Это продолжение предыдущей статьи «автоматическая линия сортировки бумажных пакетов с семенами» опубликованной здесь ранее. В данной статье более подробно описываются особенности подключения оборудования и алгоритмы работы автоматической линии сортировки чтобы дать представление о принципах работы системы в целом.
Введение
Резюмируя написанное в первой части статьи: на одной из производственных площадок нашей компании идет реализация проекта «автоматическая линия сортировки бумажных пакетов с семенами» которая состоит из двух автономных единиц оборудования, первая — конвейерная линия сортировки бумажных пакетов с семенами, вторая — автономный роботизированный комплекс (АРК). Функция первой — распределить выкладываемые на конвейерную линию пакеты с семенами по типу продукции, различаемого с помощью штрих-кода на тыльной стороне пакета, в пластиковые ящики установленные по обе стороны вдоль конвейерной линии в два ряда. Функция второй — выкладывать пакеты с семенами на конвейерную линию сортировки по середине, вдоль движения ленты, с определенным промежутком между пакетами и штрих-кодом вверх из приемного бункера-элеватора. В него загружаются пакеты с семенами разных наименований возвращаемые из отделений продаж, которые не успели распродать за сезон. Эти пакеты требуется сосчитать и отсортировать отдельно по каждому наименованию, чтобы оценить количество проданного товара и для удобства в последующих процессах его набора и реализации
В предыдущей части статьи описано краткое содержание поставленной задачи и идея реализации проекта «автоматической линии сортировки бумажных пакетов с семенами». Также, там дано объяснение принципа работы и особенностей конструкции некоторых узлов для понимания их функционала в составе линии. В этой части я попробую описать специфику подключения пневматического и электрооборудования линии сортировки и алгоритмы работы АРК и конвейерной линии для понимания принципа работы системы в целом.
Подключение пневматического и электрооборудования линии
Как описывалось в предыдущей части статьи «из-за большой протяженности линии, на которой по всей длине установлены датчики и пневматические цилиндры, через каждые 2 метра вдоль конвейеров, на 0,9 метра выше уровня ленты, предусмотрена установка блоков распределенной периферии (БРП)». Для крепления их над линией, вдоль всех конвейеров, предусмотрена специальная подвесная конструкция состоящая из труб квадратного сечения 60х60 мм. крепящаяся к фермам конструкции цеха с помощью стяжных зажимов. К данной конструкции приварены держатели БРП, каждый из которых представляет из себя прямоугольный профиль 40х20 мм. длиной 1,5 метра с приваренной к нему площадкой из листового металла толщиной 2 мм., к которой крепится сам БРП. Также, к подвесной конструкции, при помощи кронштейнов, крепится кабельный лоток шириной 150 мм. В данном лотке уложены все кабели и провода для подключения всех датчиков, устройств, блоков и исполнительных механизмов конвейерной линии сортировки.
Конвейерная линия сортировки подключена к сети электропитания кабелем ВВГ-5х2,5 кв. мм. Вводной автомат в шкафу управления (ШУ) линии C16A, напряжение питающей сети 380 В, частота сети 50 Гц, потребляемая мощность 5 кВт. Питание всех датчиков, сканеров штрих-кода и блоков распределенной периферии (БРП) осуществляется постоянным напряжением 24 В. Для питания этих устройств предусмотрена установка восьми распределительных блоков питания размещенных на подвесной конструкции и расположенных так, чтобы каждый такой блок наиболее оптимально распределял питание на 8 БРП конвейерной линии. Для подключения БРП, сканеров штрих-кода и энкодеров к ШУ конвейерной линии используются экранированные сигнальные кабели «витая пара». Датчики регистрации продукта подключаются непосредственно в свободные входы БРП при помощи 3-ех контактного разъема М8. Из-за того, что электродвигатели конвейерной линии запитаны от преобразователей частоты, их подключение осуществляется экранированным медным кабелем для минимизации влияния электромагнитных помех на сигнальные кабели проложенные рядом с силовыми.
Вторым источником энергии для конвейерной линии сортировки является сжатый воздух. Линия подключается к системе сжатого воздуха предприятия с номинальным давлением 7 атм. Номинальный расчетный расход воздуха линии 60 нл/мин. В цехе, где расположена автоматическая линия сортировки, установлен общий воздушный ресивер на 500 литров. После ресивера идет магистральная ветвь полипропиленового трубопровода диаметром 32 мм. вдоль стены цеха, от которой, в свою очередь, отходят распределительные ветви для АРК и восьми распределительных узлов воздуха конвейерной линии. Каждый такой узел состоящий из ресивера на 10 литров и блока подготовки воздуха, закрепленный на подвесной конструкции над конвейерной линией, питает сжатым воздухом 8 БРП, представляющих из себя пневматические острова Camozzi серии NH. От каждого БРП питается 16 пневматических цилиндров, 8 для сбрасывателей пакетов и 8 для распределительных коробов, функционал и конструкция которых описана в первой части статьи. Каждый блок подготовки воздуха собран из группы модульных устройств Camozzi серии MX3 и состоит из клапана безопасности с ручным управлением, фильтра-регулятора 25 мкм., фильтра на 5 мкм., коалесцентного фильтра на 1 мкм., электропневматического клапана безопасности и коллектора совмещенного с реле давления. От коллектора отходят две ветви, представляющие из себя полиамидную гибкую трубку диаметром 16 мм., каждая из которых питает сжатым воздухом 4 БРП.
Автономный роботизированный комплекс подключен к сети электропитания отдельным кабелем ВВГ-5х6 кв. мм. Вводной автомат в ШУ АРК C50A, напряжение питающей сети 380 В, частота сети 50 Гц. Подключение АРК к системе сжатого воздуха предприятия нужно для обеспечения разряжения в устройствах вакуумного захвата дельта-роботов с помощью эжекторов и создания воздушного потока в узле переворота пакетов.
Алгоритм работы автономного роботизированного комплекса (АРК)
В начале работы и периодически во время работы оператор загружает в приемный бункер-элеватор роботизированного комплекса пакеты с семенами разных наименований которые требуется отсортировать. Далее, элеватор, который представляет из себя наклонный ленточный транспортер с низкими поперечными перегородками, поднимает из бункера и ссыпает пакеты на первый конвейер разделителя пакетов, функция которого расположить пакеты на конвейерной ленте раздельно и в один слой, перед тем, как они прибудут в зону работы системы технического зрения (СТЗ). Чтобы это обеспечивалось, все конвейеры разделителя пакетов должны работать с разными линейными скоростями, увеличиваясь от начала к концу. Первый конвейер имеет наименьшую скорость ленты, пакеты на него ссыпаются из бункера-элеватора и поэтому могут расположиться на ленте наслоившимися один на другом. Лента второго конвейера движется быстрее первого, поэтому на их стыке обеспечивается первый этап расслоения пакетов друг от друга. Линейная скорость третьего конвейера, соответственно, больше чем второго, что позволяет осуществить второй этап расслоения пакетов на ленте. Третий конвейер является последним в разделителе пакетов, поэтому на нем установлена первая видеокамера СТЗ и находится область работы первого дельта-робота.
После второго этапа расслоения пакетов, двигаясь по ленте третьего конвейера, пакеты с семенами попадают в зону работы первой камеры СТЗ. Которая, в свою очередь, постоянно сканирует поверхность ленты на наличие штрих-кода у проходящих через нее пакетов, и если обнаруживает его, то фиксирует положение (координату) и направление (вектор) этого пакета на конвейерной ленте. Все зафиксированные данные СТЗ передает системе управления (СУ) первого дельта-робота. Т. к. положение пакетов смещается во времени и зависит от скорости ленты, на третьем конвейере установлен энкодер, по сигналам с которого система управления дельта-робота определяет на сколько смещается координата каждого пакета во времени. Это нужно для точного позиционирования дельта-роботом вакуумного захвата на пакете во время работы.
Зная положение и направление каждого пакета, лежащего штрих-кодом вверх, в каждый момент времени на ленте третьего конвейера разделителя пакетов, первый дельта-робот направляет устройство вакуумного захвата к центру этого пакета, забирает его с ленты, после чего перемещает и кладет его на движущуюся конвейерную ленту линии сортировки в зону выкладки пакетов. При этом, во время перемещения, пакет ориентируются таким образом, чтобы на линию он выкладывался вдоль движения ленты с определенным промежутком между соседним пакетом, что обеспечивается позиционированием с помощью энкодера установленного на конвейерной ленте линии сортировки. Те пакеты, которые лежат штрих-кодом вниз на ленте третьего конвейера, продолжают движение до узла переворота пакетов, где они переворачиваются на противоположную сторону и попадают на конвейер перевернутых пакетов уже штрих-кодом вверх. На этом конвейере установлены: второй энкодер, вторая видеокамера СТЗ, а также находится область работы второго дельта-робота.
Алгоритмы работы второй видеокамеры СТЗ и СУ второго дельта-робота такие же как и первых, с той лишь разницей, что укладка пакетов на конвейерную ленту линии сортировки осуществляется в свободные промежутки между пакетами уложенными первым дельта-роботом. Те пакеты, которые остались необработанными системой управления второго дельта-робота, например из-за не обнаруженного штрих-кода на пакете, продолжают движение на ленте конвейера перевернутых пакетов, в конце которого стоит короб для их приема. Во время работы комплекса, не обработанные пакеты постепенно заполняют этот короб, из-за чего требуется периодически пересыпать из него пакеты в приемный бункер-элеватор комплекса для повторного прогона их через АРК.
Алгоритм работы конвейерной линии сортировки
В контроллере, с момента запуска линии сортировки, активируются два счетчика, входными импульсами которых являются сигналы энкодеров с двух прямых конвейеров. Каждый импульс с энкодера пропорционален перемещению ленты конвейера на определенное расстояние, которое зависит от радиуса изгиба внешней поверхности ленты на приводной звездочке и количества импульсов за оборот энкодера.
Пакеты с семенами, которые подаются роботизированным комплексом в зону выкладки пакетов на ленту конвейера, в самом начале линии сортировки, движутся вдоль конвейерной линии штрих-кодом вверх с определенными промежутками. Далее, передний край каждого пакета регистрируются первым датчиком регистрации, на основе оптического микрометра, как начальная точка положения пакета на ленте. В этот момент, контроллер запоминает значение первого счетчика, который считывает значение с энкодера первого конвейера, и присваивает номер для этого значения. Таким образом каждому пакету, обнаруженному датчиком, присваивается свой номер и значение счетчика в момент регистрации. Двигаясь по ленте дальше, пакеты попадают в зону работы первого считывателя штрих-кода, который находится рядом с датчиком регистрации на фиксированном расстоянии. Программа контроллера прибавляет постоянную величину (в импульсах), соответствующую расстоянию от датчика регистрации до зоны работы считывателя, ко всем зафиксированным значениям счетчика и при достижении получившегося значения подает сигнал активации считывателя. Получается, что каждый пакет зарегистрированный датчиком, через фиксированное расстояние заданное в импульсах энкодера, попадает в зону работы считывателя штрих-кода и активирует его. Считыватель определяет штрих-код на пакете, который преобразуется в цифровой код, и затем передает его в контроллер. В памяти контроллера имеется база данных, в которой содержатся цифровые коды всех наименований пакетов, соответствующих им цифровых значений тех мест, где они должны быть сброшены с ленты конвейера и положение заслонок распределительных коробов, т. е. в верхний или нижний ящик будет направлен каждый пакет после сброса. Каждое место сброса имеет фиксированное расстояние от датчика регистрации, и соответственно, постоянное значение импульсов энкодера. Поэтому, для сброса каждого пакета в определенное место, контроллер прибавляет к зафиксированному значению счетчика, после определения штрих-кода каждого пакета, то значение из базы данных, которое соответствует цифровому коду этого пакета и при достижении получившегося значения счетчика подает сигналы на два пневматических распределителя — сбрасывателя пакетов, соответствующий определенному месту сброса, и заслонки распределительного короба, соответствующий ряду ящиков в который будет сброшен пакет. На первом конвейере установлены первые 500 ящиков для отсортированного товара. Таким образом, каждый пакет, определенный сканером штрих-кода и имеющийся в базе данных контроллера для первого конвейера линии сортировки, будет сброшен с ленты первого конвейера в определенный ящик, соответствующий наименованию товара.
Те пакеты, которые не соответствуют местам сброса на первом (прямом) конвейере линии или не распознаны первым сканером штрих-кода продолжают движение на ленте этого конвейера пока не достигают второго (поворотного) конвейера. Место стыковки конвейеров выполнено так, что их плоскости находятся на разных уровнях по высоте. Плоскость поворотного конвейера находится ниже плоскости первого конвейера линии, этим обеспечивается переход пакетов с одного на другой конвейер во время их работы. Далее, пакеты, двигаясь на ленте второго конвейера, разворачиваются им на 180 градусов и достигают третьего конвейера. Место стыковки, также, как и предыдущем случае, выполнено с разными уровнями плоскостей конвейерных лент, чтобы обеспечивался переход пакетов со второго на третий конвейер. Таким образом пакеты попадают с первого на третий конвейер, которые стоят параллельно друг другу, но их ленты движутся в противоположных направлениях.
Перемещаясь на ленте третьего конвейера, пакеты, как и в ранее описанном случае с первым конвейером, регистрируются вторым датчиком регистрации и далее обрабатываются по тому же алгоритму, только для следующих 500 наименований товаров. В конце третьего конвейера, и всей линии соответственно, установлен приемный короб для пакетов которые остались не обработанными системой управления линии сортировки, на случай если такие пакеты будут. Эти пакеты можно будет обработать вручную или прогнать повторно через линию сортировки.
Заключение
На сегодняшней день проект находится на стадии пусконаладочных работ АРК и конвейерной линии сортировки. Все оборудование АРК привезли 12 августа и с 15 по 18 августа его смонтировали на площадке в привязке к конвейерной линии. На конвейерной линии сортировки логически обвязали все оборудование и протестировали его отдельно. Далее планируются тестовые испытания отдельно АРК и конвейерной линии, а следующий этап — тестирование системы в целом с выявлением и описанием замечаний в работе системы.
Спасибо что дочитали статью до конца, надеюсь что она будет полезна как в познавательных, так и в практических целях.
Читайте также:
