施耀飛 許紀(jì)忠 陸斗平 國(guó)世榮 屠偉良 王高鋒/文

（1.新鳳鳴集團(tuán)股份有限公司 2.浙江省技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)中心）

1 引言

近幾年來(lái)，在自動(dòng)化升級(jí)的浪潮下，自動(dòng)落筒技術(shù)以及自動(dòng)包裝技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，落筒之后仍需使用絲車(chē)攜帶絲餅，其轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程需要大量人力，同時(shí)絲車(chē)只能單層存放，單位空間絲餅存放密度低，不便于管理的同時(shí)需要占用巨大的空間，隨著人力成本的日益上漲以及土地資源的緊缺，解決絲車(chē)的人工轉(zhuǎn)運(yùn)以及存儲(chǔ)空間問(wèn)題刻不容緩，于是空中梭車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文從系統(tǒng)組成及運(yùn)轉(zhuǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、技術(shù)特性、處理能力等方面介紹空中梭車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成

空中梭車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)組成為絲餅裝載模塊、絲餅轉(zhuǎn)運(yùn)檢測(cè)模塊、絲箱轉(zhuǎn)運(yùn)模塊以及智能化絲箱中轉(zhuǎn)庫(kù)。主要通過(guò)絲餅裝載裝置對(duì)接落筒機(jī)器人，絲餅梭車(chē)攜帶絲餅完成單錠稱(chēng)重、單錠標(biāo)簽、單錠質(zhì)檢工序，然后將絲餅轉(zhuǎn)移到絲箱中，通過(guò)絲箱梭車(chē)輸送至絲箱中轉(zhuǎn)庫(kù)，絲餅經(jīng)過(guò)平衡之后，再次通過(guò)絲箱轉(zhuǎn)運(yùn)模塊，運(yùn)輸進(jìn)入自動(dòng)包裝線，其流程如圖1所示。

圖1 空中梭車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)流程圖

3絲餅裝載模塊

本模塊的核心為絲餅裝載裝置。絲餅裝載裝置主要由3個(gè)軸組成，分別為旋轉(zhuǎn)，伸出和絲餅推出，該裝置示意圖如圖2所示。

圖2 絲餅裝載裝置

落筒機(jī)器人直接將對(duì)接絲餅裝載裝置，待裝置上儲(chǔ)存有兩整落絲餅后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)定位至梭車(chē)裝載位置，等待梭車(chē)就位后驅(qū)動(dòng)伸出軸靠近梭車(chē)，最后驅(qū)動(dòng)推動(dòng)軸推動(dòng)絲餅至絲餅梭車(chē)上。

4絲餅轉(zhuǎn)運(yùn)檢測(cè)模塊

本模塊的核心為絲餅梭車(chē)。絲餅需要單錠稱(chēng)重、單錠標(biāo)簽以及單錠質(zhì)檢，所以需要將絲餅分撥成單層絲餅，在本系統(tǒng)中絲餅梭車(chē)上懸掛單層絲餅。因?yàn)樾D(zhuǎn)半徑受限，以及雙軸落筒機(jī)器人一次24錠的限制，本系統(tǒng)采用的是2層4列總計(jì)8根掛桿，一臺(tái)梭車(chē)一次性攜帶8個(gè)絲餅。梭車(chē)由0.75KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用二維碼精確定位，定位誤差為正負(fù)1mm。梭車(chē)示意圖如圖3所示。

圖3 絲餅梭車(chē)

絲餅梭車(chē)攜帶絲餅先后經(jīng)過(guò)絲餅稱(chēng)重設(shè)備，自動(dòng)激光打印機(jī)，外觀物理檢測(cè)區(qū)域。絲餅稱(chēng)重設(shè)備會(huì)將每一錠都懸空挑起再精確稱(chēng)重，獲得每一錠絲餅的重量信息，重量精度控制在正負(fù)5克。自動(dòng)激光打印機(jī)，在紙管上直接激光燒寫(xiě)標(biāo)簽信息，信息包括且不限于線號(hào)、位號(hào)、錠號(hào)、落絲時(shí)間、班別、絲餅重量信息等信息，用于追溯。外觀物理檢測(cè)區(qū)域?qū)?duì)比標(biāo)準(zhǔn)檢查絲餅的各項(xiàng)物理外觀指標(biāo)，并將重量信息、標(biāo)簽信息、檢測(cè)結(jié)果儲(chǔ)存至服務(wù)器中。

5 絲箱轉(zhuǎn)運(yùn)模塊

本模塊的核心為絲箱梭車(chē)，主要由絲箱梭車(chē)、變軌器組成。因?yàn)榻z餅梭車(chē)一次只能攜帶8個(gè)絲餅，如果按照絲餅梭車(chē)的模式直接存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)，會(huì)面對(duì)存儲(chǔ)密度底，單位空間存儲(chǔ)量較低，以及單次轉(zhuǎn)運(yùn)絲餅量較低，需要的轉(zhuǎn)運(yùn)梭車(chē)數(shù)量以及中間庫(kù)堆垛機(jī)數(shù)量較為龐大等問(wèn)題。相同面積存儲(chǔ)量低并且投資成本高，并不經(jīng)濟(jì)，所以將絲餅梭車(chē)中的絲餅轉(zhuǎn)移至一種多層絲箱中，改由一種大號(hào)梭車(chē)（絲箱梭車(chē)）中轉(zhuǎn)輸送，本系統(tǒng)中采用3層絲箱。梭車(chē)由1.5KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用二維碼精確定位，定位誤差為正負(fù)1mm，絲箱和絲箱梭車(chē)之間采用懸掛結(jié)構(gòu)，絲箱可以脫離，從而實(shí)現(xiàn)絲箱的轉(zhuǎn)運(yùn)。絲箱運(yùn)行在懸于空中的鋁合金軌道之上，因需要通行的軌跡較為復(fù)雜，軌道存在交叉，需要有變軌器配合變軌，變軌器是一種由PLC控制，由氣缸驅(qū)動(dòng)的變軌裝置，分為二變和三變，二變用于一條軌道與另外兩條軌道對(duì)接，三變用于兩條軌道和另兩條軌道對(duì)接。如圖1所示，絲箱轉(zhuǎn)運(yùn)模塊左側(cè)兩個(gè)變軌器為二變，右側(cè)三臺(tái)為三變。

6自動(dòng)化絲箱中轉(zhuǎn)庫(kù)

智能化絲箱中轉(zhuǎn)庫(kù)由絲箱交換機(jī)、立體貨架、絲箱堆垛機(jī)組成。絲箱交換機(jī)有兩個(gè)工位，分別放置入庫(kù)絲箱以及出庫(kù)絲箱，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以在梭車(chē)裝卸位置、等待位置和堆垛機(jī)裝卸位置之間移動(dòng)，并攜帶絲箱裝卸裝置。堆垛機(jī)主要由機(jī)架，運(yùn)行機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)，載貨臺(tái)、貨叉、電器設(shè)備及各種安全保護(hù)裝置組成【1】。當(dāng)絲箱梭車(chē)攜帶需要入庫(kù)的絲箱到達(dá)絲箱交換機(jī)位置時(shí)，絲箱交換機(jī)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)到達(dá)梭車(chē)裝卸位置，就位后卸載絲箱至入庫(kù)絲箱工位，之后將出庫(kù)絲箱工位上的絲箱懸掛至空梭車(chē)之上，完成對(duì)絲箱梭車(chē)的絲箱交換，之后絲箱交換機(jī)到達(dá)堆垛機(jī)裝卸位置，并告知絲箱堆垛機(jī)就位信號(hào)，同時(shí)絲箱梭車(chē)與服務(wù)器進(jìn)行信息交互，確定所攜帶的絲箱是去自動(dòng)包裝線上線口還是去絲餅裝載區(qū)。絲箱堆垛機(jī)在收到就位信號(hào)后移動(dòng)到裝載位置，伸出絲箱叉牙取走絲箱交換機(jī)入庫(kù)工位上的絲箱，并與服務(wù)器進(jìn)行信息交互，獲得貨位目標(biāo)位置，待到達(dá)目標(biāo)位置后存儲(chǔ)絲箱至立庫(kù)貨架中，之后再次與服務(wù)器進(jìn)行信息交互，獲得需要出庫(kù)絲箱的位置信息，將相應(yīng)需要出庫(kù)的絲箱取出放置于絲箱交換機(jī)出庫(kù)工位，絲箱交換機(jī)接收到出庫(kù)絲箱后移動(dòng)到等待位置，等待下一個(gè)循環(huán)。

7網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

空中梭車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中，控制層各設(shè)備通信協(xié)議采用西門(mén)子Profi net現(xiàn)場(chǎng)總線，各類(lèi)設(shè)備的控制PLC、觸摸屏以及各軸驅(qū)動(dòng)之間均采用基于Profi net的總線通信，信息層采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信【2】，服務(wù)器與梭車(chē)循環(huán)控制PLC、堆垛機(jī)PLC之間的通信采用工業(yè)以太網(wǎng)。

圖4 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

8技術(shù)特點(diǎn)

8.1 利用空間，梭車(chē)運(yùn)行在由吊軌懸掛的鋁合金軌道上，離地凈空可保證在2.2米凈空之上?？梢詫⒋罅康孛婵臻g釋放出來(lái)用以它用，同時(shí)，人員通行空間和設(shè)備運(yùn)行空間可以區(qū)分開(kāi)，大大減少了因?yàn)槿藱C(jī)交叉作業(yè)導(dǎo)致的安全隱患。

8.2 絲箱庫(kù)的存在，將絲餅都儲(chǔ)存在絲箱庫(kù)中，可以消除以往包裝場(chǎng)地到處是絲車(chē)的雜亂情況，整體整潔度也能提升，便于現(xiàn)場(chǎng)管理。同時(shí)，各個(gè)規(guī)格存在多少絲餅，已經(jīng)不再需要人工時(shí)時(shí)盤(pán)點(diǎn)，只要打開(kāi)服務(wù)器統(tǒng)計(jì)界面就能便捷的得到結(jié)果，大大節(jié)省了人工工作量。

8.3 具備模塊化一定特性，可以通過(guò)增減梭車(chē)的數(shù)量，來(lái)控制系統(tǒng)處理能力，更為柔性化。裝置的產(chǎn)量并不是一成不變，在使用過(guò)程中會(huì)有一定的調(diào)整，部分產(chǎn)線產(chǎn)能增加，可以通過(guò)增加提產(chǎn)產(chǎn)線對(duì)應(yīng)的梭車(chē)數(shù)量來(lái)應(yīng)對(duì)增加的產(chǎn)能，反之亦然。

9 梭車(chē)處理能力

梭車(chē)數(shù)量需要按照對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量來(lái)計(jì)算，梭車(chē)的運(yùn)行速度為V m/s，其中絲餅梭車(chē)速度為80米/分鐘，絲箱梭車(chē)為60米/分鐘，加速度均為0.4m/S2；梭車(chē)的循環(huán)運(yùn)行長(zhǎng)度為L(zhǎng) m，其中絲餅梭車(chē)因?yàn)樾枰\(yùn)行整個(gè)循環(huán)，所以長(zhǎng)度為整個(gè)軌道長(zhǎng)度，絲箱梭車(chē)存在很多岔路，所以一般采用整個(gè)主循環(huán)長(zhǎng)度的1/2作為經(jīng)驗(yàn)值；停頓時(shí)間為T(mén)停頓，加減速次數(shù)N，其中絲餅梭車(chē)會(huì)在裝載點(diǎn)、絲餅稱(chēng)重、激光打印機(jī)、外觀物理檢測(cè)、絲餅轉(zhuǎn)移等5個(gè)位置停頓，加減速次數(shù)K=5次，停頓時(shí)間T停頓=T裝載+T稱(chēng)重+T激光打印+T檢測(cè)+T轉(zhuǎn)移，而絲箱梭車(chē)在整個(gè)主循環(huán)中運(yùn)行時(shí)，部分變軌器需要等待變軌器變軌就位，部分不需要，所以采用經(jīng)驗(yàn)值變軌器總數(shù)M的2/5，絲箱轉(zhuǎn)換，加上自動(dòng)包裝裝載點(diǎn)或絲餅轉(zhuǎn)移等位置存在停頓，即T停頓=2/5＊T變軌器+T絲箱轉(zhuǎn)換+（T包裝裝載+T轉(zhuǎn)移）/2,加減速次數(shù) K=2/5＊M+2。

單個(gè)循環(huán)耗時(shí) T=V＊K/0.4+{L-V2＊K/(2＊0.4)}/V+T停頓。

單個(gè)絲餅的重量為G kg，單個(gè)絲餅梭車(chē)的最大處理能力為 P=8＊G＊24＊3600/T。

在絲餅循環(huán)對(duì)應(yīng)產(chǎn)線的產(chǎn)能為150噸的情況下，需要的絲餅梭車(chē)量 N 為 ：N = 150＊1000/（0.65＊P）。從而得到合適的梭車(chē)數(shù)量。

10 結(jié)語(yǔ)

本文從系統(tǒng)組成、網(wǎng)格構(gòu)架、系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)和處理能力等方面介紹了空中梭車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過(guò)中間絲箱庫(kù)的應(yīng)用增加絲餅密度節(jié)省平衡絲餅占地空間，從而達(dá)到節(jié)省廠房面積的目的；同時(shí)梭車(chē)的應(yīng)用，創(chuàng)新性地采用了空間的概念，將廠房?jī)?nèi)空間分為兩層，高層用于梭車(chē)運(yùn)行，地面可以用于輔料存放，檢驗(yàn)設(shè)備等等其他用途，對(duì)于廠房面積的利用率有較大的的提升；另外，通過(guò)本系統(tǒng)的應(yīng)用，可以把自動(dòng)落筒技術(shù)以及自動(dòng)包裝技術(shù)相互連接起來(lái)，打通落筒包裝全產(chǎn)業(yè)鏈的自動(dòng)化應(yīng)用。