《玻璃装箱分拣检测系统设计》8800字（论文）

PAGE4玻璃装箱分拣检测系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u205411引言 1306931.1研究背景 138751.2目的及意义 1170182系统设计 346582.1系统的总体设计 399822.2装箱分拣系统设计 4228313硬件设计 6152513.1硬件配置 624163.1.1PLC及模块选型 6248093.1.2扫码检测系统选型 7303963.1.3装箱机械臂选型 85743.1.4称重系统选型 8214343.1.5驱动电机 9129123.1.6面板布置图 9202863.2I/O分配表 10303823.3主电路接线图 11196533.3.1主电路接线图 11213733.3.2PLC接线图 1266024程序设计 1459434.1总体控制流程图 14201964.2机械臂控制部分 21299974.3检测系统软件部分 23171095结论 2424326参考文献： 251引言1.1研究背景玻璃作为现代工业的主要原材料之一，随着全球工业制造的不断升级，对其生产，加工，运输，安装等各个环节的自动化要求也越来越高。但由于现代玻璃制品的实际应用领域细分化程度越来越高，因此不同使用类别但外形相似度极高的玻璃产品也越来越多。这也大大增加了生产过程中分拣，装箱时不同产品混装漏装或多装的错误率。以某轿车玻璃生气企业为例，在以年为周期单位的跟踪和调研后做出的准确统计中，仅在玻璃成品的装箱分拣工序，因产品混装或漏装所引起的产品不合格次数就达到45次，几乎每周都会有一次混装或者漏装事故发生。在工业生产工程中，最后的装箱分拣检测也是整个工业生产的重要的组成部分。装箱分拣检测在产品制造的各个领域应用广泛，已涉及到如家电、耗材、配件、电力电子等各个领域。装箱分拣检测控制对不同的控制对象有着不同的技术要求，因此选择怎样的控制方法对其起着至关重要的影响。对产品的唯一身份识别是分拣的重要参数，是玻璃装箱以及问题产品追溯的重要依据。为了保证生产过程的正常进行，提高产品的在最后环节的分拣准确率，减少工人的劳动轻度以及确保分拣的可追溯性，常常要求被检测物确定身份的唯一性，按照指定的生产规律变化，产生一整条可追溯数据，加上机械臂的精准拾取，完成对玻璃装箱检测的整个过程。采用传统的人工目测，人工分装的方法很难保证产品最后环节的准确性及装箱的一致性。1.2目的及意义玻璃的预处理，切片，成型，钢化，甚至打磨等工序都已经基本实现机械自动化；但在生产线的最后分拣及装箱工序，目前还是通过传统的人工方式来手动完成；这不仅增加了工人劳动的强度，降低了整个生产线的生产效率，也使得装箱过程中经常出现人为的错装或混装等问题；同时，手工生产线流程无法进行全程数字量化管理，这也为后续问题产品的排除和追溯造成阻碍。本课题主要论述玻璃扫码分类及机械臂分拣控制设计。玻璃装箱分拣现在已经从之前的人工化慢慢改成了全部的自动化。现在主要是对相同类似产品的类型进行扫码获取分析，得出结论，机械臂分拣装箱。基于二维码的唯一性及机械臂本身优异的分拣性能使玻璃装箱检测系统更加经济高效，性能稳定，一致性高，实用性强。本课题主要论述为玻璃装箱分拣检测硬件的设计，使玻璃在自动化生产过程中，更好的完成对玻璃的类型识别，确保对玻璃装箱的一致性放置位置，避免错装，漏装，多装的错误发生，提高生产效率，保证生产过程的正常进行，提高产品装箱的准确性。减少工人的劳动强度以及节约能源。本设计针对的玻璃产品主要是某轿车玻璃制造公司的系列产品，可归纳为5大类型，具体参见下表：表1某轿车玻璃制造公司玻璃分类表轿车玻璃类别实物图例小三角玻璃天窗玻璃四门玻璃前档玻璃后档玻璃单片重量范围0.53KG~20KG单片尺寸范围33*15CM~150*80CM2系统设计2.1系统的总体设计玻璃装箱分拣检测分为玻璃传送部分，玻璃类型检测部分，机械手分拣装箱部分及称重比对四个部分组成。图1总体工艺流程示意图本课题主要讨论玻璃装箱分拣检测的硬件设计，所以要通过实际需要来对硬件进行选择，将外部的硬件选择好以后，再对控制系统软件进行选择，根据实际任务要求本设计选择扫码设备，机械臂及称重设备，在对外部硬件的选择完成后，根据玻璃装箱分拣需要进行程序设计，调试，运行，完成整个玻璃装箱分拣流程的检测系统设计。2.2装箱分拣系统设计装箱分拣系统控制是一种以西门子S7-200smart为主控制单元，以智能相机扫码为玻璃检测系统，机械臂为分拣装箱，称重作为封箱比对。该控制总体硬件如图2所示包括：西门子S7-200smart为主控制单元，电源模块，智能扫码相机，机械臂，称重传感器上位机组成。图2总体硬件结构图图2可知，当玻璃通过生产流水线到达智能相机扫码区，扫码信号开启，智能相机采集玻璃上的唯一身份识别二维码，然后将数据后送给上位机，上位机通过与系统数据库对比，判断玻璃是否属于该次装箱规格，将数据结果传送至S7-200smartPLC，S7-200PLC通过运算后开关量给机械臂信号，机械臂通过PLC给的判断信号进行分拣操作，将成型玻璃放置装箱A或B区，并同时记录该玻璃片的放置位置，数量。放置到达指定的整箱数，给PLC封箱信号，PLC采集装箱区重量值，当重量值达到既定误差范围内，即可打包入库。如超出标定误差即需报警，等待人工查错，修改。图3总体信息流程图整体信息流程图：主要是以上位机作为整个的信息处理中心，通过internet与智能相机及PLC进行网络通讯，将智能相机读取的数据与数据库装箱装箱状态数据进行比对判断玻璃的属性，然后通过PLC进行下一步的运行控制及数据记录。其中上位机选用高性能的戴尔服务器，而现场控制设备选用I/O工业级触摸一体机，型号选用P17R-700，是一款高性能工业触摸一体机，特点是全面支持Intel第三代桌面酷睿i3/i5/i7多核桌面平台处理器，最高支持16GBDDR3笔记本内存，支持多串口、多网口、无线网卡、PCI/PCI-E的扩展，作为工业网络信息终端，能很好的应用于玻璃装箱分拣检测系统中。信息流程图中的每个设备节点（除称重模块外）均设定一个固定的IP地址，划分在同一个WLAN局域网段中，比如定义为：（可以是1~255之间的任意数值），触摸屏（99）、PLC（98）、智能相机（00）、数据服务器（01）IP地址分配见图3，这样既可以保证各个信息点的数据传输及时性，也可以确保本网段局域网内数据的独立性和准确性。3硬件设计3.1硬件配置3.1.1PLC及模块选型本课题根据对玻璃装箱分拣检测的设计分析，外部需采集各电机行进到位信号，其他到位信号，各过载信号共5路信号，按钮控制6路信号，留有备用所以输入需要24路。输出控制各电机驱动，报警，信号输出16路。所以PLC的I/O口共需24点输入及16点输出，外加一路模拟量称重输入。PLC的I/O选择，在S7-200smartPLC小型机类型里，SR40系列的特点是低廉的价格和功能可以满足多种集成的需要，本课题选的S7-200SMARTPLCSR40型，共24点输入及16点输出，。I/O口详解如表1I/O口分配表。S7-200smartPLC小型机类型里，SR40系列的特点是低廉的价格和功能可以满足多种集成的需要，本课题选的S7-200SMARTPLCSR40型。S7-200SMARTPLCSR40型是整体式结构其特点是输入，输出，CPU，电源模块均装设在同一个壳体里，属于一个基本单元。当其系统不够用时，可扩展模块，扩展模块与基本单元连接。SR40有24个输入点和16个输出点。其中24个输入点电路采用了双向光电耦合器，24V直流极性可任意选择，系统设置1M为输入端子（I0.0～I2.7）的公共端。SR40的16个输出端的Q0.0～Q0.7共用2M和2L+公共端，Q1.0～Q1.7共用3M和3L+公共端，在公共端上需要用户连接适当的电源，为PLC的负载服务。SR40有2个高速计数脉冲输入端（I0.0～I0.2），最快的响应速度为7KHz用于捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号.

添加CM01串口模块，接受、发送重量传感器数据。3.1.2扫码检测系统选型图4基恩士SR2000本课题对扫码系统检测需求较高，既要有很高的分辨率，还要具备大视角，以适用于不同产品的尺寸大小，市场上一般的扫描设备无法满足其特殊需求，主要是玻璃大小的不确定性，及二维码粘贴的位置不同，还有流水线上产品的持续运动状态。通过对同行业的设备考察，我们选用基恩士SR2000系列条码读取器。首先SR2000系列条码读取器使用方便，“大视野”、“大景深和焦距”、“具备足以追踪移动物体的速度”仅这些，就无需再要求相关人员熟练使用条码读取器。只需要使用全新的SR-2000系列，“安装即可”实现稳定读取，全新设计大景深的专用镜头。近处与深处均可对焦，无需“变更切换时的对焦位置”、“条码位置控制机构”等多余工时或机构部配备2个最新算法，将读取距离放大传统的约30%。可自动切换检测方式，遇到条形码时使用模式匹配检测，遇到二维码时则使用升频转换（放大＆补正）检测。实现了C-MOUNT安装镜头难以实现的硬件、软件及译码器的最佳化。任何人均可轻松以大景深、远距离进行稳定读取。实际测试中，SR2000能够稳定读取单元尺寸为0.012mm的极小条码。依托自动对焦，本体安装自由度得到显著提升。视野是以往产品10倍以上，使得决定工件位置的公差有了充分余量。同时，基恩士SR2000系列条码读取器还具备了丰富的信息传输接口，自带的RJ45接口也使得它能够非常快速方便的与本系统的PLC进行直接数据通信，而无需第三方转接设备。图5基恩士SR2000测试设置3.1.3装箱机械臂选型本课题机械臂选型根据玻璃的大小，搬运负载，臂展长度作为选着目标，在现在工业体系中，机械臂使用已经成为大的趋势。这里我们选用库卡机械臂，型号KR40PA，负载能力40KG，臂的附加负载20开关，臂展（z轴行程）2091mm。3.1.4称重系统选型图6称重系统配置称重系统运用很广，本课题设计称重要求需控制在50-500KG之间，精度要求需要达到0.1KG，所以本课题选用了升隆SCS-1000G自动称重滚筒称称作为系统的称重平台，其量程在50-1000KG，精度可达到0.1KG，完全能够满足本课题的称重系统要求。图7SCS系列产品参数称重平台可通过自带的RS232接口与PLC进行直接通讯，采用MODBUSRTU协议通讯，将称重的数据实时传送给PLC进行处理。3.1.5驱动电机本课题电机选择根据流水线体的功率需要为1kw，机械效率为70%，我们选择效率为0.8的电动机，由P=P1/N1N2，得1/0.7×0.8=1.8KW，由于没有1.8KW这一规格，所以这里选用2.2KW.根据安装需要，选择卧式，由于链条带动需要慢速运行，所以在电机外部加上减速器，综上所述，这里电机选择亿方三相异步电机，型号：Y90L-2-2.2KW，卧式，运转速度2930，绝缘等级B级。3.1.6面板布置图图8面板布置图面板布置按钮有，电源指示灯，闭锁/开启，运行启动，运行停止，程序复位，线体启停，闭锁指示灯及急停组成，闭锁主要应用于设备维护时的安全考虑，线体启停可以单独控制玻璃检测装箱线体的运行，复位用于中途停止时的再次重新启动。急停是必不可少的安全保护装置，对设备紧急情况制动。3.2I/O分配表表2I/O分配表输入输出地址名称地址名称I0.0急停Q0.0闭锁指示灯I0.1复位Q0.1线体启动I0.2闭锁Q0.2A区分配输出I0.3开启Q0.3B区分配输出I0.4线体启动Q0.4I0.5运行启动Q0.5绿灯I0.6运行停止Q0.6黄灯I0.7Q0.7红灯_报警器I1.0玻璃到检测位信号Q1.0I1.1玻璃出检测位信号Q1.1I1.2玻璃分拣位信号Q1.2I1.3A区信号Q1.3I1.4B区信号Q1.4I1.5Q1.5I1.6Q1.6I1.7Q1.73.3主电路接线图3.3.1主电路接线图图9主电路图主电路图，电路图中主要有玻璃流水线驱动，控制电源供电，外部分机散热，检修插座组成。主要对整个行程中的驱动部分做配置，驱动主要有空开，接触器，热保护，电机组成，在玻璃生产完成后，对最后的装箱分拣检测整体运行启动。控制电源主要用与外部信号，内部PLC及中间继电器的供电。散热风扇用于电控系统散热，插座作为检修使用。3.3.2PLC接线图图10PLCI点输入接线图PLC的网口连接工业交换机，我们选择，用于连接触摸屏、智能相机、服务器，在三者之间传输数据。串口用于连接电子称，获得玻璃的重量数据。I点输入接线图主要外部按键开关信号主要有急停，复位，闭锁，开启，线体启动，运行启动，运行停止，。闭锁主要是选择将程序运行控制方式关闭，在设备维护或许人为操控时，选着闭锁来关闭程序运行，防止设备误操作，开启即当一切准备工作完成，选着将程序开启，启动设备运行，给PLC信号，告诉设备可以正常运行。控制方式选择的不同，控制流程不同。线体启动，用于玻璃流水行的单独控制，单设备发生故障时，可以手动停止设备，作成一个单独的控制方式，方便控制整体的线体启停。运行启动在于给定外部条件完成起到开启运行的效果，主要是保证运行的安全性与可操作性。扫描及机械臂部分可以开启，让玻璃装箱检测整体系统处于正常运行状态。运行停止在于给定外部条件完成起到停止运行的效果，主要是保证运行完成后的安全性与可操作性。扫描及机械臂部分停止运行，让玻璃装箱检测整体系统处于正常停止状态。急停是控制的主要安全保证，急停是在人生安全或机械出现突然故障的紧急保护措施，在控制中非常重要。复位即是在运行出现故障时，二次开启的原位运行，保证机器运行的准确性。图11PLCI点输入接线图2PLC外部光电输入接线图主要是外部开关亮信号，主要有玻璃到扫描区检测信号，玻璃出扫描区检测信号，玻璃到分拣区检测信号，玻璃到A区信号，玻璃到A区信号。其中玻璃到扫描区检测信号，作为开启检测系统的起始信号，PLC接受信号，并向检测系统发出开启命令，检测系统开始检测。玻璃出扫描区检测信号，作为停止检测系统的信号，PLC接受信号，并向检测系统发出停止命令，检测系统停止检测，并将检测结果发送至PLC，以便用于下一步的机械臂分拣。玻璃到分拣区检测信号，作为检测玻璃是否到达机械臂分拣位置的标志，到玻璃到达分拣位置时，信号由PLC发送至机械臂，让机械臂进行位置分拣。A区信号，A区信号即是当机械臂分拣完成，玻璃落到A区时，作为记位标志，开始计数，当到达需要片数时，称重比较封箱。B区信号，B区信号，作为错拿件信号，当机械臂分拣错误时，B区发出信号，报警灯亮起，人工进行错位处理，不影响设备正常进行。图12PLCO点输出接线图1PLCO点输出接线图7，主要是输出控制接线，主要是电机的启动及灯的指示警接线，其中闭锁指示是为了更加直观的告诉操作人员，设备处于闭锁状态，无法开启，确认无误后方可运行。线体启动，启动线体输出，开启玻璃流水线，A区输出，B区输出。用于信号给定，机械臂分选指派。指示灯部分，其中绿灯为运行正常指示，黄灯为启动指示，红灯为故障指示。4程序设计4.1总体控制流程图玻璃作为现代工业的主要原材料之一，随着全球工业制造的不断升级，对其生产，加工，运输等各个环节的自动化要求也越来越高。本课题以国内某轿车玻璃制造企业为研究对象，在一条完整的汽车玻璃生产流水线中，可细分为如下基本工序：图13轿车玻璃总生产工艺流程图玻璃的预处理，切片，成型，钢化，甚至打磨等工序都已经基本实现机械自动化；但在生产线的最后分拣及装箱工序，目前还是通过传统的人工方式来手动完成；这不仅增加了工人劳动的强度，降低了整个生产线的生产效率，也使得装箱过程中经常出现人为的错装或混装等问题；同时，手工生产线流程无法进行全程数字量化管理，这也为后续问题产品的排除和追溯造成阻碍。为了从大批量的流水线玻璃产品中快速有效的分拣出不同批次及型号的产品，从根本上解决混装错装问题；本研究课题提出以计算机分拣系统结合二维码身份识别技术的方法，实现玻璃产品装箱工序的零差错分拣，提高整个生产流水线的生产效率。图14玻璃装箱分拣检测总体控制流程图玻璃装箱分拣检测总体控制流程图，主要是整个程序流程的自动运行步骤。由开始到结束的整个过程。玻璃控制流程从开始对控制方式的选择开始，面板开启选择。运行启动，手动面板流水线运行，玻璃线体运行，成型玻璃经过流水线运输，到达二维码扫描测试区，测试信号启动，开启二维码扫描，二维码识别，将数据传入数据库对比。当玻璃出扫描区后，结束扫描，将扫描结果发送至PLC，PLC传送A，B区信号，玻璃随流水线继续运行，运行至分拣区后，机械臂开始执行分拣任务，机械臂启动，通过PLC信号将玻璃分拣到相应的A或B分区，并进行型号计数，计数完成达到指定数量后，进行重量检测，检测结果与预设结果比对，在误差范围内，即认定为符合装箱条件，装箱入库，结束运行，等待下次运行指令。图15程序开启及线体运行控制流程图初始化PLC，当PLC急停没有关闭，闭锁没有开启，开启按键启动，程序控制进入正常运行方式，设备呈运行状态，急停为异常情况的紧急实施措施，保证安全运行。闭锁开启，则退出运行模式，闭锁指示灯开启，一般是设备维护闭锁，防止设备在维护时误操作。线体启动，玻璃流水线体是独立控制的，急停开启，开启运行状态，线体启动ON，线体开启，独立控制有利于设备的人工启停，处理错误分拣状况。图16程序运行及扫面开启控制流程图程序运行及扫描开启流程图，在开启运行状态下，单击运行启动，程序运行标志启动，程序进行向下运行，当运行结束时单击运行停止，程序停止运行，复位键也可以停止程序运行，只有当程序运行标记开启，方才可以进行玻璃扫描及分拣程序。扫描开启程序，当玻璃到检测信号有，开启检测扫描，扫描系统工作，进行二维码扫描。当玻璃出检测信号下降沿到，即玻璃出检测区，关闭扫描检测。等待数据对比，看扫面结果等待机械臂分拣。图17重量采样程序上图1、2段是定时0.5秒采样一个称重数据，PLC通过CM01串口的接口与电子称进行直接通讯，采用MODBUSRTU协议通讯，将称重的数据进行处理。上图第三段是PLC对表的参数设置。图18PLC网络TCP/IP协议数据传输程序上图两段是网络传输数据模块，一个是对服务器传输扫码数据，一个是对智能相机的数据进行读写，本身的子程序是采用20位状态机编写的，比较复杂，主要调用的是TCP_CONNECT、TCP_SEND、TCP_RECV，特别是完善各种错误状态的处理，这里就不一一讲述了。图19玻璃分拣控制流程图玻璃分拣控制流程图，程序运行状态开启，玻璃流水线运行，当玻璃通过扫描区，扫描完毕，进入分拣区，玻璃进入分拣区信号ON，开启机械臂分拣，机械臂分拣开启，计时，当时间到2秒时，清除分拣标记，等待下次周期运行。4.2机械臂控制部分玻璃装箱分拣检测系统，机械臂控制部分，机械臂控制部分主要编程都在库卡的示教器编程完成的，程序如下图。图20机械臂分拣控制流程图1机械臂分拣控制流程图1，机械臂初始回原点，即回到HOME点，程序运行开始，玻璃吸盘释放，机械臂运行至玻璃分拣点上方，机械臂到达玻璃正上方暂停，然后机械臂垂直运行到玻璃上方贴近玻璃，开启吸盘，将玻璃吸住，等待抓取信号，如果信号1为正，将玻璃运送至A区。机械臂吸住玻璃垂直提升，暂停，横向运行至A区正上方，到达A区正上方机械臂垂直下降，缓慢降至A区线体上方，释放玻璃吸盘，将玻璃稳稳的放置A区线体上，然后回到原点即机械臂初始点等待下次分拣运行。图21机械臂分拣控制流程图2机械臂分拣控制流程图2，如果信号为0，将玻璃运送至B区。机械臂吸住玻璃垂直提升，暂停，横向运行至B区正上方，到达B区正上方机械臂垂直下降，缓慢降至B区线体上方，释放玻璃吸盘，将玻璃稳稳的放置B区线体上，然后回到原点即机械臂初始点等待下次分拣运行。4.3检测系统软件部分玻璃装箱分拣系统检测软件是本课题能够得以最终实施的重要组成部分，检测软件通过服务器（本课题中为定义为上位机）的INTERNET网络口（RJ45）（01）与整个系统的机械硬件集成融合，完成装箱检测过程中的数据采集，数据处理以及指令传输。图22玻璃装箱分拣检测系统在伺服务器运行的程序界面图23玻璃装箱分拣检测软件监测正常运行界面图24玻璃装箱分拣检测软件监测异常运行界面5结论本课题设计了玻璃装箱分拣检测系统。玻璃装箱分拣检测系统控制设计主要采用了外部相机扫描二维码，机械臂分拣加称重对比来完成对玻璃分拣环节的机械控制，并实现了全流程的自动化控制，在硬件与软件的选型上，避开了一些传统的模式选择，较好解决了玻璃检测装箱会出现的问题。本课题采用了基恩士SR2000相机扫面系统，很好的解决了在玻璃二位码扫描中的不确定性，让扫码的精准率达到了工业生产扫描标准。分拣上也摒弃了一些原有的老式分拣方式，选用库卡机器人，避免了在玻璃分拣上的不稳定性，机械臂的分拣有利于玻璃的位置放置及抓取的成功，一层层的叠加，完成装箱前的所有准备。称重系统提高了装箱标准数量的准确率，在计数的前提下加上了称重比较，较好的进行了不同方式的二次对比检测，保证了整个玻璃装箱分拣流程的准确性。玻璃装箱分拣检测系统设计不仅在以上控制上有所阐述，在玻璃检测，分拣的自动控制上也有所介绍，外部信号输入，内部逻辑运算所完成的自动控制程序在运行上可靠性好，运行正常。本课题的玻璃装箱分拣检测系统控制设计也有一些不足的地方需要改进，系统只针对轿车的玻璃装箱和分拣做了相应设计，这使得本系统的应用面方面还不够广泛；系统在运行过程中，在检测到非本次装箱产品时，报错信息需人为干预后才能返回正常运行界面，系统检测到装箱漏装时，必需人工及时清理纠错，才能恢复整个检测系统的