與調度研究[D].北京：機械科學研究院，2004.

[3] 薛志強，游有鵬.滾筒輸送線網絡化控制系統研究[J].機械與電子，2018，36（3）：52-54.

[4] 郭現偉.鋰電池自動化物流生產線空托盤調度優化[D].昆明：昆明理工大學，2017.

[5] 黃景.包裝自動化輸送線智能控制系統研制[D].廣州：廣東工業大學，2016.

[6] 薛志強.面向模塊化可配置輸送線的網絡化控制系統仿真與設計[D].南京：南京航空航天大學，2018.

[7] 李楊歆，薛俊嘉，李臻，等.總裝大總成輸送線的開發與應用[C]//2018中國汽車工程學會年會論文集，2018：1822-1829.

[8] 繆曉群.某汽車電子公司工廠自動化物流系統規劃設計[D].杭州：浙江工業大學，2019.

[9] 張勇.面向灌裝輸送線的快速設計方法研究[D].杭州：浙江大學，2017.

[10] 張麗.輔料成品物流輸送控制系統設計[J].黑龍江科技信息，2016（13）：104.

收稿日期：2021-01-19

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