一种电能表自动化检定系统及方法与流程

本发明涉及电气自动化控制和电能计量技术领域，具体是一种电能表自动化检定系统及方法。

背景技术：

电能表自动化流水线检定系统是一种新型的自动化仪表检测系统，它能自动完成电能表的出库、输送、检定、分拣等一系列动作，但电能表在自动化检定流水线内部流转时是借助计量托盘进行运输，而从智能立库系统输送出来的电能表是被盛装于纸质周转箱内的，故将电能表从周转箱内移载至计量托盘或从计量托盘分拣至周转箱内的电能表上料、下料环节是自动化检定流水线的运作的关键环节，电能表上下料单元一般由智能辊筒运输线、皮带运输线、光电传感器、自动挡停装置、多功能计量托盘、智能机器人和PLC控制器等部件组成。

现有的电能表上下料单元机器人运作策略是将全部上(下)料任务下发给同一个机器人，造成同一个机器人既要执行对电能表的移载工作，又要对空周转箱进行抓取，这种“自给自足”的策略设计制约了上下料单元的效率，且难以保证运作节奏与整个系统匹配，此外，机器人动作步骤繁杂，指令信号多，一组循环动作涉及多角度、多对象，影响了整个电能表自动化检定流水线的运行效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电能表自动化检定系统及方法，简化自动化检定流水线上下料机器人的工作流程，创新式的采用了单层周转箱缓存区和多层周转箱叠垛区相结合的缓存模式，并借助辊筒线对周转箱进行智能运输，均衡了各个机器人在同一时刻所需执行的任务，简化了单个机器人的动作路径，大幅提高上下料机器人的运作效率。

本发明采用以下技术方案：

一种电能表自动化检定系统，包括PLC控制器、受PLC控制器控制的用于周转箱出库的出库辊筒运输线、用于周转箱回库的回库辊筒运输线、用于运输周转箱的单层周转箱缓存线、用于缓存周转箱的周转箱叠跺缓存线、用于运输不合格电能表的电能表复检皮带线、用于运输计量托盘的计量托盘运输线、用于移载电能表或周转箱的上料机器人、下料机器人，以及与PLC控制器连接的设于单层周转箱缓存线上用于感应周转箱位置的周转箱监视传感器。

进一步的，出库辊筒运输线用于将装有电能表的周转箱运输至单层周转箱缓存线的上料位，位于上料位附近的上料机器人用于将上料位处周转箱内的电能表移载至计量托盘运输线上计量托盘内。

进一步的，单层周转箱缓存线上位于上料位的前端依次为多个缓存位、抓箱位、装箱位，装箱位靠近回库辊筒运输线，单层周转箱缓存线根据周转箱监视传感器监测的感应周转箱位置信号将周转箱依次定位在周转箱监视传感器对应位置，若缓存位已满则由设于抓箱位附近的下料机器人将抓箱位上的周转箱移载至周转箱叠垛缓存线的叠垛位，单层周转箱缓存线上的空箱依次前移，填补抓箱位。

进一步的，叠垛位达到叠垛上限后，周转箱叠垛缓存线用于将叠垛空箱运输至拆跺位，拆跺位位于上料机器人一侧，叠垛位位于下料机器人一侧。

进一步的，下料机器人还用于将计量托盘运输线上检测为合格状态或不合格状态的电能表移载至装箱位处周转箱内，检测为待定状态的电能表移载至电能表复检皮带线，装箱位处周转箱的电能表装满后，周转箱通过回库辊筒运输线运输离开装箱位而回库。

进一步的，在下料状态时，若单层周转箱缓存线上没有空箱，由上料机器人执行拆跺任务，上料机器人从拆跺位抓取周转箱移载至上料位，单层周转箱缓存线运输空箱至抓箱位。

进一步的，所述周转箱监视传感器包括上料位传感器、周转箱缓存监视传感器、抓箱位传感器、装箱位传感器，分别与上料位、缓存位、抓箱位、装箱位对应，将感应是否有周转箱在位的信号传输给PLC控制器。

进一步的，还包括与PLC控制器连接的用于定位周转箱的挡停装置，包括上料位挡停装置、抓箱位挡停装置、装箱位挡停装置，在出库辊筒运输线运输周转箱至单层周转箱缓存线的上料位后，上料位挡停装置在PLC控制器控制下顶升；在空箱通过单层周转箱缓存线运输至抓箱位时，若装箱位处无空箱，则将抓箱位的空箱运输至装箱位后装箱位挡停装置顶升，若装箱位处有空箱，则抓箱位挡停装置顶升。

进一步的，还包括与上料机器人、下料机器人连接的控制系统，控制系统与PLC控制器连接，上料机器人和下料机器人在收到控制系统根据PLC控制器下发的任务指令后，执行电能表和周转箱的移载任务，移载定位通过机械手上的传感器对固定坐标进行精确定位。

一种电能表自动化检定方法，包括如下步骤：

步骤S1、出库辊筒运输线运输盛装电能表的周转箱至单层周转箱缓存线的上料位；

步骤S2、将单层周转箱缓存线上料位处的上料位挡停装置顶升，将上料位处的周转箱定位在上料位处；

步骤S3、上料机器人检查计量托盘运输线上电能表放置位处的计量托盘是否有空位，若有空位，则执行步骤S4，否则发出申请空计量托盘请求，直至上料机器人感应到计量托盘有空位，然后执行步骤S4；

步骤S4、上料机器人检测上料位处周转箱内是否还有电能表，若有，则根据电能表方位，抓取电能表移载至计量托盘运输线上计量托盘空位处；否则执行步骤S5；

步骤S5、发出信号给PLC控制器，控制上料位挡停装置下降，空箱通过单层周转箱缓存线运输离开上料位向抓箱位方向移动，抓箱位的前端是装箱位，出库辊筒运输线运输下一个盛装电能表的周转箱至上料位，然后执行步骤S2；

步骤S6、当空箱通过单层周转箱缓存线运输至抓箱位位时，判断装箱位处有无空箱，若无空箱，则将抓箱位的空箱运输至装箱位，装箱位挡停装置顶升，将周转箱定位在装箱位，若装箱位处有空箱，则抓箱位挡停装置顶升，将抓箱位的空箱定位在抓箱位；

步骤S7、若单层周转箱缓存线3上仍有空箱生成，则从抓箱位往后依次将空箱定位于单层周转箱缓存线对应的单层缓存监视传感器位置，直至达到单层周转箱缓存线的缓存上限，然后执行步骤S8；

步骤S8、下料机器人根据接收到的叠垛信号，执行叠垛任务，将位于抓箱位的空箱抓取并移载至周转箱叠垛缓存线的叠垛位，单层周转箱缓存线上的空箱依次前移，填补抓箱位，然后返回执行步骤S7；

步骤S9：下料状态时，判断装箱位处有无空箱，若无空箱，则将单层周转箱缓存线上的空箱运输至装箱位，若单层周转箱缓存线上也无空箱，即装箱位传感器和单层缓存监视传感器均发出缺箱信号，则由上料机器人执行拆跺任务，上料机器人从拆跺位抓取周转箱移载至上料位，单层周转箱缓存线运输空箱至装箱位，然后执行步骤S10；若判断装箱位处有空箱，则执行步骤步骤S10；

步骤S10、下料机器人检测计量托盘运输线上计量托盘内电能表方位，依据检定结论进行分拣，若为合格状态或不合格状态，抓取电能表移载至装箱位处周转箱内；若为待定状态，分拣电能表至电能表复检皮带线；

步骤S11、判断装箱位处周转箱是否已满，若判断为已满，则发出信号给PLC控制器，控制装箱位挡停装置下降，周转箱通过回库辊筒运输线运输离开装箱位，若判断结果为未满，则返回执行步骤S9。

本发明具有下列优点和有益效果：

1、本发明主要应用在电能表自动化检定流水线中，为上下料机器人工作任务的策略设计，依据上、下料节拍数据推算，布局智能运输出库辊筒运输线和单层周转箱缓存线，将上、下料机器人对周转箱和电能表移载路径进行策略优化设计。

2、针对上料阶段，需抓取和移载的对象多的问题，分配上料机器人执行对电能表的抓取移载，分配下料机器人承担对周转箱的移载码垛任务，减轻了上料机器人的上料压力，节拍循环周期缩短，机器人利用率合理；同理，在下料阶段，分配下料机器人对电能表进行分拣移载，分配上料机器人承担对周转箱的拆垛移载任务，减轻了下料机器人的下料分拣压力，节拍循环周期缩短，机器人利用率合理。

3、在上、下料平衡阶段，借助单层辊筒运输线的对空周转箱有多个(例如7个)的缓存裕量，确保了在上、下料平衡阶段周转箱供需平衡，上、下料机器人无需再针对周转箱进行专门的码垛、拆垛工作，上、下料机器人在该阶段的工作对象仅为电能表。

4、经过实际实验验证，本发明移栽定位准确率可达到100％，缓存空间足量且合理，完全适应整个系统的自动化节拍；上、下料单元机器人移载部分，移载能力大于负载重量的1.5倍；上、下料单元传输移载速度符合系统产能节拍要求，运行速度在(0～120)％节拍要求范围内可设；上、下料单元定位准确度优于±0.2mm；上、下料成功率≥99.9％。

附图说明

图1是本发明电能表自动化检定系统的电路原理框图；

图2是本发明电能表自动化检定系统的结构示意图。

图中：1—出库辊筒运输线，2—回库辊筒运输线，3—单层周转箱缓存线，4—周转箱叠跺缓存线，5—计量托盘运输线，6—电能表复检皮带线，7—上料机器人，8—下料机器人，9—上料位，10—上料位挡停装置，11—抓箱位，12—抓箱位挡停装置，13—装箱位，14—装箱位挡停装置，15—上料位传感器，16—抓箱位传感器，17-22—周转箱缓存监视传感器，23—PLC控制器，24—叠跺位，25—拆跺位，26—电能表放置位，27—电能表抓取位，28—控制系统，29—装箱位传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1及图2，本发明提供一种电能表自动化检定系统，包括PLC控制器23、用于周转箱出库的出库辊筒运输线1、用于周转箱回库的回库辊筒运输线2、用于运输周转箱的单层周转箱缓存线3、用于缓存周转箱的周转箱叠跺缓存线4、用于运输不合格电能表的电能表复检皮带线6、用于运输计量托盘的计量托盘运输线5、设于单层周转箱缓存线3上用于感应周转箱位置的周转箱监视传感器、用于定位周转箱的挡停装置(上料位挡停装置10、抓箱位挡停装置12、装箱位挡停装置14)、用于移载电能表或周转箱的上料机器人7、下料机器人8。

出库辊筒运输线1和回库辊筒运输线2分别设于单层周转箱缓存线3的两端，出库辊筒运输线1用于将装有电能表的周转箱运输至单层周转箱缓存线3的上料位9，位于上料位9附近的上料机器人7用于将上料位9处周转箱内的电能表移载至计量托盘运输线5上计量托盘内，单层周转箱缓存线3上位于上料位9的前端依次为多个缓存位、抓箱位11、装箱位13，装箱位13靠近回库辊筒运输线2，单层周转箱缓存线3根据监测到的多个缓存位、抓箱位11、装箱位13是否在位信息，将周转箱依次定位在装箱位13、抓箱位11、多个缓存位，若缓存位已满则由设于抓箱位11附近的下料机器人8将抓箱位11上的周转箱移载至周转箱叠垛缓存线4的叠垛位24，单层周转箱缓存线3上的空箱依次前移，填补抓箱位11，叠垛位24达到叠垛上限后，周转箱叠垛缓存线4将叠垛空箱运输至拆跺位25，拆跺位25位于上料机器人7一侧，叠垛位24位于下料机器人8一侧；下料机器人8还用于将计量托盘运输线5上检测为合格状态或不合格状态的电能表移载至装箱位13处周转箱内，检测为待定状态的电能表移载至电能表复检皮带线6，装箱位13处周转箱的电能表装满后，周转箱通过回库辊筒运输线2运输离开装箱位13而回库。

所述PLC控制器23是控制中心，能分别发出指令控制单层周转箱缓存线3、周转箱叠跺缓存线4、计量托盘运输线5、感应周转箱位置的周转箱监视传感器、用于定位周转箱的挡停装置(上料位挡停装置10、抓箱位挡停装置12、装箱位挡停装置14)、用于移载电能表或周转箱的上料机器人7、下料机器人8，所述用于感应周转箱位置的周转箱监视传感器(上料位传感器15、抓箱位传感器16、周转箱缓存监视传感器17-22、装箱位传感器29)的信号输出段分别与用于辅助PLC控制器23进行逻辑运算，以便检测出单层周转箱缓存线3各位置周转箱的在位状态信息，然后发出响应控制命令。

上料机器人7和下料机器人8在收到控制系统28根据PLC控制器23下发的任务指令后，执行电能表和周转箱的移载任务，移载定位通过机械手上的传感器对固定坐标进行精确定位，确保移载准确，此外机械手传感器还能检测周装箱和计量托盘的盛装电能表的数量，并逻辑生成下一个动作。

各种传感器(上料位传感器15、抓箱位传感器16、单层周转箱缓存监视传感器17-22、装箱位传感器29)是整个系统的信号输入端，PLC控制器23是系统的控制中枢，用于收集信号输入端的信号并依据逻辑策略下发命令给输出控制对象，上料机器人7、下料机器人8、单层周转箱缓存线3、周转箱叠垛缓存线4和上料位挡停装置10、抓箱位挡停装置12、装箱位挡停装置14是整个系统的输出控制对象。

当周转箱经出库辊筒运输线1到达上料位9就绪后，经PLC控制器23通知控制系统28就绪，控制系统28通过与上料机器人7交互进行上料工作，上料完成之后产生空箱。此时整体作业需要处理空箱，则PLC控制器23判断单层周转箱缓存线3上空箱数量是否满足达到设计缓存上限值。

如果监测单层周转箱缓存线3上信号为正常，即表示目前数量还未超过限定数量，则周转箱依次定位于周转箱监视传感器(17-22)对应位置。

如果监测单层周转箱缓存线3上信号为NULL(空)，则表示单层周转箱缓存线3上现在没有空箱，且判定下料机器人8为下料工作状态需要空箱，上料机器人7会判断有无等待周转箱，如果没有则会发出请求周转箱信号，由PLC控制器23去判断周转箱叠跺缓存线4的拆垛位25有无空箱，同时监控上料机器人7发出的请求周转箱命令，如果周转箱叠跺缓存线4上有箱子，则控制周转箱缓存跺运动至拆垛位25，并通知上料机器人7进行拆垛，拆垛完成之后，确保单层周转箱缓存线3上有空箱，上料机器人7完成拆垛工作之后，则取消拆垛信号，继续工作，抓取的空箱经单层周转箱缓存线3输送至装箱位13，单层周转箱缓存线29检测空箱到位，则取消请求空箱命令继续工作，直到整个流程结束。

如果单层周转箱缓存线3上检测信号为FULL，即达到缓存上限值，则通知下料机器人8进行叠垛工作，下料机器人8完成叠垛工作后，通知上料机器人7已完成信号，上料机器人7即取消叠垛信号。

具体叠垛策略设计如下：

单层周转箱缓存线3，其具体位置为上料位9至装箱位13之间，按照设计，该段单层周转箱缓存线3均匀分布有6个单层缓存监视传感器(17-22)，加上装箱位13最多能缓存7个周转箱，当上料机器人7抓取完毕第一个周转箱内电能表后，第一个周转箱会向前移动至装箱位13，若后续，第二个周转箱会定位于抓箱位11，若仍有周转箱产生，则第三个至第八个会依次定位于单层缓存监视传感器(17-22)处，此外，若单层周转箱缓存线3已达到缓存上限(即第九个空箱在上料位(9)处产生时)，则下料机器人8收到周转箱叠垛命令，被抓取并移载位于抓箱位11处的周转箱放置于周转箱叠垛缓存线4的叠垛位24，每层周转箱以15°位角度差向上叠垛，每垛最多6层，当下料机器人8感应到码垛位层数已达6层时，会发信号给PLC控制器，PLC控制器将控制周转箱叠垛缓存线4由叠垛位24向拆跺位25移动一个档位，档位具体为一跺周转箱的存放空间。周转箱叠垛缓存线4最大缓存跺数为7跺，故最多缓存42只周转箱，由于目前每个周转箱能盛装15只电能表，故最多可满足630只电能表的用箱需求，完全满足现有流水线600只电能表及下料不满箱情况的需求。

该周转箱叠跺缓存线4设置的最大容量为电能表自动化检定流水线最大单次检定电能表容量所对应的周转箱所需的叠跺长度(按照600只电能表最大检定量计算，以15只电能表为一满箱计算，现有缓存线应能容纳7跺，每跺6层，合计42个周转箱，故转箱叠跺缓存线4长度可设计为容纳7跺周转箱缓存的所需长度，约5800mm。

本发明相应提供一种自动化检定方法，包括如下步骤：

步骤S1、出库辊筒运输线1运输盛装电能表的周转箱至单层周转箱缓存线3的上料位9；

步骤S2、将单层周转箱缓存线3上料位9处的上料位挡停装置10顶升，将上料位9处的周转箱定位在上料位9处；

步骤S3、上料机器人7检查计量托盘运输线5上电能表放置位26处的计量托盘是否有空位，若有空位，则执行步骤S4，否则发出申请空计量托盘请求，直至上料机器人7感应到计量托盘有空位，然后执行步骤S4；

步骤S4、上料机器人7检测上料位9处周转箱内是否还有电能表，若有，则根据电能表方位，抓取电能表移载至计量托盘运输线5上计量托盘空位处；否则执行步骤S5；

步骤S5、发出信号给PLC控制器23，控制上料位挡停装置10下降，空箱通过单层周转箱缓存线3运输离开上料位9向抓箱位11方向移动，抓箱位11的前端是装箱位13，出库辊筒运输线1运输下一个盛装电能表的周转箱至上料位9，然后执行步骤S2；

步骤S6、当空箱通过单层周转箱缓存线3运输至抓箱位11位时，判断装箱位13处有无空箱，若无空箱，则将抓箱位11的空箱运输至装箱位13，装箱位挡停装置14顶升，将周转箱定位在装箱位13，若装箱位13处有空箱，则抓箱位挡停装置12顶升，将抓箱位11的空箱定位在抓箱位11；

步骤S7、若单层周转箱缓存线3上仍有空箱生成，则从抓箱位11往后依次将空箱定位于单层周转箱缓存线3对应的单层缓存监视传感器(17-22)位置，直至达到单层周转箱缓存线3的缓存上限(例如6个)，然后执行步骤S8；

步骤S8、下料机器人8根据接收到的叠垛信号，执行叠垛任务，将位于抓箱位11的空箱抓取并移载至周转箱叠垛缓存线4的叠垛位24，单层周转箱缓存线3上的空箱依次前移，填补抓箱位11，然后返回执行步骤S7；

步骤S8中若叠垛位24达到叠垛上限，例如叠垛了6个空箱，则周转箱叠垛缓存线4将叠垛空箱运输至拆跺位25，拆跺位25位于上料机器人7一侧，叠垛位24位于下料机器人8一侧；

步骤S9：判断装箱位13处有无空箱，若无空箱，则将单层周转箱缓存线3上的空箱运输至装箱位13，若单层周转箱缓存线3上也无空箱，即装箱位传感器29和单层缓存监视传感器(17-22)均发出缺箱信号，则由上料机器人7执行拆跺任务，上料机器人7从拆跺位25抓取周转箱移载至上料位9，单层周转箱缓存线3运输空箱至装箱位13，然后执行步骤S10；若判断装箱位13处有空箱，则执行步骤步骤S10；

步骤S10、下料机器人8检测计量托盘运输线5上电能表抓取位27处计量托盘内电能表方位，依据检定结论进行分拣，若为合格状态或不合格状态，抓取电能表移载至装箱位13处周转箱内；若为待定状态，分拣电能表至电能表复检皮带线6；

步骤S11、判断装箱位13处周转箱是否已满，若判断为已满，则发出信号给PLC控制器23，控制装箱位挡停装置14下降，周转箱通过回库辊筒运输线2运输离开装箱位13，若判断结果为未满，则返回执行步骤9。

在电能表上料阶段策略设计中，上料机器人仅执行对电能表的抓取、移载工作，下料机器人执行对周转箱的抓取、叠垛工作，在上料阶段，上、下料机器人分工配合，逻辑对象单一，动作路径简单，最大亮点是下料机器人分担了上料机器人本应该承担的周转箱叠垛工作。

在电能表自动化检定系统的上下料平衡阶段策略设计中，上、下料机器人仅执行对电能表的抓取、移载工作，运动速率动态平衡，空箱由单层周转箱缓存线提供，在确保抓箱位有空箱情况下，无需对空箱执行抓取移载任务。

本发明周转箱码垛、拆码工作任务策略更加合理化，简化了机器人在同一时间段执行命令的移动轨迹，上下料的节拍得到优化。具体节拍由：上料机器人节拍循环逻辑为“抓表——放表”；下料机器人节拍循环逻辑为“抓箱——放箱”，比较以往上料机器人的循环逻辑“抓表——放表——抓箱——放箱”，下料阶段逻辑同理，循环周期大幅缩短，节拍更加紧凑，工作效率大幅提升。

另外，周转箱吞吐量凭借单层周转箱缓存线3的设置的缓存上限优势保持空箱供给平衡，上料机器人7和下料机器人8无需对周转箱叠跺缓存线4上的周转箱单独进行抓取移载工作，上料机器人8和下料机器人9抓取对象均仅针对电能表进行，此时周转箱叠跺缓存线4内的周转箱箱跺无流动变化，因此省略了机器人对周转箱的抓取动作，机器人仅需完成对上、下料电能表的抓取，多层缓存区域内的周转箱无需变动。