可編程控制加藥機(jī)器手的應(yīng)用技術(shù)研究

摘要：文章介紹了一種工業(yè)雷管自動裝填生產(chǎn)線中的可編程控制加藥機(jī)器手，闡述了加藥機(jī)器手的硬件電路、門控系統(tǒng)、軟件控制流程和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。加藥機(jī)器手的特點(diǎn)是連線簡單，可靠性和可維護(hù)性好。

關(guān)鍵詞：工業(yè)雷管；加藥機(jī)器手；可編程控制器

中圖分類號：TQ016文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）16-0034-02

多工位雷管連續(xù)裝壓藥的裝置包括裝藥機(jī)、壓藥機(jī)、輸送皮帶、扣帽機(jī)、去模機(jī)、自動點(diǎn)漆機(jī)等。雷管裝填生產(chǎn)線的工位主要包括排管、一遍裝藥、一遍壓藥、二遍裝藥、二遍壓藥、裝起爆藥、引壓加強(qiáng)帽（壓延期體）、扣模、點(diǎn)漆、抖浮藥、松模等。

為保證裝填生產(chǎn)線的連續(xù)作業(yè)，裝藥斗需要有一定的儲存藥量，而裝藥又是十分危險的工位，特別是裝起爆藥，由于起爆藥感度較高，因此要求裝藥斗儲存藥量不能過多。傳統(tǒng)的加藥都是在停止雷管裝藥機(jī)的情況下由人工進(jìn)行，加大了加藥工的勞動強(qiáng)度，生產(chǎn)效率低，安全性差。

為了提高生產(chǎn)效率，保證加藥工人身安全，設(shè)計出了一種可編程控制加藥機(jī)器手，其與工業(yè)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR）構(gòu)成了一套視頻監(jiān)控自動加藥流水作業(yè)系統(tǒng)。

一、硬件電路工作原理

（一）結(jié)構(gòu)與工作原理

加藥機(jī)器手的結(jié)構(gòu)由加藥杯、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、可編程控制器及傳感器等組成，其同防爆箱、內(nèi)防護(hù)門、外防護(hù)門、上導(dǎo)軌、下導(dǎo)軌及DVR組成了視頻監(jiān)控自動加藥流水作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。加藥機(jī)器手取送藥的工作過程如圖1所示：

1．加藥機(jī)器手待機(jī)狀態(tài)停放在防爆箱的取藥處，此時防爆箱內(nèi)外防護(hù)門均處于關(guān)閉狀態(tài)。

2．加藥機(jī)器手每完成一次送藥過程，返回到取藥處時，啟動加藥音響信號，提示加藥工去給加藥機(jī)器手上藥杯，加藥工開啟外防護(hù)門，往加藥機(jī)器手上藥杯，然后關(guān)閉外防護(hù)門。

3．加藥機(jī)器手上完藥杯后，處于待機(jī)狀態(tài)時，監(jiān)控室的操作工通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠觀察到藥斗里的藥量，若需要往藥斗里加藥時，發(fā)出啟動信號，先打開內(nèi)防護(hù)門，接著啟動加藥機(jī)器手。

4．加藥機(jī)器手啟動后，將沿著上下導(dǎo)軌向送藥方向運(yùn)動。

5．加藥機(jī)器手到達(dá)送藥處時，將在緩沖裝置的緩沖作用下迅速停止，加藥杯翻轉(zhuǎn)倒藥，把藥加到藥斗里，延時幾秒，可編程控制器驅(qū)動倒藥電機(jī)向相反方向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)加藥杯的重新直立。

6．待加藥杯重新直立，加藥機(jī)器手沿著導(dǎo)軌向取藥方向運(yùn)動，加藥機(jī)器手返回防爆箱并且到位后，內(nèi)防護(hù)門自動關(guān)閉。

（二）可編程器控制系統(tǒng)

雷管自動裝填生產(chǎn)線的每個裝藥工位由1臺加藥機(jī)器手加藥?？刂葡到y(tǒng)采用H型橋式驅(qū)動電路來控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了加藥機(jī)器手分別向送藥方向運(yùn)動、取藥方向運(yùn)動及加藥杯的翻轉(zhuǎn)與重新直立運(yùn)動。

加藥機(jī)器手上裝配了蓄電池和兩個金屬傳感器，兩個傳感器分別用于判斷加藥機(jī)器手是否到達(dá)取藥處和加藥機(jī)器手是否到達(dá)送藥處。加藥機(jī)器手的控制器是可編程控制器，可編程控制器輸入輸出I/O接口電路如圖2所示：

（三）可編程器的輸出與電機(jī)連接的實(shí)現(xiàn)

加藥機(jī)器手要求能往返運(yùn)動，加藥杯要求能進(jìn)行翻轉(zhuǎn)與重新直立及加藥杯的平穩(wěn)倒藥，都需要對運(yùn)動電機(jī)和倒藥電機(jī)進(jìn)行正向與反向的驅(qū)動控制。具體電機(jī)電氣控制電路如圖3所示：

圖3中采用4個繼電器和一個直流電源來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，4個繼電器線圈直接接到可編程控制器的輸出端。具體控制過程如下：

1．當(dāng)繼電器1的線圈得電時，繼電器1的觸點(diǎn)J1-1和J1-2同時動作，而繼電器2的觸點(diǎn)狀態(tài)不變，電流方向如I1所示，驅(qū)動倒藥電機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。

2．當(dāng)繼電器2的線圈得電時，繼電器2的觸點(diǎn)J2-1和J2-2同時動作，而繼電器1的觸點(diǎn)狀態(tài)不變，電流方向如I2所示，驅(qū)動倒藥電機(jī)向復(fù)位的方向運(yùn)動。

3．當(dāng)繼電器3的線圈得電時，繼電器3的觸點(diǎn)J3-1和J3-2同時動作，而繼電器4的觸點(diǎn)狀態(tài)不變，電流方向如I3所示，驅(qū)動運(yùn)動電機(jī)向送藥方向運(yùn)動。

4．當(dāng)繼電器4的線圈得電時，繼電器4的觸點(diǎn)J4-1和J4-2同時動作，而繼電器3的觸點(diǎn)狀態(tài)不變，電流方向如I4所示，驅(qū)動運(yùn)動電機(jī)向取藥方向運(yùn)動。

因此通過繼電器1與繼電器2的組合實(shí)現(xiàn)了對倒藥電機(jī)翻轉(zhuǎn)與重新直立的驅(qū)動控制，通過繼電器3與繼電器4的組合實(shí)現(xiàn)了對運(yùn)動電機(jī)正反方向運(yùn)動的驅(qū)動控制。

二、門控制系統(tǒng)

為了保證安全，在加藥機(jī)器手取送藥的過程中，嚴(yán)禁防爆箱和抗爆間連通，為此在防爆箱與抗爆間之間設(shè)置了兩道可控制的氣動防護(hù)門，門的開啟、關(guān)閉由門控系統(tǒng)控制。

當(dāng)加藥機(jī)器手開啟時，內(nèi)防護(hù)門處于打開狀態(tài)，外防護(hù)門處于關(guān)閉狀態(tài)。加藥機(jī)器手完成送藥并返回防爆箱的取藥處時，內(nèi)防護(hù)門將自動關(guān)閉，此時可以開啟外防護(hù)門對加藥機(jī)器手上藥杯。

在門控制系統(tǒng)的作用下，如果外防護(hù)門沒有關(guān)閉，此時是不能啟動加藥機(jī)器手向送藥方向運(yùn)動的。如果內(nèi)防護(hù)門沒關(guān)閉時，此時是不能打開外防護(hù)門的，從而實(shí)現(xiàn)了防爆箱與抗爆間的隔離。門控系統(tǒng)的控制器也是可編程控制器，而且門控系統(tǒng)的控制器同加藥機(jī)器手的控制器一起對裝填生產(chǎn)線進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

三、控制程序設(shè)計

初始化后，加藥機(jī)器手處于待機(jī)狀態(tài)。程序判斷啟動開關(guān)是否打開，加藥機(jī)器手是否到達(dá)取藥位置，外防護(hù)門是否打開，內(nèi)防護(hù)門是否關(guān)閉。當(dāng)啟動開關(guān)打開，加藥機(jī)器手到達(dá)了取藥位置，外防護(hù)門打開且內(nèi)防護(hù)門關(guān)閉，這4個條件同時滿足時，則加藥機(jī)器手啟動，其將沿著上下導(dǎo)軌向送藥方向運(yùn)動。若其4個條件中有任何一個條件不滿足，則加藥機(jī)器手不能啟動，程序?qū)⒌却⒗^續(xù)進(jìn)行判斷。

當(dāng)加藥機(jī)器手啟動后，通過安裝在加藥機(jī)器手上的金屬傳感器判斷其是否到達(dá)送藥位置。若加藥機(jī)器手到達(dá)送藥位置，那么驅(qū)動倒藥電機(jī)進(jìn)行倒藥。為了使加藥杯平穩(wěn)倒藥，接著制動倒藥電機(jī)，延時幾秒后，反向驅(qū)動倒藥電機(jī)，然后驅(qū)動運(yùn)動電機(jī)向取藥方向運(yùn)動。通過金屬傳感器判斷加藥機(jī)器手是否返回暫存室到位，若到位則關(guān)閉外防護(hù)門。

四、視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在各個防爆箱加藥點(diǎn)及流水線的各個工位點(diǎn)裝藥盒位置均安裝了攝像頭，為了與工業(yè)監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)在信號連接上同步，自動裝填線上的視頻監(jiān)控采用了工業(yè)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

這個系統(tǒng)的核心是一臺數(shù)字視頻機(jī)，配備的視頻輸入板，將現(xiàn)場攝像頭的視頻信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，使用微機(jī)的各項(xiàng)數(shù)字技術(shù)處理，具有很大的圖像編輯靈活性，圖形經(jīng)過壓縮和信息化處理，能夠很方便地進(jìn)行圖像的按時間坐標(biāo)重放，記錄也可以通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入工廠信息網(wǎng)進(jìn)行發(fā)布。

通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在雷管自動裝填線控制室的操作工在監(jiān)控室可清楚觀看到裝藥機(jī)的裝藥斗內(nèi)藥量的多少，當(dāng)某工位裝藥斗需要加藥時，操作工通過語音提示加藥工。加藥工將藥杯放進(jìn)加藥機(jī)器手加藥杯里，然后操作工啟動加藥機(jī)器手，接著加藥機(jī)器手和門控系統(tǒng)將會協(xié)調(diào)配合完成一次送藥與倒藥的過程。

五、結(jié)論

該可編程控制加藥機(jī)器手在硬件電路與軟件控制上都不同于以往的方式，設(shè)計更加合理，運(yùn)行模式新穎，控制技術(shù)符合生產(chǎn)工藝要求。同時可編程控制加藥機(jī)器手及視頻監(jiān)控系統(tǒng)與工業(yè)雷管自動裝填生產(chǎn)流水線實(shí)現(xiàn)了無縫對接，危險工序無人操作，增強(qiáng)了生產(chǎn)線的安全可靠性，極大地提高了生產(chǎn)效率，改善了工作環(huán)境，降低了勞動強(qiáng)度。

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作者簡介：孫彥云（1975－），女，山西孝義人，汾西礦業(yè)集團(tuán)化工公司機(jī)修分廠書記，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計與制造。