《AGV存取烟丝箱式自动化物流系统设计规范》技术报告.doc

《AGV存取烟丝箱式自动化物流系统设计规范》 技术报告 牵头单位：厦门烟草工业有限责任公司 承担单位：龙岩烟草工业有限责任公司、安徽中烟工业公司合肥卷烟厂、河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂、深圳市今天国际物流技术股份有限公司 《AGV存取烟丝箱式自动化物流系统设计规范》项目组 目 录 1.项目背景 2 2.项目目的和意义 3 3.项目研究内容 3 4.项目研究及讨论 16 5.项目成果验证 18 1. 项目背景 随着卷烟工业企业对柔性化生产及自动化程度要求的不断提高，以及近几年物流、检测、计算机控制、物联网、RFID等技术的不断进步，烟丝箱式存储自动化物流系统在国内烟草行业得到广泛的应用与迅猛的发展。烟丝箱式存储方式主要包括立体仓库存储和平库堆叠存储两种方式，目前，使用基于AGV存储及输送的平库堆叠方式的烟丝箱式存储，在国外烟草公司都有广泛的运用，但在国内已建成的只有厦门烟草工业有限责任公司、龙岩烟草工业有限责任公司、安徽中烟工业公司合肥卷烟厂，但各厂区烟丝箱规格缺乏统一标准、地面设计缺乏规范， 射频识别标签（RFID）信息没有统一的规范，缺少相应的规范要求，制约了烟草行业内烟丝箱的流通和远期发展。 2.项目目的和意义 为卷烟工厂箱式储丝AGV存取及输送模式的设计提供规范。为行业内卷烟工厂新建烟丝库的工艺布局提供设计依据，规范建筑设计施工单位依据规范中地面施工要求，进行设计施工，规范设备厂商依据规范中烟丝箱的规格和射频识别标签信息格式进行烟丝库相关设备设计。 根据箱式储丝AGV存取及输送模式的设计规范，可以降低工艺设计难度和设备开发成本，规范了AGV运行环境要求，保证设备的正常运行，有效的促进烟丝箱的流通。 3.项目研究内容 3.1烟丝箱式储存自动化物流系统设计框架来源 为满足卷烟生产中“分组加工、均质化加工、信息化加工”的需要，适应国家局“按订单供货”需要，烟丝箱式自动化物流系统设计时考虑的工艺需求有如下5点，包括：避免不同烟丝间串味，降低烟丝存储环境要求，增加烟丝有效存储时间，提高企业精细化管理水平，烟丝模块化加工的硬件支撑。 烟丝箱式储存自动化物流系统包括以下5个组成部分，工艺、设备、电气控制系统、信息管理系统以及建筑动力和消防。为满足相应的工艺需求，该系统设计时所需关注的核心技术点总结如下： 工艺部分：主要包含一般工艺规定、工艺流程等； 设备、电控及信息控制由于交叉内容较多，可归纳为四层管控系统； 建筑动力及消防部分包括：建筑要求、动力要求和消防系统等； 经进一步分析、选择，得到五个与系统设计及后续运营密切相关的核心要素展开进一步研究，即工艺流程、AGV系统及设别、烟丝箱、无线射频识别系统、建筑地面，这五个设计规范是本标准特别关注的内容。 3.2工艺流程的研究 3.2.1系统功能 基于AGV存储及输送模式的烟丝箱式储存自动化物流系统，采用AGV作为烟丝箱存储及输送的工具，现有两种烟丝箱存储模式，即有货架和无货架，包含有三大部分：烟丝装箱、AGV存储及输送、烟丝翻箱。 3.2.2工艺流程 通过项目组对AGV存取烟丝箱式自动化物流系统主要工艺流程的研究、分析，总结得出该系统主要涉及烟丝入库和出库两大流程，含烟丝装箱段、AGV存储及输送段、烟丝翻箱段，本标准提供的可供参考的具体流程如图1所示。 出库 烟丝翻箱段 空烟箱回库 烟丝翻箱 入库 烟丝箱回库 烟丝抽样 空箱残留烟丝清洁 烟丝箱射频识别标签信息校验 AGV存储及输送段 AGV输送 AGV输送 库区 烟丝装箱 烟丝箱信息写入射频识别标签 烟丝装箱段 图1 系统主要工艺流程图 3.3设备要求 3.3.1 AGV设备要求 AGV用于烟丝箱的存储及输送，其工作的区域包括取货站台、放货站台和烟丝箱堆叠库区。受烟丝箱尺寸、取放货站台的尺寸和库区货位高度以及运行环境的影响，为保障安全运行，本标准建议AGV单机设备的基本参数、性能和安全以及AGV控制系统的设计必须满足一定的要求。 3.3.1.1 基本参数要求 1）AGV尺寸应能满足正常驶入取放货站台和烟丝箱存储区； 目前烟丝平库存储包括货架存储和无货架存储（直接放在地面）两种方式，相应的AGV分别为货叉式和夹抱式。 a) 货叉式 货叉深度：大于烟丝箱长度； 货叉宽度/支腿宽度：小于货架承载梁间距； 货叉提升高度：大于3400mm（默认烟丝箱高度：1250mm，不低于驶入式货架二层及底层牛腿及安全距离）； 车体宽度：小于货架宽度； b) 夹抱式 夹具深度：大于烟丝箱长度； 支腿宽度：大于烟丝箱宽度； 夹具张开宽度：大于烟丝箱宽度； 夹具提升高度：大于4500mm（默认烟丝箱高度：1250mm）； 2）AGV的定位精度值应小于输送机尺寸和烟丝箱尺寸的差值； 烟丝箱和输送机的配合与AGV相关的包括取货和放货。货叉式AGV在取货时，如果定位精度偏差过大，则烟丝箱不在货叉的中间位置而导致不平衡，可能在搬运过程中发生翻到等事故。在放货时，为了防止将烟丝箱放在输送机上而不是输送机护栏上，就要求AGV的定位精度必须小于烟丝箱与输送机导向护栏的大小差。正常情况下，为了实现输送机护栏的导向作用，护栏与输送物的间隙会调整在20mm-30mm左右，这就要求AGV的定位精度不能少于±20mm。 3）AGV的定位精度值需小于库区存储货位的间隙； 因为烟丝库平库存储均采用密集式存储，为在有限的空间内尽可能地多存储烟丝箱，不论是驶入式货架或全箱式无货架的存储方式，烟丝箱之间的空间均尽可能小，这就对进行自动取货和放货工作的AGV的定位精度提出了要求。定位精度越准确，烟丝箱货位之间的预留空间就可以越小。 目前烟草行业使用的AGV定位精度有2种：±5mm和±10mm。综合上述两点分析，本标准建议AGV的定位精度标准不低于±10mm。 3.3.1.2 安全要求 1）障碍物检测功能要求 a) 应在主要运行方向上安装接近障碍物检测装置或接触式障碍物缓冲器； b) 接触障碍物缓冲器的安装宽度应大于AGV主体结构的宽度，防撞装置的任意位置被碰撞时，AGV应立即停止运行； c) 接近障碍物检测装置的安装宽度应大于AGV主体结构的宽度，在安全防撞装之前800mm或以上距离检测到有人或障碍物时，AGV应减速运行并保证在障碍物碰到接触式障碍物缓冲器前停车。 2）紧急停车功能要求 a) 应在方便操作的位置安装紧急停车按钮，且紧急停车按钮灵敏可靠； b) 在脱离运行线路、超出设定范围或不可控时能停车报警。 3）其它要求 a) AGV与地面移载装置应设有在移载过程中任意一方发生意外故障的安全连锁功能，在排除故障之前，系统应维持停止状态。 b) 在从停车状态自动转为运行状态时，应发出启动的警告声后方可运行。 c) 在停车报警时，能够显示报警及故障的相关信息。 d) 运行时噪声≤85 dB(A)。 3.3.2 烟丝装箱段设备要求 1）烟丝装箱段设备主要功能包括：收货、RFID读写、装箱、输送等，设备选型应满足工艺要求。 2）装箱机数量应根据产量配置，并考虑同时段生产的牌号数量等因素。 3）应配置电子秤称量烟丝箱重量，并宜加设退箱口或异常处理口。 3.3.3 烟丝翻箱段设备要求 1）烟丝翻箱段设备主要功能包括：收货、RFID读写、翻箱、喂丝、输送等，设备选型应满足工艺要求。 2）喂丝机数量应根据产量配置并考虑同时段生产的牌号数量等因素。 3）宜选用辊道式输送机输送烟丝箱，并宜加设退料口或异常处理口。 3.3.4 烟丝箱设计要求 项目组考察了各家建有该物流系统的烟草工业企业，总结得出，作为直接与烟丝接触的关键容器，烟丝箱为满足相关工艺要求，需在烟丝箱材料、结构、制造工艺达到如下标准： 1）烟丝箱体、箱盖板选用双面覆膜全桦木胶合板、普通i类（即环保）胶，其甲醛释放量应达到E0级（≤0.5mg/L），覆膜与胶合板需达到食品级包装规定，符合国家食品标准； 2）烟丝箱口包边、箱盖包边、加强筋、紧固件应选择不锈钢材料并满足相应刚度要求，胶合板胶合强度要符合相应要求； 3）单个烟丝箱空箱重量70kg～150kg，能够装载烟丝最大重量为220kg，满足最多四个烟丝箱叠加放置，最大重量为1500kg，烟丝箱的叠加与分离由设备夹抱箱子的加强筋完成；装箱过程中，装箱站的压实装置通过烟丝料位检测系统，对烟丝箱内烟丝轻压； 4）箱体、箱盖要求平整，平面翘曲变形和两对角线误差需满足相应的要求，箱口内侧不锈钢包边应与箱内壁平齐，包边处平滑无毛刺，不能挂烟丝； 5）箱子中下部指定位置用不锈钢加强筋加固，加强筋要足以承载1500KG重量，以适合于翻箱机倒料、烟丝箱码垛机（拆垛机）夹抱，加强筋内应采用实木填充，位置误差为±1mm； 6）使用箱盖导向结构时，箱盖下部留有导向结构，内嵌入箱子中，保证箱盖叠加到烟丝箱上时能够自动对中，也用于上层箱子的定位，并保证箱盖整体强度。箱盖盖上烟丝箱体后四边无缝隙； 7）使用箱口导向结构时，箱口上部留有导向结构，保证箱盖叠加到烟丝箱上时能够自动对中，两箱叠加时箱体四边无缝隙； 8）包边、加强筋的接缝要求焊接并打磨，焊接强度高，美观，焊缝两边基材平齐、焊缝平整均匀，不得有凸凹、夹渣等不良焊接现象； 3.4 管理与控制系统的要求 3.4.1 总体框架 本标准建议设计AGV存取烟丝箱式自动化物流系统的管控系统总体架构时可参考图2： AGV设备 网络设备 翻箱设备 烟丝箱 射频识别设备 AGV控制系统 射频识别标签信息控制系统 仓储管理系统 调度层 管理层 调度控制系统 装箱控制系统 翻箱控制系统 控制层 设备层 装箱设备 残留烟丝检测设备 图2 管控系统总体架构图 3.4.2 电气控制系统 3.4.2.1 系统设计原则 为保证系统的安全可靠，电控系统设计遵循以下原则： 1）电控系统设计满足国家电气行业及烟草行业相关的标准和规范，使系统设计正确可靠； 2）采用先进可靠的Profibus和Profinet现场总线技术，便于维护，降低布线安装成本；增强了系统开放性、兼容性和实时性。 3）采用国内外知名厂家的器件，保证系统的可靠性和安全性。 4）控制系统的操作在人机界面上进行，人机界面直观、简洁，易于操作和进行设备维护。 5）控制方案的设计不仅考虑了系统的实用性，还考虑了系统的开放性、兼容性和可扩展性。 3.4.2.2 电气控制系统基本功能 为符合系统使用要求，电气控制系统设计基本功能应具有： 1）物流操作自动控制和信息处理； 2）物流特征信息和输送状态信息； 3）物流系统运行状态和故障信息监控； 4）物流信息的识别； 5）至少三种操作模式：全自动控制、手动控制、自动控制。 6）紧急停止功能：主控柜上设置有紧急停止开关，按下急停开关，切断整个输送机系统的动力电源，控制系统的电源不会被切断；在每个操作员终端上设有紧急停止开关，按下终端上的急停开关，切断该终端控制区域的动力电源,控制系统的电源不会被切断。 3.4.3 无线射频识别系统的设计要求 3.4.3.1 射频识别标签工作频率的选择 工作频率选择是RFID 技术中的一个关键问题。工作频率的选择既要适应各种不同应用需求，还需要考虑各厂家对无线电频段使用和发射功率的规定。当前RFID工作频率跨越多个频段，不同频段具有各自优缺点，它既影响标签的性能和尺寸大小，还影响标签与读写器的价格。 此外，无线电发射功率的差别影响读写器作用距离。低频频段能量相对较低，数据传输率较小，无线覆盖范围受限。为扩大无线覆盖范围，必须扩大标签天