筒子纱生产物流及包装系统的设计与开发

摘要

筒子纱生产物流及包装系统是纺纱行业实现生产物流输送及包装自动化、无人化的关键，也是实现智能纺纱车间的基础。
　　目前，纺纱厂筒子纱生产物流输送和包装工作环节大多为人工运输包装，这样使工作人员面对长时间、机械地重复单调的工作，会非常容易使人疲劳。有些纺纱厂使用已研发成功的筒子纱半自动包装设备，用于代替部分输送和包装工序，但仍然需要大量工作人员进行辅助参与，同样需要占用大量的人力资源，并且包装的效率低、包装效果差。现在人力成本越来越高，招工也越来越难，设计一种实现筒子纱从络纱完成到包装成包、码垛成盘再到智能仓储管理的无人化、流水线自动化设备是时代发展的必然趋势。
　　筒子纱生产物流及包装系统综合产品创新设计、机械结构设计、控制系统硬件设计、系统软件编程设计等设计原理，运用视觉定位导航技术、传感器检测技术、气动技术、识别技术、上位机监控技术以及无线通信网络技术等理论与方法，实现对多台络筒机络好的多品种筒子纱进行有序的收集输送、并对多品种筒子纱进行分选到不同包装区域，分别进行包装、码垛成盘后，通过AGV运载模块根据筒子纱品种不同，分别输送到相应品种缓存仓储区，进行入库管理。本系统投入使用后，可以最大限度地减少人的参与，不仅可以节省劳动力，降低生产成本，而且可以提高生产效率、提高包装质量。
　　本文总体介绍了筒子纱生产物流及包装系统的整体方案设计，详细阐述了以具有30台络筒机的纺纱车间为研究对象实现对多品种筒子纱进行按品种区分包装、码垛以及仓储管理的各功能模块的设计，重点描述了AGV运载模块视觉定位导航模块的工作原理、方案设计以及软件编程设计，针对系统设计过程中的几个关键环节和技术作进行了重点研究，内容如下:
　　1、根据筒子纱物流输送及包装工艺要求，结合人工包装工作流程，确定了筒子纱生产物流及包装系统实现功能以及整体设计方案。
　　2、按照模块化、集成化、柔性化的设计策略，对系统各模块的实现功能、工作原理以及机械结构进行设计;对能满足本系统功能要求的市面上已成熟的设备进行选型并集成。并且，可以根据不同用户筒子纱物流输送及包装的要求，对系统方案进行柔性定制。
　　3、重点研究了AGV运载模块的无人驾驶功能、视觉导航功能，通过差速转向实现自动驾驶，并通过检测改进的Naomark人工地标，结合预先设定的路径规划全局地图坐标系，进行视觉定位导航。
　　4、设计并开发了系统的硬件单元，包括系统主控制单元PLC和AGV运载模块的辅助控制单元DSP多功能开发板，以及对系统检测单元、执行单元及有线及无线通信网络进行设计。
　　5、设计并开发了系统的各功能模块和通信网络的软件开发流程，并重点对图像处理单元进行软件程序设计。
　　6、设计并开发了筒子纱生产物流及包装系统的WINCC上位机监控系统，实现了对整体系统及各功能模块远程监控和对生产信息进行统计、存储、全网络共享以及报表输出。
　　7、对系统主要功能模块运行效率进行测试，并对测试结果进行分析。通过对系统整体进行大量测试，得出各模块运行效率及检测准确率。最后，对系统设计与开发过程进行了总结，指出了系统中存在的缺点和不足，并提出了系统改进规划。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 筒子纱物流输送系统

1．2．2 筒子纱自动包装设备

1．3 主要研究内容及研究重点

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 本文研究重点

1．4 论文章节安排

第2章 系统整体方案设计

2．1 引言

2．2 系统整体实现功能及方案设计

2．2．1 系统实现功能

2．2．2 系统方案设计

2．3 各模块介绍

2．4 本章小结

第3章 系统各模块设计与开发

3．1 引言

3．2 收集调正输送模块

3．3 筒子纱品种识别分选模块

3．4 大小头状态翻转模块

3．5 整列模块

3．6 称重模块

3．7 AGV运载模块

3．7．1 自动行驶功能

3．7．2 视觉定位导航功能

3．7．3 障碍物检测功能

3．7．4 升降台功能

3．8 关键集成设备选型

3．8．1 封缩设备

3．8．2 喷码机

3．8．3 码垛机

3．9 本章小结

第4章 系统硬件设计与开发

4．1 引言

4．2 系统整体硬件设计

4．2．1 硬件系统需求分析

4．2．2 硬件系统整体设计

4．3 系统控制单元及人机界面的设计

4．3．1 系统主控制单元设计

4．3．2 系统辅助控制单元设计

4．3．3 人机界面设计

4．4 检测及执行单元设计与开发

4．4．1 CCD摄像机

4．4．2 视频解码芯片

4．4．3 颜色传感器

4．4．4 变频器

4．5 网络通信系统设计

4．6 文章小结

第5章 系统软件设计与开发

5．1 引言

5．2 控制器软件设计

5．2．1 主控制器PLC软件设计

5．2．2 辅助控制器DSP多功能开发板软件设计

5．3 图像处理单元软件设计及仿真

5．3．1 图像处理单元软件设计整体流程介绍

5．3．2 图像处理单元函数软件设计

5．3．3 图像处理函数仿真实验

5．4 通信网络软件设计

5．4．1 DP通信网络软件设计

5．4．2 射频芯片软件设计

5．5 上位机监控系统软件设计

5．6 本章小结

第6章 筒子纱生产线物流及包装系统测试与性能分析

6．1 引言

6．2 系统各模块运行效率测试

6．2．1 收集调正输送模块测试及调试

6．2．2 品种识别分选模块测试及调试

6．2．3 大小头状态翻转模块测试及调试

6．2．4 称重模块测试及调试

6．3 系统整体运行效率测试

6．4 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文