空中梭車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)在化纖長絲行業(yè)中的應用

施耀飛 許紀忠 陸斗平 國世榮 屠偉良 王高鋒/文

（1.新鳳鳴集團股份有限公司 2.浙江省技術創(chuàng)新服務中心）

1 引言

近幾年來，在自動化升級的浪潮下，自動落筒技術以及自動包裝技術已經(jīng)得到廣泛應用。在應用中發(fā)現(xiàn)，落筒之后仍需使用絲車攜帶絲餅，其轉(zhuǎn)運過程需要大量人力，同時絲車只能單層存放，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，解決絲車的人工轉(zhuǎn)運以及存儲空間問題刻不容緩，于是空中梭車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)應運而生。本文從系統(tǒng)組成及運轉(zhuǎn)、網(wǎng)絡結構、技術特性、處理能力等方面介紹空中梭車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成

空中梭車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的標準組成為絲餅裝載模塊、絲餅轉(zhuǎn)運檢測模塊、絲箱轉(zhuǎn)運模塊以及智能化絲箱中轉(zhuǎn)庫。主要通過絲餅裝載裝置對接落筒機器人，絲餅梭車攜帶絲餅完成單錠稱重、單錠標簽、單錠質(zhì)檢工序，然后將絲餅轉(zhuǎn)移到絲箱中，通過絲箱梭車輸送至絲箱中轉(zhuǎn)庫，絲餅經(jīng)過平衡之后，再次通過絲箱轉(zhuǎn)運模塊，運輸進入自動包裝線，其流程如圖1所示。

圖1 空中梭車轉(zhuǎn)運系統(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

落筒機器人直接將對接絲餅裝載裝置，待裝置上儲存有兩整落絲餅后，通過旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動定位至梭車裝載位置，等待梭車就位后驅(qū)動伸出軸靠近梭車，最后驅(qū)動推動軸推動絲餅至絲餅梭車上。

4絲餅轉(zhuǎn)運檢測模塊

本模塊的核心為絲餅梭車。絲餅需要單錠稱重、單錠標簽以及單錠質(zhì)檢，所以需要將絲餅分撥成單層絲餅，在本系統(tǒng)中絲餅梭車上懸掛單層絲餅。因為旋轉(zhuǎn)半徑受限，以及雙軸落筒機器人一次24錠的限制，本系統(tǒng)采用的是2層4列總計8根掛桿，一臺梭車一次性攜帶8個絲餅。梭車由0.75KW電機驅(qū)動，采用二維碼精確定位，定位誤差為正負1mm。梭車示意圖如圖3所示。

圖3 絲餅梭車

絲餅梭車攜帶絲餅先后經(jīng)過絲餅稱重設備，自動激光打印機，外觀物理檢測區(qū)域。絲餅稱重設備會將每一錠都懸空挑起再精確稱重，獲得每一錠絲餅的重量信息，重量精度控制在正負5克。自動激光打印機，在紙管上直接激光燒寫標簽信息，信息包括且不限于線號、位號、錠號、落絲時間、班別、絲餅重量信息等信息，用于追溯。外觀物理檢測區(qū)域?qū)Ρ葮藴蕶z查絲餅的各項物理外觀指標，并將重量信息、標簽信息、檢測結果儲存至服務器中。

5 絲箱轉(zhuǎn)運模塊

本模塊的核心為絲箱梭車，主要由絲箱梭車、變軌器組成。因為絲餅梭車一次只能攜帶8個絲餅，如果按照絲餅梭車的模式直接存儲轉(zhuǎn)運，會面對存儲密度底，單位空間存儲量較低，以及單次轉(zhuǎn)運絲餅量較低，需要的轉(zhuǎn)運梭車數(shù)量以及中間庫堆垛機數(shù)量較為龐大等問題。相同面積存儲量低并且投資成本高，并不經(jīng)濟，所以將絲餅梭車中的絲餅轉(zhuǎn)移至一種多層絲箱中，改由一種大號梭車（絲箱梭車）中轉(zhuǎn)輸送，本系統(tǒng)中采用3層絲箱。梭車由1.5KW電機驅(qū)動，采用二維碼精確定位，定位誤差為正負1mm，絲箱和絲箱梭車之間采用懸掛結構，絲箱可以脫離，從而實現(xiàn)絲箱的轉(zhuǎn)運。絲箱運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接，三變用于兩條軌道和另兩條軌道對接。如圖1所示，絲箱轉(zhuǎn)運模塊左側(cè)兩個變軌器為二變，右側(cè)三臺為三變。

6自動化絲箱中轉(zhuǎn)庫

智能化絲箱中轉(zhuǎn)庫由絲箱交換機、立體貨架、絲箱堆垛機組成。絲箱交換機有兩個工位，分別放置入庫絲箱以及出庫絲箱，由電機驅(qū)動可以在梭車裝卸位置、等待位置和堆垛機裝卸位置之間移動，并攜帶絲箱裝卸裝置。堆垛機主要由機架，運行機構，起升機構，載貨臺、貨叉、電器設備及各種安全保護裝置組成【1】。當絲箱梭車攜帶需要入庫的絲箱到達絲箱交換機位置時，絲箱交換機由驅(qū)動電機驅(qū)動到達梭車裝卸位置，就位后卸載絲箱至入庫絲箱工位，之后將出庫絲箱工位上的絲箱懸掛至空梭車之上，完成對絲箱梭車的絲箱交換，之后絲箱交換機到達堆垛機裝卸位置，并告知絲箱堆垛機就位信號，同時絲箱梭車與服務器進行信息交互，確定所攜帶的絲箱是去自動包裝線上線口還是去絲餅裝載區(qū)。絲箱堆垛機在收到就位信號后移動到裝載位置，伸出絲箱叉牙取走絲箱交換機入庫工位上的絲箱，并與服務器進行信息交互，獲得貨位目標位置，待到達目標位置后存儲絲箱至立庫貨架中，之后再次與服務器進行信息交互，獲得需要出庫絲箱的位置信息，將相應需要出庫的絲箱取出放置于絲箱交換機出庫工位，絲箱交換機接收到出庫絲箱后移動到等待位置，等待下一個循環(huán)。

7網(wǎng)絡構架

空中梭車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)中，控制層各設備通信協(xié)議采用西門子Profi net現(xiàn)場總線，各類設備的控制PLC、觸摸屏以及各軸驅(qū)動之間均采用基于Profi net的總線通信，信息層采用工業(yè)以太網(wǎng)進行通信【2】，服務器與梭車循環(huán)控制PLC、堆垛機PLC之間的通信采用工業(yè)以太網(wǎng)。

圖4 網(wǎng)絡構架圖

8技術特點

8.1 利用空間，梭車運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。可以將大量地面空間釋放出來用以它用，同時，人員通行空間和設備運行空間可以區(qū)分開，大大減少了因為人機交叉作業(yè)導致的安全隱患。

8.2 絲箱庫的存在，將絲餅都儲存在絲箱庫中，可以消除以往包裝場地到處是絲車的雜亂情況，整體整潔度也能提升，便于現(xiàn)場管理。同時，各個規(guī)格存在多少絲餅，已經(jīng)不再需要人工時時盤點，只要打開服務器統(tǒng)計界面就能便捷的得到結果，大大節(jié)省了人工工作量。

8.3 具備模塊化一定特性，可以通過增減梭車的數(shù)量，來控制系統(tǒng)處理能力，更為柔性化。裝置的產(chǎn)量并不是一成不變，在使用過程中會有一定的調(diào)整，部分產(chǎn)線產(chǎn)能增加，可以通過增加提產(chǎn)產(chǎn)線對應的梭車數(shù)量來應對增加的產(chǎn)能，反之亦然。

9 梭車處理能力

梭車數(shù)量需要按照對應的產(chǎn)量來計算，梭車的運行速度為V m/s，其中絲餅梭車速度為80米/分鐘，絲箱梭車為60米/分鐘，加速度均為0.4m/S2；梭車的循環(huán)運行長度為L m，其中絲餅梭車因為需要運行整個循環(huán)，所以長度為整個軌道長度，絲箱梭車存在很多岔路，所以一般采用整個主循環(huán)長度的1/2作為經(jīng)驗值；停頓時間為T停頓，加減速次數(shù)N，其中絲餅梭車會在裝載點、絲餅稱重、激光打印機、外觀物理檢測、絲餅轉(zhuǎn)移等5個位置停頓，加減速次數(shù)K=5次，停頓時間T停頓=T裝載+T稱重+T激光打印+T檢測+T轉(zhuǎn)移，而絲箱梭車在整個主循環(huán)中運行時，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)驗值變軌器總數(shù)M的2/5，絲箱轉(zhuǎn)換，加上自動包裝裝載點或絲餅轉(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。

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

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

在絲餅循環(huán)對應產(chǎn)線的產(chǎn)能為150噸的情況下，需要的絲餅梭車量 N 為 ：N = 150＊1000/（0.65＊P）。從而得到合適的梭車數(shù)量。

10 結語

本文從系統(tǒng)組成、網(wǎng)格構架、系統(tǒng)技術特點和處理能力等方面介紹了空中梭車轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過中間絲箱庫的應用增加絲餅密度節(jié)省平衡絲餅占地空間，從而達到節(jié)省廠房面積的目的；同時梭車的應用，創(chuàng)新性地采用了空間的概念，將廠房內(nèi)空間分為兩層，高層用于梭車運行，地面可以用于輔料存放，檢驗設備等等其他用途，對于廠房面積的利用率有較大的的提升；另外，通過本系統(tǒng)的應用，可以把自動落筒技術以及自動包裝技術相互連接起來，打通落筒包裝全產(chǎn)業(yè)鏈的自動化應用。