板材自动化生产线.pdf

本发明公开了板材自动化生产线，包括沿板材加工方向设置的开料设备、封边设备和包装设备，在上下游加工设备之间设有板材自动搬运装置，该装置包括板材输出区、入库导轨、库位区、出库导轨和板材输入区；板材输出区和板材输入区分别设有辊道输送机；库位区内设有若干辊道输送机，排列成至少一排；两台输送小车分别置于入库导轨和出库导轨上，并分别设有行驶电机和旋转编码器，以及辊道输送机；各辊道输送机上分别设有辊筒电机，输出端设有用于板材到位检测的光电传感器；装置还包括主控制器，分别与辊筒电机、光电传感器、行驶电机和旋转编码器电连接。本发明设计合理，在设备间引入自动搬运装置，释放了人力，提高了产能和生产安全性。

1.  板材自动化生产线，包括沿板材加工方向设置的开料设备、封边设备和包装设备，其特征在于，在上游加工设备和下游加工设备之间设有板材自动搬运装置，所述板材自动搬运装置包括沿板材传送方向依次设置的板材输出区、入库导轨、库位区、出库导轨和板材输入区；其中，所述板材输出区内设有至少一台第一辊道输送机；库位区内设有若干第二辊道输送机，若干第二辊道输送机排列成至少一排；板材输入区内设有至少一台第三辊道输送机；两台输送小车分别置于入库导轨和出库导轨上，可沿导轨做直线往复运动；
每台输送小车分别设有行驶电机和旋转编码器，以及一台或两台第四辊道输送机；所述第一、第二、第三、第四辊道输送机上分别设有辊筒电机，所述第一、第二、第三辊道输送机的输出端，以及第四辊道输送机的两端分别设有用于板材到位检测的光电传感器；
所述板材自动搬运装置还包括主控制器，所述主控制器分别与各辊道输送机上的辊筒电机和光电传感器，以及输送小车的行驶电机和旋转编码器电连接。

2.  根据权利要求1所述的板材自动化生产线，其特征在于，输送小车上的行驶电机、旋转编码器、辊筒电机和光电传感器通过无线方式与主控制器连接。

3.  根据权利要求1所述的板材自动化生产线，其特征在于，所述板材自动搬运装置还包括接近传感器，所述接近传感器与主控制器电连接，分布在输送小车在导轨上可行驶范围的两端。

4.  根据权利要求1所述的板材自动化生产线，其特征在于，所述板材自动搬运装置还包括报警器，所述报警器与主控制器电连接。

5.  根据权利要求1所述的板材自动化生产线，其特征在于，所述板材自动搬运装置还包括垂直输送机，所述板材输出区的第一辊道输送机或者板材输入区的第三辊道输送机设置在垂直输送机上。

6.  根据权利要求1所述的板材自动化生产线，其特征在于，所述输送小车两侧设有护栏。

7.  根据权利要求1所述的板材自动化生产线，其特征在于，所述主控制器为Soft PLC控制器。

板材自动化生产线
技术领域
本发明涉及一种板材自动化生产线，属于生产车间自动化控制技术领域。
背景技术
板材加工过程中，主要包括开料、封边、打孔等工序，每道工序可由一种加工设备完成，目前先进的加工设备可以根据设定的程序自动实现不同尺寸型号的板材的切割、封边打孔等，生产线的产能主要受限于不同加工设备之间板材的搬运装置。传统的生产线上一般由工人人工或驾驶搬运车将板材从上游加工设备的末端搬运至下游加工设备的始端，这不仅生产效率较低还存在占用空间大、易出错、不安全等不足，随着批量生产任务的不断增加，生产车间中，单纯依靠增加设备、扩大资源方式来提高产能已经难以满足新的需求。因此如何设计出一种用于板材生产线的自动搬运装置，衔接不同工序的加工设备，以形成一套高效的板材自动化生产线实现传统加工的智能化改造，已成为亟待解决的技术问题。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供了一种板材自动化生产线，在生产线的上下游加工设备之间设置板材自动搬运装置，实现板材的自动搬运与缓存，以减轻人力工作、提高产能和生产安全性。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
板材自动化生产线，包括沿板材加工方向设置的开料设备、封边设备和包装设备，在上游加工设备和下游加工设备之间设有板材自动搬运装置，所述板材自动搬运装置包括沿板材传送方向依次设置的板材输出区、入库导轨、库位区、出库导轨和板材输入区；其中，所述板材输出区内设有至少一台第一辊道输送机；库位区内设有若干第二辊道输送机，若干第二辊道输送机排列成至少一排；板材输入区内设有至少一台第三辊道输送机；两台输送小车分别置于入库导轨和出库导轨上，可沿导轨做直线往复运动；
每台输送小车分别设有行驶电机和旋转编码器，以及一台或两台第四辊道输送机；所述第一、第二、第三、第四辊道输送机上分别设有辊筒电机，所述第一、第二、第三辊道输送机的输出端，以及第四辊道输送机的两端分别设有用于板材到位检测的光电传感器；
所述板材自动搬运装置还包括主控制器，所述主控制器分别与各辊道输送机上的辊筒电机和光电传感器，以及输送小车的行驶电机和旋转编码器电连接。
进一步地，输送小车上的行驶电机、旋转编码器、辊筒电机和光电传感器通过无线方式与主控制器连接，以便小车行驶自由，运动时不受信号传输线的限制。
进一步地，所述板材自动搬运装置还包括接近传感器，所述接近传感器与主控制器电连接，分布在输送小车在导轨上可行驶范围的两端，用于判断输送小车是否在轨道正常区域运行。
进一步地，所述板材自动搬运装置还包括报警器，所述报警器与主控制器电连接，用于异常情况下进行声光报警。
进一步地，所述板材自动搬运装置还包括垂直输送机，所述板材输出区的第一辊道输送机或者板材输入区的第三辊道输送机设置在垂直输送机上。
进一步地，所述输送小车两侧设有护栏，以防行驶过程中堆放的板材倒塌滑落。
进一步地，所述主控制器为Soft PLC控制器，使用Soft PLC控制器更可靠、灵活并可反复配置，易扩展升级。
工作原理：本发明的板材自动化生产线上，每台上游加工设备输出的板材经工人码垛或设备自动码垛后，自动进入搬运装置的库位区进行缓存，并根据调度从库位区自动输送至下游加工设备，其中自动搬运装置的执行方法主要包括如下步骤：（101）板材输出：第一辊道输送机接收主控制器发出的输出指令，将板材输送至输送机的末端；（102）入库小车行驶到板材输出区：入库小车接收主控制器发出的接货指令，驶向指定的第一辊道输送机，主控制器结合存储的各辊道输送机的位置信息和旋转编码器反馈的行驶信息，控制入库小车定位到目标位置处； （103）入库小车接收板材：第一辊道输送机和入库小车的第四辊道输送机接收主控制器的接料指令，将板材从第一辊道输送机上传送到入库小车上的第四辊道输送机上； （104）入库小车行驶到指定的库位：入库小车接收主控制器的入库指令，驶向目标库位，结合旋转编码器反馈，实现行驶定位。（105）板材入库：入库小车的第四辊道输送机和目标库位的第二辊道输送机接收主控制器的接料指令，将板材从第四辊道输送机上传送到目标库位上；（106）出库小车行驶到指定的库位：出库小车接收主控制器的出库指令，自动行驶到目标库位； （107）板材出库：目标库位的第二辊道输送机和出库小车的第四辊筒输送机接收主控制器发出的接料指令，将板材从目标库位输送到出库小车上的第四辊道输送机上；（108）出库小车行驶到板材输入区：出库小车接收主控制器的输入指令，自动行驶到指定的板材输入区的第三辊道输送机的位置处；（109）板材输入下游加工设备：出库小车的第四辊道输送机和板材输入区的第三辊道输送机接收主控制器的接料指令，将板材从出库小车的第四辊道输送机输送到指定的第三辊道输送机上。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明设计合理，将多个辊道输送机进行组合，结合自动控制技术，设计适用于板材的自动搬运装置，形成板材自动化生产线，能够快速地将上游加工设备输出板材的进行自动搬运和入库缓存并根据调度自动将板材从库位区输送到下游加工设备，释放了人力，提高了工作效率和准确率，能够大幅提高产能。2、通过高精度旋转编码器实现输送小车的定位，控制过程简单易实现，并且运行控制准确。3、自动搬运装置中的输出区、导轨、库位区和输入区设计布局合理、结构紧凑、占用空间小。4、通过设置光电传感器、接近传感器、报警器等，实现安全控制，车间生产安全系数得到提高。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1中板材自动搬运装置的结构示意图。
图3为本发明实施例1中板材自动搬运装置的网络连接示意图。
图4为本发明实施例2中板材自动搬运装置的结构示意图。
图2和图4中，1：第一辊道输送机，2：入库小车，3：入库导轨，4：第二辊道输送机，5：出库小车，6：出库导轨，7：第三辊道输送机，8：第四辊道输送机，9：行驶电机，10：旋转编码器，11：辊筒电机，12：光电传感器，13：接近传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互任意组合。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例公开的板材自动化生产线，包括沿板材加工方向设置的开料设备、封边设备和包装设备，在开料设备和封边设备之间，以及封边设备与包装设备之间分别设有板材自动搬运装置。如图2所示，其中板材自动搬运装置沿板材加工传送方向依次包括：板材输出区、第一输送小车（即入库小车2）、库位区、第二输送小车（即出库小车5）和板材输入区，以及用于对设备进行控制的主控制器。板材输出区设有一台第一辊道输送机1，第一辊道输送机1位于上游加工设备的末端（如与开料锯接货设备对接），用于存放和输送上游加工设备输出的码垛好的板材。库位区内并排设置若干个第二辊道输送机4，每个辊道输送机表示一个库位，用于存放和输送板材。板材输入区设有一台第三辊道输送机7，第三辊道输送机7位于下游加工设备的始端（如与封边机输入设备对接），用于向下游加工设备输送板材。入库小车2置于入库导轨3上，可沿导轨做直线往复运动，用于从板材输出区的第一辊道输送机1接收板材，并将板材运送到指定的库位区的第二辊道输送机4。出库小车5置于出库导轨6上，用于从指定的库位区的第二辊道输送机4接收板材，并将板材运送到输出区的第三辊道输送机7。
第一辊道输送机1、第二辊道输送机4和第三辊道输送机7都固定安装在水平地面上，通过辊筒电机驱动（图中未示出）辊筒滚动实现板材的输送，每台辊道输送机的输出端设有光电传感器12，用于检测板材是否输送到位，若板材前端到达光电传感器12检测位置，则光电传感器12发出到位信号。
入库小车2和出库小车5结构一样，通过行驶电机9驱动小车在直线导轨上运动，并使用高精度旋转编码器10反馈小车的运动信息，实现小车行驶控制，能够自动行驶到指定的位置处。小车上设有一台第四辊道输送机8，通过辊筒电机11驱动辊筒滚动实现板材的输送，小车上第四辊道输送机8的输入端和输出端分别设有一光电传感器12，用于板材到位检测，当输入端的光电传感器12检测到板材后，则对应的第四辊道输送机8处于载物状态，直到板材输出到指定的库位，目标库位末端的光电传感器12检测到板材。为了防止小车行驶过程中码垛好的板材由于惯性倒塌或滑落，小车两侧可设护栏，护栏可由网状铁丝制成，高度一般大于所搬运板材堆的高度。
为了进一步提高生产安全系数，输送小车在水平导轨上行驶范围的两端分别设置接近传感器13，用于监控小车是否在安全区域行驶。若小车在工作过程中超出正常行驶范围，被接近传感器13扫描到，则接近传感器13发出行驶异常信号。装置还设有一报警器（图中未示出），用于各种异常情况下进行声光报警，也可以用于指示正常运行状态。
主控制器为嵌入式计算机，使用了智能I/O模块和速度快、功能强、可靠性高的Soft PLC对电机等进行控制并接收各传感器反馈的信号。如图3所示，本发明实施例中的两套板材自动搬运装置分别由独立的主控制器控制（主控制器A和主控制器B），板材输出区、库位区和板材输入区的辊筒电机11和光电传感器12通过现场总线与主控制器连接，输送小车上的行驶电机9、辊筒电机11和光电传感器12先通过现场总线连接至无线转换器（如485无线），通过无线方式（如Wifi或蓝牙等）与主控制器连接。主控制器通过工业以太网与远程应用服务器以及客户端连接，接收远程的指令或信息。
主控制器从远程应用服务器接收指令，进行指令转换，再下发给板材自动搬运装置的各执行电机，并接收各传感器反馈的信息完成闭环控制。同时主控制器也将执行结果反馈给远程应用服务器。本实施例的自动化生产线的板材自动搬运装置的工作步骤主要包括：
（S101）板材输出：第一辊道输送机的辊筒电机接收到主控制器发出的输出指令后，输送板材，板材到达光电传感器检测区时，光电传感器发出到位信号至主控制器，主控制器发出信号至辊筒电机停止输送。
（S102）入库小车行驶到板材输出区：入库小车的行驶电机接收到主控制发出的接货指令后，向第一辊道输送机位置处行驶，旋转编码器检测行驶电机的位移、转速和方向等行驶信息并反馈给主控制器，主控制器根据预设的库位模型进行位置判断，到达目的位置处后发出信号至行驶电机，停止小车行驶。此处的库位模型就是将输出区、库位区、输入区等的所有辊道输送机进行编号，并记录其相对于小车运行轨道上参考点的距离信息，以便计算小车行驶距离，进行定位控制。
（S103）入库小车接收板材：入库小车上的第四辊筒输送机和输出区的第一辊道输送机的辊筒电机接收到主控制器发出的接料指令后，输送板材，板材到达第四辊筒输送机的输出区的光电传感器检测区时，光电传感器发出到位信号至主控制器，主控制器发出信号至辊筒电机停止输送。
（S104）入库小车行驶到指定的库位：主控制器根据预先设定的存储策略（如最小距离优先、离板材输入区最近等），结合当前库位存储情况，得到目标库位。入库小车的行驶电机接收到主控制发出的入库指令后，向指定的目标库位位置处行驶，结合旋转编码器反馈，自动行驶到目标库位。
（S105）板材入库：目标库位的第二辊道输送机和入库小车的第四辊筒输送机的辊筒电机接收到主控制器发出的接料指令后，输送板材，结合光电传感器反馈，将板材入库到位。
（S106）出库小车行驶到指定的库位：主控制器接收到远程应用服务器的出库指令后，向出库小车发送出库指令，小车自动行驶到指定的库位，行驶与定位控制和入库小车类似。
（S107）板材出库：目标库位的第二辊道输送机和出库小车的第四辊筒输送机的辊筒电机接收到主控制器发出的接料指令后，输送板材，结合光电传感器反馈，将板材入库到位。
（S108）出库小车行驶到板材输入区：出库小车接收到主控制器的输入指令后，自动行驶到指定的板材输入区，载有板材的第四辊道输送机对准目标输入区的第三辊道输送机。行驶与定位控制与入库小车类似。
（S109）板材输入下游加工设备：出库小车的第四辊道输送机和板材输入区的第三辊道输送机接收主控制器的接料指令后，出库小车上的第四辊筒输送机和板材输入区的第三辊道输送机的辊筒电机启动输送，直至第三辊道输送机输出区的光电传感器检测到板材，发出板材到位的信号。
上述步骤S101、S103、S105、S107和S109中涉及的通过辊道输送机进行板材输送过程中，除了通过光电传感器检测板材是否到位外，还可通过延时策略以进一步提高安全性。光电传感器用于检测板材的实际物理位置，此外主控制器会根据实际板材输送需要的时间进行计时，当超过正常时间范围（如10s）板材尚未到位时，即主控制器超过设定的时间仍未收到光电传感器反馈的到位信号时，主控制器会发出指令停止输送。
实施例2：
如图4所示，本发明实施例公开的板材自动化生产线，与实施例1相比，扩充了板材自动搬运装置中的板材输出区、库位区和板材输入区的存放能力，以及提高了小车的单次运输能力（图中行驶电机、辊筒电机未示出），板材输出区设置两台第一辊道输送机1，分别位于上游加工设备的两个输出口末端，或者不同的加工设备的输出口。板材输入区也设置两台第三辊道输送机7，分别位于下游加工设备的两个输入口始端，或者不同的加工设备的输入口。可以理解的是本实施例仅示例两台，具体的数量可以根据实际的生产需要设置。库位区设置两排第二辊道输送机4，同一列的前后两台第二辊道输送机4紧靠在一起，可以理解的是可以根据实际缓存需要设置多排第二辊道输送机4，不同位置的第二辊道输送机4的尺寸也不一定相同，可以按照实际生产板材的尺寸大小设置第二辊道输送机4的长度和宽度，同一列的第二辊道输送机4的尺寸一般设置成一样，以满足至少一种型号板材的存放和输送。输送小车并排设置两台第四辊道输送机8，以便实现在一趟搬运中可以同时搬运两垛板材，减少往复次数，提高工作效率。本实施例的板材自动搬运装置中各设备的网络连接方式与实施例1相同。
相应的，板材自动搬运装置的工作步骤中与实施例1中工作步骤相比也增加了移库的步骤，具体为：在S105板材入库步骤中，板材从入库小车移到前排的第二辊道输送机上后，若同一列上下一个第二辊道输送机上是空的，则主控制器控制同一列的这两个输送机进行板材移库操作，若有多排则依次进行，直至板材移至库位区的输出端的辊道输送机上。类似的，在步骤S107板材出库步骤中，当最末端的辊道输送机上的板材被出库小车取走后，同一列相邻的输送机上若有板材则进行移库，若有多排则依次进行移库，同一列的板材都靠库位区的输出端存放，等待出库小车来运送，同一列上保证先入先出。
此外，对于板材输出区和输入区上存在多台辊道输送机的情况，每台辊道输送机在库位模型中是独立的，控制也独立的，主控制器根据远程应用服务器的具体指令，控制小车行驶到指定的目标辊道输送机位置处。对于小车上有两台辊道输送机的情况，在小量生产情况下可以只启用一台，产量大时，在入库之前入库小车执行两次S102和S103的步骤，两台辊道输送机载满后，再执行两次S104和S105的步骤。同样，出库小车也执行两次S106和S107将小车装满后再进行两次S108和S109操作将两垛板材输送到下游加工设备的板材输入区。
实施例3：
本发明实施例与实施例1相比，区别在于在板材自动搬运装置中增设了垂直输送机。考虑到板材加工设备占用空间较大，厂房单层面积有限，以及成品板材存放占地面积等问题，可以通过在楼层间设置垂直输送机实现跨楼层生产。比如将开料设备和封边设备设于一楼，包装设备和成品板材堆放区设于二楼。其中垂直输送机可设于封边设备与包装设备间的板材自动搬运装置的板材输出区或板材输入区，以设于包装设备始端的板材输入区为例，可将板材输出区的第三辊道输送机安装在垂直输送机内，垂直输送机的驱动装置与主控制器连接。在板材自动搬运步骤中，垂直输送机先停靠在一楼，当板材从出库小车上的第四辊筒输送机输送到垂直输送机内的第三辊道输送机上后，主控制器启动垂直输送机的驱动装置，控制垂直输送机上升到二楼；第三辊道输送机上的板材被接走后，垂直输送机再下降到一楼等待出库小车送入板材。