一種電能表自動化檢定系統及方法與流程
2023-11-02 02:37:48 2
本發明涉及電氣自動化控制和電能計量技術領域，具體是一種電能表自動化檢定系統及方法。
背景技術：
電能表自動化流水線檢定系統是一種新型的自動化儀表檢測系統，它能自動完成電能表的出庫、輸送、檢定、分揀等一系列動作，但電能表在自動化檢定流水線內部流轉時是藉助計量託盤進行運輸，而從智能立庫系統輸送出來的電能表是被盛裝於紙質周轉箱內的，故將電能表從周轉箱內移載至計量託盤或從計量託盤分揀至周轉箱內的電能表上料、下料環節是自動化檢定流水線的運作的關鍵環節，電能表上下料單元一般由智能輥筒運輸線、皮帶運輸線、光電傳感器、自動擋停裝置、多功能計量託盤、智慧機器人和PLC控制器等部件組成。
現有的電能表上下料單元機器人運作策略是將全部上(下)料任務下發給同一個機器人，造成同一個機器人既要執行對電能表的移載工作，又要對空周轉箱進行抓取，這種「自給自足」的策略設計制約了上下料單元的效率，且難以保證運作節奏與整個系統匹配，此外，機器人動作步驟繁雜，指令信號多，一組循環動作涉及多角度、多對象，影響了整個電能表自動化檢定流水線的運行效率。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種電能表自動化檢定系統及方法，簡化自動化檢定流水線上下料機器人的工作流程，創新式的採用了單層周轉箱緩存區和多層周轉箱疊垛區相結合的緩存模式，並藉助輥筒線對周轉箱進行智能運輸，均衡了各個機器人在同一時刻所需執行的任務，簡化了單個機器人的動作路徑，大幅提高上下料機器人的運作效率。
本發明採用以下技術方案：
一種電能表自動化檢定系統，包括PLC控制器、受PLC控制器控制的用於周轉箱出庫的出庫輥筒運輸線、用於周轉箱回庫的回庫輥筒運輸線、用於運輸周轉箱的單層周轉箱緩存線、用於緩存周轉箱的周轉箱疊跺緩存線、用於運輸不合格電能表的電能表復檢皮帶線、用於運輸計量託盤的計量託盤運輸線、用於移載電能表或周轉箱的上料機器人、下料機器人，以及與PLC控制器連接的設於單層周轉箱緩存線上用於感應周轉箱位置的周轉箱監視傳感器。
進一步的，出庫輥筒運輸線用於將裝有電能表的周轉箱運輸至單層周轉箱緩存線的上料位，位於上料位附近的上料機器人用於將上料位處周轉箱內的電能表移載至計量託盤運輸線上計量託盤內。
進一步的，單層周轉箱緩存線上位於上料位的前端依次為多個緩存位、抓箱位、裝箱位，裝箱位靠近回庫輥筒運輸線，單層周轉箱緩存線根據周轉箱監視傳感器監測的感應周轉箱位置信號將周轉箱依次定位在周轉箱監視傳感器對應位置，若緩存位已滿則由設於抓箱位附近的下料機器人將抓箱位上的周轉箱移載至周轉箱疊垛緩存線的疊垛位，單層周轉箱緩存線上的空箱依次前移，填補抓箱位。
進一步的，疊垛位達到疊垛上限後，周轉箱疊垛緩存線用於將疊垛空箱運輸至拆跺位，拆跺位位於上料機器人一側，疊垛位位於下料機器人一側。
進一步的，下料機器人還用於將計量託盤運輸線上檢測為合格狀態或不合格狀態的電能表移載至裝箱位處周轉箱內，檢測為待定狀態的電能表移載至電能表復檢皮帶線，裝箱位處周轉箱的電能表裝滿後，周轉箱通過回庫輥筒運輸線運輸離開裝箱位而回庫。
進一步的，在下料狀態時，若單層周轉箱緩存線上沒有空箱，由上料機器人執行拆跺任務，上料機器人從拆跺位抓取周轉箱移載至上料位，單層周轉箱緩存線運輸空箱至抓箱位。
進一步的，所述周轉箱監視傳感器包括上料位傳感器、周轉箱緩存監視傳感器、抓箱位傳感器、裝箱位傳感器，分別與上料位、緩存位、抓箱位、裝箱位對應，將感應是否有周轉箱在位的信號傳輸給PLC控制器。
進一步的，還包括與PLC控制器連接的用於定位周轉箱的擋停裝置，包括上料位擋停裝置、抓箱位擋停裝置、裝箱位擋停裝置，在出庫輥筒運輸線運輸周轉箱至單層周轉箱緩存線的上料位後，上料位擋停裝置在PLC控制器控制下頂升；在空箱通過單層周轉箱緩存線運輸至抓箱位時，若裝箱位處無空箱，則將抓箱位的空箱運輸至裝箱位後裝箱位擋停裝置頂升，若裝箱位處有空箱，則抓箱位擋停裝置頂升。
進一步的，還包括與上料機器人、下料機器人連接的控制系統，控制系統與PLC控制器連接，上料機器人和下料機器人在收到控制系統根據PLC控制器下發的任務指令後，執行電能表和周轉箱的移載任務，移載定位通過機械手上的傳感器對固定坐標進行精確定位。
一種電能表自動化檢定方法，包括如下步驟：
步驟S1、出庫輥筒運輸線運輸盛裝電能表的周轉箱至單層周轉箱緩存線的上料位；
步驟S2、將單層周轉箱緩存線上料位處的上料位擋停裝置頂升，將上料位處的周轉箱定位在上料位處；
步驟S3、上料機器人檢查計量託盤運輸線上電能表放置位處的計量託盤是否有空位，若有空位，則執行步驟S4，否則發出申請空計量託盤請求，直至上料機器人感應到計量託盤有空位，然後執行步驟S4；
步驟S4、上料機器人檢測上料位處周轉箱內是否還有電能表，若有，則根據電能表方位，抓取電能表移載至計量託盤運輸線上計量託盤空位處；否則執行步驟S5；
步驟S5、發出信號給PLC控制器，控制上料位擋停裝置下降，空箱通過單層周轉箱緩存線運輸離開上料位向抓箱位方向移動，抓箱位的前端是裝箱位，出庫輥筒運輸線運輸下一個盛裝電能表的周轉箱至上料位，然後執行步驟S2；
步驟S6、當空箱通過單層周轉箱緩存線運輸至抓箱位位時，判斷裝箱位處有無空箱，若無空箱，則將抓箱位的空箱運輸至裝箱位，裝箱位擋停裝置頂升，將周轉箱定位在裝箱位，若裝箱位處有空箱，則抓箱位擋停裝置頂升，將抓箱位的空箱定位在抓箱位；
步驟S7、若單層周轉箱緩存線3上仍有空箱生成，則從抓箱位往後依次將空箱定位於單層周轉箱緩存線對應的單層緩存監視傳感器位置，直至達到單層周轉箱緩存線的緩存上限，然後執行步驟S8；
步驟S8、下料機器人根據接收到的疊垛信號，執行疊垛任務，將位於抓箱位的空箱抓取並移載至周轉箱疊垛緩存線的疊垛位，單層周轉箱緩存線上的空箱依次前移，填補抓箱位，然後返回執行步驟S7；
步驟S9：下料狀態時，判斷裝箱位處有無空箱，若無空箱，則將單層周轉箱緩存線上的空箱運輸至裝箱位，若單層周轉箱緩存線上也無空箱，即裝箱位傳感器和單層緩存監視傳感器均發出缺箱信號，則由上料機器人執行拆跺任務，上料機器人從拆跺位抓取周轉箱移載至上料位，單層周轉箱緩存線運輸空箱至裝箱位，然後執行步驟S10；若判斷裝箱位處有空箱，則執行步驟步驟S10；
步驟S10、下料機器人檢測計量託盤運輸線上計量託盤內電能表方位，依據檢定結論進行分揀，若為合格狀態或不合格狀態，抓取電能表移載至裝箱位處周轉箱內；若為待定狀態，分揀電能表至電能表復檢皮帶線；
步驟S11、判斷裝箱位處周轉箱是否已滿，若判斷為已滿，則發出信號給PLC控制器，控制裝箱位擋停裝置下降，周轉箱通過回庫輥筒運輸線運輸離開裝箱位，若判斷結果為未滿，則返回執行步驟S9。
本發明具有下列優點和有益效果：
1、本發明主要應用在電能表自動化檢定流水線中，為上下料機器人工作任務的策略設計，依據上、下料節拍數據推算，布局智能運輸出庫輥筒運輸線和單層周轉箱緩存線，將上、下料機器人對周轉箱和電能表移載路徑進行策略優化設計。
2、針對上料階段，需抓取和移載的對象多的問題，分配上料機器人執行對電能表的抓取移載，分配下料機器人承擔對周轉箱的移載碼垛任務，減輕了上料機器人的上料壓力，節拍循環周期縮短，機器人利用率合理；同理，在下料階段，分配下料機器人對電能表進行分揀移載，分配上料機器人承擔對周轉箱的拆垛移載任務，減輕了下料機器人的下料分揀壓力，節拍循環周期縮短，機器人利用率合理。
3、在上、下料平衡階段，藉助單層輥筒運輸線的對空周轉箱有多個(例如7個)的緩存裕量，確保了在上、下料平衡階段周轉箱供需平衡，上、下料機器人無需再針對周轉箱進行專門的碼垛、拆垛工作，上、下料機器人在該階段的工作對象僅為電能表。
4、經過實際實驗驗證，本發明移栽定位準確率可達到100％，緩存空間足量且合理，完全適應整個系統的自動化節拍；上、下料單元機器人移載部分，移載能力大於負載重量的1.5倍；上、下料單元傳輸移載速度符合系統產能節拍要求，運行速度在(0～120)％節拍要求範圍內可設；上、下料單元定位準確度優於±0.2mm；上、下料成功率≥99.9％。
附圖說明
圖1是本發明電能表自動化檢定系統的電路原理框圖；
圖2是本發明電能表自動化檢定系統的結構示意圖。
圖中：1—出庫輥筒運輸線，2—回庫輥筒運輸線，3—單層周轉箱緩存線，4—周轉箱疊跺緩存線，5—計量託盤運輸線，6—電能表復檢皮帶線，7—上料機器人，8—下料機器人，9—上料位，10—上料位擋停裝置，11—抓箱位，12—抓箱位擋停裝置，13—裝箱位，14—裝箱位擋停裝置，15—上料位傳感器，16—抓箱位傳感器，17-22—周轉箱緩存監視傳感器，23—PLC控制器，24—疊跺位，25—拆跺位，26—電能表放置位，27—電能表抓取位，28—控制系統，29—裝箱位傳感器。
具體實施方式
下面將結合本發明中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述。
請參考圖1及圖2，本發明提供一種電能表自動化檢定系統，包括PLC控制器23、用於周轉箱出庫的出庫輥筒運輸線1、用於周轉箱回庫的回庫輥筒運輸線2、用於運輸周轉箱的單層周轉箱緩存線3、用於緩存周轉箱的周轉箱疊跺緩存線4、用於運輸不合格電能表的電能表復檢皮帶線6、用於運輸計量託盤的計量託盤運輸線5、設於單層周轉箱緩存線3上用於感應周轉箱位置的周轉箱監視傳感器、用於定位周轉箱的擋停裝置(上料位擋停裝置10、抓箱位擋停裝置12、裝箱位擋停裝置14)、用於移載電能表或周轉箱的上料機器人7、下料機器人8。
出庫輥筒運輸線1和回庫輥筒運輸線2分別設於單層周轉箱緩存線3的兩端，出庫輥筒運輸線1用於將裝有電能表的周轉箱運輸至單層周轉箱緩存線3的上料位9，位於上料位9附近的上料機器人7用於將上料位9處周轉箱內的電能表移載至計量託盤運輸線5上計量託盤內，單層周轉箱緩存線3上位於上料位9的前端依次為多個緩存位、抓箱位11、裝箱位13，裝箱位13靠近回庫輥筒運輸線2，單層周轉箱緩存線3根據監測到的多個緩存位、抓箱位11、裝箱位13是否在位信息，將周轉箱依次定位在裝箱位13、抓箱位11、多個緩存位，若緩存位已滿則由設於抓箱位11附近的下料機器人8將抓箱位11上的周轉箱移載至周轉箱疊垛緩存線4的疊垛位24，單層周轉箱緩存線3上的空箱依次前移，填補抓箱位11，疊垛位24達到疊垛上限後，周轉箱疊垛緩存線4將疊垛空箱運輸至拆跺位25，拆跺位25位於上料機器人7一側，疊垛位24位於下料機器人8一側；下料機器人8還用於將計量託盤運輸線5上檢測為合格狀態或不合格狀態的電能表移載至裝箱位13處周轉箱內，檢測為待定狀態的電能表移載至電能表復檢皮帶線6，裝箱位13處周轉箱的電能表裝滿後，周轉箱通過回庫輥筒運輸線2運輸離開裝箱位13而回庫。
所述PLC控制器23是控制中心，能分別發出指令控制單層周轉箱緩存線3、周轉箱疊跺緩存線4、計量託盤運輸線5、感應周轉箱位置的周轉箱監視傳感器、用於定位周轉箱的擋停裝置(上料位擋停裝置10、抓箱位擋停裝置12、裝箱位擋停裝置14)、用於移載電能表或周轉箱的上料機器人7、下料機器人8，所述用於感應周轉箱位置的周轉箱監視傳感器(上料位傳感器15、抓箱位傳感器16、周轉箱緩存監視傳感器17-22、裝箱位傳感器29)的信號輸出段分別與用於輔助PLC控制器23進行邏輯運算，以便檢測出單層周轉箱緩存線3各位置周轉箱的在位狀態信息，然後發出響應控制命令。
上料機器人7和下料機器人8在收到控制系統28根據PLC控制器23下發的任務指令後，執行電能表和周轉箱的移載任務，移載定位通過機械手上的傳感器對固定坐標進行精確定位，確保移載準確，此外機械手傳感器還能檢測周裝箱和計量託盤的盛裝電能表的數量，並邏輯生成下一個動作。
各種傳感器(上料位傳感器15、抓箱位傳感器16、單層周轉箱緩存監視傳感器17-22、裝箱位傳感器29)是整個系統的信號輸入端，PLC控制器23是系統的控制中樞，用於收集信號輸入端的信號並依據邏輯策略下發命令給輸出控制對象，上料機器人7、下料機器人8、單層周轉箱緩存線3、周轉箱疊垛緩存線4和上料位擋停裝置10、抓箱位擋停裝置12、裝箱位擋停裝置14是整個系統的輸出控制對象。
當周轉箱經出庫輥筒運輸線1到達上料位9就緒後，經PLC控制器23通知控制系統28就緒，控制系統28通過與上料機器人7交互進行上料工作，上料完成之後產生空箱。此時整體作業需要處理空箱，則PLC控制器23判斷單層周轉箱緩存線3上空箱數量是否滿足達到設計緩存上限值。
如果監測單層周轉箱緩存線3上信號為正常，即表示目前數量還未超過限定數量，則周轉箱依次定位於周轉箱監視傳感器(17-22)對應位置。
如果監測單層周轉箱緩存線3上信號為NULL(空)，則表示單層周轉箱緩存線3上現在沒有空箱，且判定下料機器人8為下料工作狀態需要空箱，上料機器人7會判斷有無等待周轉箱，如果沒有則會發出請求周轉箱信號，由PLC控制器23去判斷周轉箱疊跺緩存線4的拆垛位25有無空箱，同時監控上料機器人7發出的請求周轉箱命令，如果周轉箱疊跺緩存線4上有箱子，則控制周轉箱緩存跺運動至拆垛位25，並通知上料機器人7進行拆垛，拆垛完成之後，確保單層周轉箱緩存線3上有空箱，上料機器人7完成拆垛工作之後，則取消拆垛信號，繼續工作，抓取的空箱經單層周轉箱緩存線3輸送至裝箱位13，單層周轉箱緩存線29檢測空箱到位，則取消請求空箱命令繼續工作，直到整個流程結束。
如果單層周轉箱緩存線3上檢測信號為FULL，即達到緩存上限值，則通知下料機器人8進行疊垛工作，下料機器人8完成疊垛工作後，通知上料機器人7已完成信號，上料機器人7即取消疊垛信號。
具體疊垛策略設計如下：
單層周轉箱緩存線3，其具體位置為上料位9至裝箱位13之間，按照設計，該段單層周轉箱緩存線3均勻分布有6個單層緩存監視傳感器(17-22)，加上裝箱位13最多能緩存7個周轉箱，當上料機器人7抓取完畢第一個周轉箱內電能表後，第一個周轉箱會向前移動至裝箱位13，若後續，第二個周轉箱會定位於抓箱位11，若仍有周轉箱產生，則第三個至第八個會依次定位於單層緩存監視傳感器(17-22)處，此外，若單層周轉箱緩存線3已達到緩存上限(即第九個空箱在上料位(9)處產生時)，則下料機器人8收到周轉箱疊垛命令，被抓取並移載位於抓箱位11處的周轉箱放置於周轉箱疊垛緩存線4的疊垛位24，每層周轉箱以15°位角度差向上疊垛，每垛最多6層，當下料機器人8感應到碼垛位層數已達6層時，會發信號給PLC控制器，PLC控制器將控制周轉箱疊垛緩存線4由疊垛位24向拆跺位25移動一個檔位，檔位具體為一跺周轉箱的存放空間。周轉箱疊垛緩存線4最大緩存跺數為7跺，故最多緩存42隻周轉箱，由於目前每個周轉箱能盛裝15隻電能表，故最多可滿足630隻電能表的用箱需求，完全滿足現有流水線600隻電能表及下料不滿箱情況的需求。
該周轉箱疊跺緩存線4設置的最大容量為電能表自動化檢定流水線最大單次檢定電能表容量所對應的周轉箱所需的疊跺長度(按照600隻電能表最大檢定量計算，以15隻電能表為一滿箱計算，現有緩存線應能容納7跺，每跺6層，合計42個周轉箱，故轉箱疊跺緩存線4長度可設計為容納7跺周轉箱緩存的所需長度，約5800mm。
本發明相應提供一種自動化檢定方法，包括如下步驟：
步驟S1、出庫輥筒運輸線1運輸盛裝電能表的周轉箱至單層周轉箱緩存線3的上料位9；
步驟S2、將單層周轉箱緩存線3上料位9處的上料位擋停裝置10頂升，將上料位9處的周轉箱定位在上料位9處；
步驟S3、上料機器人7檢查計量託盤運輸線5上電能表放置位26處的計量託盤是否有空位，若有空位，則執行步驟S4，否則發出申請空計量託盤請求，直至上料機器人7感應到計量託盤有空位，然後執行步驟S4；
步驟S4、上料機器人7檢測上料位9處周轉箱內是否還有電能表，若有，則根據電能表方位，抓取電能表移載至計量託盤運輸線5上計量託盤空位處；否則執行步驟S5；
步驟S5、發出信號給PLC控制器23，控制上料位擋停裝置10下降，空箱通過單層周轉箱緩存線3運輸離開上料位9向抓箱位11方向移動，抓箱位11的前端是裝箱位13，出庫輥筒運輸線1運輸下一個盛裝電能表的周轉箱至上料位9，然後執行步驟S2；
步驟S6、當空箱通過單層周轉箱緩存線3運輸至抓箱位11位時，判斷裝箱位13處有無空箱，若無空箱，則將抓箱位11的空箱運輸至裝箱位13，裝箱位擋停裝置14頂升，將周轉箱定位在裝箱位13，若裝箱位13處有空箱，則抓箱位擋停裝置12頂升，將抓箱位11的空箱定位在抓箱位11；
步驟S7、若單層周轉箱緩存線3上仍有空箱生成，則從抓箱位11往後依次將空箱定位於單層周轉箱緩存線3對應的單層緩存監視傳感器(17-22)位置，直至達到單層周轉箱緩存線3的緩存上限(例如6個)，然後執行步驟S8；
步驟S8、下料機器人8根據接收到的疊垛信號，執行疊垛任務，將位於抓箱位11的空箱抓取並移載至周轉箱疊垛緩存線4的疊垛位24，單層周轉箱緩存線3上的空箱依次前移，填補抓箱位11，然後返回執行步驟S7；
步驟S8中若疊垛位24達到疊垛上限，例如疊垛了6個空箱，則周轉箱疊垛緩存線4將疊垛空箱運輸至拆跺位25，拆跺位25位於上料機器人7一側，疊垛位24位於下料機器人8一側；
步驟S9：判斷裝箱位13處有無空箱，若無空箱，則將單層周轉箱緩存線3上的空箱運輸至裝箱位13，若單層周轉箱緩存線3上也無空箱，即裝箱位傳感器29和單層緩存監視傳感器(17-22)均發出缺箱信號，則由上料機器人7執行拆跺任務，上料機器人7從拆跺位25抓取周轉箱移載至上料位9，單層周轉箱緩存線3運輸空箱至裝箱位13，然後執行步驟S10；若判斷裝箱位13處有空箱，則執行步驟步驟S10；
步驟S10、下料機器人8檢測計量託盤運輸線5上電能表抓取位27處計量託盤內電能表方位，依據檢定結論進行分揀，若為合格狀態或不合格狀態，抓取電能表移載至裝箱位13處周轉箱內；若為待定狀態，分揀電能表至電能表復檢皮帶線6；
步驟S11、判斷裝箱位13處周轉箱是否已滿，若判斷為已滿，則發出信號給PLC控制器23，控制裝箱位擋停裝置14下降，周轉箱通過回庫輥筒運輸線2運輸離開裝箱位13，若判斷結果為未滿，則返回執行步驟9。
在電能表上料階段策略設計中，上料機器人僅執行對電能表的抓取、移載工作，下料機器人執行對周轉箱的抓取、疊垛工作，在上料階段，上、下料機器人分工配合，邏輯對象單一，動作路徑簡單，最大亮點是下料機器人分擔了上料機器人本應該承擔的周轉箱疊垛工作。
在電能表自動化檢定系統的上下料平衡階段策略設計中，上、下料機器人僅執行對電能表的抓取、移載工作，運動速率動態平衡，空箱由單層周轉箱緩存線提供，在確保抓箱位有空箱情況下，無需對空箱執行抓取移載任務。
本發明周轉箱碼垛、拆碼工作任務策略更加合理化，簡化了機器人在同一時間段執行命令的移動軌跡，上下料的節拍得到優化。具體節拍由：上料機器人節拍循環邏輯為「抓表——放表」；下料機器人節拍循環邏輯為「抓箱——放箱」，比較以往上料機器人的循環邏輯「抓表——放表——抓箱——放箱」，下料階段邏輯同理，循環周期大幅縮短，節拍更加緊湊，工作效率大幅提升。
另外，周轉箱吞吐量憑藉單層周轉箱緩存線3的設置的緩存上限優勢保持空箱供給平衡，上料機器人7和下料機器人8無需對周轉箱疊跺緩存線4上的周轉箱單獨進行抓取移載工作，上料機器人8和下料機器人9抓取對象均僅針對電能表進行，此時周轉箱疊跺緩存線4內的周轉箱箱跺無流動變化，因此省略了機器人對周轉箱的抓取動作，機器人僅需完成對上、下料電能表的抓取，多層緩存區域內的周轉箱無需變動。