機(jī)械手在壓力機(jī)生產(chǎn)線上應(yīng)用的安全控制

劉自龍

（安徽省蕪湖市奇瑞汽車(chē)股份有限公司，安徽蕪湖 241000）

機(jī)械手在壓力機(jī)生產(chǎn)線上應(yīng)用的安全控制

劉自龍

（安徽省蕪湖市奇瑞汽車(chē)股份有限公司，安徽蕪湖 241000）

主要介紹了如何通過(guò)硬件連接和軟件的程序控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手與壓力機(jī)之間的安全互鎖控制，保證壓力機(jī)與機(jī)械手之間安全高效的運(yùn)行。

機(jī)械手 壓力機(jī) 安全控制

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，自動(dòng)化設(shè)備機(jī)械手在沖壓生產(chǎn)線中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。機(jī)械手屬于高精度、高技術(shù)含量、高價(jià)位的設(shè)備，在生產(chǎn)中一旦出現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)生與壓力機(jī)的碰撞或者被壓力機(jī)壓到，將會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此如何保證機(jī)械手與壓力機(jī)之間的安全配合，保證壓力機(jī)、機(jī)械手和模具的安全，成為一個(gè)非常重要的問(wèn)題。解決好彼此之間的安全控制，并保證生產(chǎn)快速有效地進(jìn)行，將會(huì)極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

文中的壓力機(jī)是閉式單動(dòng)機(jī)械1 000 t壓力機(jī)，控制系統(tǒng)采用ORMON的C200HG系列PLC；機(jī)械手具有六軸（X1、X2是平移軸，Z軸是垂直運(yùn)動(dòng)軸，A1、A2、B軸是旋轉(zhuǎn)軸）聯(lián)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)采用西門(mén)子的D435控制系統(tǒng)。通過(guò)相應(yīng)的硬件接線和軟件程序的控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手與壓力機(jī)的安全互鎖控制，保證設(shè)備的安全與高效運(yùn)行。

要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手與壓力機(jī)之間的安全運(yùn)行，就要保證機(jī)械手的X1軸和X2軸不與壓力機(jī)滑塊干涉，需要從硬件接線和軟件的參數(shù)設(shè)置以及彼此之間的信號(hào)交換和程序控制來(lái)完成。

1 快速停止回路

機(jī)械手的所有急停按鈕與壓力機(jī)的急停按鈕進(jìn)行串聯(lián)，然后通過(guò)PILZ的安全繼電器把急?；芈泛妥詣?dòng)化的安全柵欄門(mén)開(kāi)關(guān)串入到壓力機(jī)的控制回路：?jiǎn)?dòng)雙閥的線路中，當(dāng)拍下任一個(gè)急停鍵時(shí)，就會(huì)把壓力機(jī)和機(jī)械手的硬件控制回路切斷；當(dāng)打開(kāi)自動(dòng)化的安全柵欄門(mén)時(shí)，切斷了機(jī)械手啟動(dòng)壓力機(jī)信號(hào)和機(jī)械手的運(yùn)行信號(hào)。這樣就保證了壓力機(jī)和機(jī)械手均無(wú)法啟動(dòng)，從而保證了壓力機(jī)和機(jī)械手的安全。機(jī)械手的位置信號(hào)串入作為一個(gè)SIMOTION系統(tǒng)的輸出點(diǎn)，進(jìn)入到繼電器內(nèi)，繼電器的常閉點(diǎn)串入到壓力機(jī)的雙閥控制回路，當(dāng)機(jī)器人在壓力機(jī)內(nèi)的危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)候，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，切斷壓力機(jī)的控制回路，保證了壓力機(jī)和機(jī)械手的安全。

2 機(jī)械手與壓力機(jī)之間的信號(hào)交換

機(jī)械手給壓力機(jī)的信號(hào)有：機(jī)械手退回到安全位置、機(jī)械手啟動(dòng)壓力機(jī)信號(hào)、機(jī)械手啟動(dòng)壓力機(jī)、機(jī)械手快速停止壓力機(jī)信號(hào)、機(jī)械手無(wú)故障信號(hào)、自動(dòng)化柵欄1、自動(dòng)化柵欄2和自動(dòng)化急停。

壓力機(jī)給機(jī)器人的信號(hào)有：壓力機(jī)在上死點(diǎn)的信號(hào)、壓力機(jī)在下死點(diǎn)的信號(hào)、壓力機(jī)的柵欄門(mén)信號(hào)、壓力機(jī)急停的信號(hào)、壓力機(jī)自動(dòng)狀態(tài)信號(hào)、板料已沖壓信號(hào)、模具有料信號(hào)、壓力機(jī)沒(méi)有故障信號(hào)、壓力機(jī)自動(dòng)旋鈕和板料未壓信號(hào)。

3 機(jī)械手和壓力機(jī)的限位檢測(cè)與設(shè)定

（1）機(jī)械手安全位置檢測(cè)

機(jī)械手運(yùn)動(dòng)中檢測(cè)自己的位置信號(hào)（g_prg_fp.target_pos_x［2］）與程序中設(shè)定的出壓力機(jī)位置信號(hào)（g_prg_pres_fp_out_p3）進(jìn)行比較（圖1），當(dāng)滿足條件之后，得出機(jī)械手不在壓力機(jī)內(nèi)的信號(hào)。

（2）壓力機(jī)滑塊位置檢測(cè)

壓力機(jī)的滑塊上加裝直線編碼器，檢測(cè)滑塊的實(shí)際位置，并通過(guò)總線將位置數(shù)據(jù)反饋給機(jī)械手。同時(shí)壓力機(jī)上還裝有電子凸輪編碼器和模塊，檢測(cè)滑塊運(yùn)行的角度位置，并將位置反饋給機(jī)械手。

（3）機(jī)械手的軟限位設(shè)置

根據(jù)兩臺(tái)壓力機(jī)之間的位置，以機(jī)械手的上游位置為起點(diǎn)設(shè)置，設(shè)置機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)極限（圖2、圖3），當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到此位置的時(shí)候，自動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出，并發(fā)出到達(dá)限位的報(bào)警，使系統(tǒng)停止運(yùn)行。

4 機(jī)械手與壓力機(jī)的安全控制

（1）壓力機(jī)壓過(guò)板料到上死點(diǎn)時(shí)發(fā)出位置信號(hào)

壓力機(jī)到達(dá)上死點(diǎn)后把滑塊的位置數(shù)據(jù)回饋給機(jī)械手（圖4）。機(jī)械手是否可以運(yùn)行到壓力機(jī)內(nèi)，取決于壓力機(jī)的滑塊的實(shí)際位置。壓力機(jī)傳送給機(jī)器人的位置信號(hào)有兩個(gè)：一是壓力機(jī)的電子凸輪檢測(cè)到的壓力機(jī)的角度信號(hào)，當(dāng)壓力機(jī)在上死點(diǎn)的時(shí)候，通過(guò)ORMON的凸輪繼電器輸出一個(gè)信號(hào)，機(jī)械手可以進(jìn)入壓力機(jī)內(nèi)；二是自動(dòng)化的直線編碼器檢測(cè)壓力機(jī)滑塊的位置，判斷滑塊所停的位置是否是機(jī)械手進(jìn)入的安全位置，從而判斷是否允許進(jìn)入壓力機(jī)內(nèi)。當(dāng)兩個(gè)條件都滿足之后，壓力機(jī)給上下游機(jī)械手發(fā)出位置信號(hào)，下料機(jī)械手進(jìn)入壓力機(jī)取走工件。

（2）下料機(jī)械手進(jìn)入壓力機(jī)

下料機(jī)械手收到壓力機(jī)的上死點(diǎn)信號(hào)之后，與上料機(jī)械手的位置信號(hào)進(jìn)行比較，確認(rèn)安全之后，進(jìn)入壓力機(jī)內(nèi)取走工件。當(dāng)下料機(jī)械手退出壓力機(jī)之后，下料機(jī)械手給上料機(jī)械手發(fā)出信號(hào)，上料機(jī)械手開(kāi)始進(jìn)入壓力機(jī)放件。

（3）上料機(jī)械手進(jìn)入壓力機(jī)

上料機(jī)械手收到壓力機(jī)的上死點(diǎn)位置信號(hào)和下料機(jī)械手的退出壓力機(jī)位置信號(hào)，確認(rèn)其它條件滿足之后，進(jìn)入壓力機(jī)內(nèi)放件，然后根據(jù)設(shè)定軌跡退出壓力機(jī)。當(dāng)上料機(jī)械手退出到壓力機(jī)的安全位置，同時(shí)壓力機(jī)的模具感應(yīng)到板料已經(jīng)到位后，發(fā)出啟動(dòng)壓力機(jī)的信號(hào)到壓力機(jī)。

（4）上料機(jī)械手發(fā)出啟動(dòng)壓力機(jī)信號(hào)

上料機(jī)械手實(shí)際位置（mp_act_position_x1）與操作屏上設(shè)定的上料機(jī)械手安全位置（g_prg_pres_fp_out_p3）進(jìn)行比較、上料機(jī)械手實(shí)際位置（mp_act_position_x1）與程序中設(shè)定的上料機(jī)械手的安全位置（1700或者2550，1770是壓力機(jī)內(nèi)模式的限位，2550是壓力機(jī)外模式的限位，如圖5所示。壓力機(jī)內(nèi)和壓力機(jī)外兩個(gè)模式是根據(jù)模具的開(kāi)口的大小來(lái)選擇的：開(kāi)口大的模具可以選擇壓力機(jī)內(nèi)模式，機(jī)械手可以在壓力機(jī)內(nèi)進(jìn)行各軸的關(guān)聯(lián)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以提高生產(chǎn)效率；當(dāng)模具的開(kāi)口較小的時(shí)候，采用壓力機(jī)外模式，在機(jī)械手退出壓力機(jī)之后方可以旋轉(zhuǎn)，從而保護(hù)了機(jī)械手的安全進(jìn)行比較、下料機(jī)械手實(shí)際位置（i_fg_next_ulf_x_pos）與操作屏上設(shè)定的下料機(jī)械手安全位置（i_fg_next_ulf_out_of_press）進(jìn)行比較、下料機(jī)械手實(shí)際位置（i_fg_next_ulf_x_pos）與程序中設(shè)定的下料機(jī)械手的安全位置（4230）進(jìn)行比較；然后判斷機(jī)械手的工作模式，是在壓力機(jī)內(nèi)還是壓力機(jī)外模式；其他條件：壓力機(jī)自動(dòng)模式（i_press_automatic）、壓力機(jī)上死點(diǎn)（i_press_is_up）、壓力機(jī)下死點(diǎn)閉點(diǎn)（i_press_is_down）、工件未壓信號(hào)閉點(diǎn)（g_press_part_pressed）、快速停止（g_stop_auto）等安全信號(hào)滿足之后，其他關(guān)聯(lián)條件滿足條件，機(jī)械手發(fā)出啟動(dòng)壓力機(jī)的信號(hào)給壓力機(jī)（圖6）。

（5）壓力機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行

當(dāng)機(jī)械手發(fā)出啟動(dòng)壓力機(jī)的信號(hào)之后，通過(guò)繼電器輸出到壓力機(jī)的PLC（20.07），在壓力機(jī)無(wú)故障，快速停止信號(hào)滿足條件的情況下，啟動(dòng)壓力機(jī)運(yùn)行。壓力機(jī)的程序控制如圖7。

（6）當(dāng)壓力機(jī)運(yùn)行一個(gè)沖次之后，輸出信號(hào)：板料已壓（21.05），如圖8。

21.05接通之后，通過(guò)繼電器給下料機(jī)械手信號(hào)：板料已壓，下料手再次判斷運(yùn)行條件滿足之后進(jìn)入壓力機(jī)內(nèi)取件，從而完成了一個(gè)循環(huán)。

綜上所述，機(jī)械手與壓力機(jī)之間的安全控制采取了多種途徑互鎖的方法，極大地減少了各種硬件的故障和程序掃描執(zhí)行的錯(cuò)誤，保證了壓力機(jī)與機(jī)械手之間的安全，避免了設(shè)備之間的碰撞造成的不必要的設(shè)備損壞，同時(shí)考慮了生產(chǎn)效率，保證了生產(chǎn)的快速有效進(jìn)行。

［1］ORMON公司.C200HX/HG/HE可編程控制器編程手冊(cè)［M］.上海，1997.

［2］何德譽(yù).專(zhuān)用壓力機(jī)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

作者：劉自龍，男，1982年生，電氣工程師，主要研究方向：自動(dòng)化設(shè)備再?zèng)_壓生產(chǎn)線的應(yīng)用技術(shù)。

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The Security Control of The Manipulator Application on The Press Line

LIU Zilong
（Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu 241000，CHN）

This article describes how to slove the security control problem of the press and the manipulator on the press line by hardware and software，to achieve the manipulator and press the safety interlock between the control，finally to ensure the safe and efficient operation of the press and the manipulator.

Manipulator；Press；Security Control

（編輯 李 靜） （

2009－11－01）

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