物流件煙分揀機械手安全防護升級系統(tǒng)的設計與研究

□文 / 湖南中煙工業(yè)有限責任公司長沙卷煙廠 黃啟明 房華 喻樹洪

物流件煙分揀機械手安全防護升級系統(tǒng)的設計與研究

□文 / 湖南中煙工業(yè)有限責任公司長沙卷煙廠 黃啟明 房華 喻樹洪

1 引言

工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，擁有較好的作業(yè)的準確性和各種環(huán)境下完成作業(yè)的能力。在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。工業(yè)機械手在我國煙草行業(yè)的應用出現(xiàn)在90年代中期，主要應用于煙草物流系統(tǒng)，執(zhí)行卷煙成品的碼垛工作。另外，工業(yè)機械手在煙草領域應用過程中，因其體積大、速度快、動作復雜而頻繁，使得機械手生產(chǎn)區(qū)域被劃分成高危作業(yè)區(qū)域，其安全性顯得尤為重要。

圖1 原有機械手安全防護系統(tǒng)俯視圖

圖2 機械手安全防護升級系統(tǒng)俯視圖

2 原有的機械手安全防護系統(tǒng)

新型的件煙分揀入庫系統(tǒng)為長沙卷煙廠十五技改期間首次引進的設備，該套系統(tǒng)可以對不同裝箱機的件煙進行分揀和碼垛，整個系統(tǒng)運行速度快、效率高，這就對作為分揀系統(tǒng)的重要組成部分的機械手系統(tǒng)提出了更高的要求。然而，原有的機械手防護系統(tǒng)是以簡單的物理隔離方式來實現(xiàn)安全防護功能，存在靈活性差、效率低以及具有防護盲區(qū)等缺點，圖1為原有機械手安全防護系統(tǒng)俯視圖。

由圖可看出，原有機械手安全防護系統(tǒng)的不足歸納起來有以下幾點：

（1）安全防護系統(tǒng)存在盲區(qū)，操作或維修人員有不觸發(fā)安全防護系統(tǒng)、機械手不停機的情況下進入機械手區(qū)域，造成人身傷害的風險；

（2）操作工工作站臺遠離機械手區(qū)域的入口，操作或維修人員需要經(jīng)過天橋才能進入該區(qū)域，不利于緊急異常情況的處理，工作效率低；

（3）操作或維修人員在操作區(qū)域工作時，需要經(jīng)過托盤輸送系統(tǒng)，有碰撞托盤造成物品損壞及人身傷害的風險；

（4）整個安全回路系統(tǒng)缺乏聲、光、標識等輔助警示裝置，不利于系統(tǒng)的使用與維護。

那么針對上述缺陷，本文對原有機械手安全防護系統(tǒng)進行改進，設計了一個基于新型的件煙分揀系統(tǒng)的機械手安全防護升級系統(tǒng)，來彌補上述的缺陷。

3 基于新型的件煙分揀系統(tǒng)的機械手安全防護升級系統(tǒng)

圖2為改進后的機械手安全防護升級系統(tǒng)的全局俯視圖，由圖可知，該升級系統(tǒng)增加了三個安全防護門、五個安全通道和新型的檢測裝置，又提供了聲光報警及操作裝置，可完全改變原有安全防護系統(tǒng)的操作方式，彌補機械手工作區(qū)域的安全盲區(qū)。該套系統(tǒng)根據(jù)功能和作用的不同大致可分為以下五個部分。

（1）安全防護裝置

安全防護裝置主要由安全防護門、安全光柵、開啟和復位安全防護系統(tǒng)的操作裝置以及安全通道組成。

該安全門既能鎖死安全防護門起到防護作用，又能串入安全回路系統(tǒng)和主控器，與操作裝置一起對安全門進行控制和預警，進一步提高了安全防護門的防護能力。

本系統(tǒng)共使用四組光柵，兩組用于托盤進出機械手區(qū)域防護欄未保護區(qū)域，彌補防護欄的防護盲區(qū)，兩組用于人工經(jīng)過托盤輸送系統(tǒng)區(qū)域的安全通道。

開啟和復位安全防護系統(tǒng)的操作裝置和安全通道是作為整個安全防護裝置的輔助裝置，為操作或維修人員提供操作可能。安全通道是托盤輸送

系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)安裝并專用于進入機械手區(qū)域的通道，主要為一些踏板裝置。

圖3 安全回路連接圖

（2）警報預警裝置

警報預警裝置包括聲光報警裝置和安全警示標識。聲光報警裝置由三個具有聲光報警功能的顯示燈柱組成，為操作人員提供警報和預警。安全警示標識包括禁止標志、警告標志、指令標志和警示用語，按照國家標識警示類標準制定。

（3）安全回路系統(tǒng)

安全回路系統(tǒng)是一個把原有機械手系統(tǒng)與托盤輸送系統(tǒng)的安全回路連接在一起的硬件回路系統(tǒng)。電纜把各防護設備以串接和回路的形式連接起來，并與原有設備連接在一起，一旦出現(xiàn)異常則斷開回路，系統(tǒng)將報警而停機。

（4）安全防護控制程序

安全防護控制程序包括原有控制程序的基礎上，針對安全防護升級系統(tǒng)需實現(xiàn)的功能所設計的控制程序。其主要功能是為整個安全防護系統(tǒng)提供軟件保障，程序設計需緊湊而合理。

（5）安全操作規(guī)程

安全操作規(guī)程由開機上電步驟、自動運行操作步驟、手動運行操作步驟、關機操作步驟以及異常問題處理步驟五部分組成。

圖4 托盤出入站臺控制程序流程圖

4 機械手安全防護升級系統(tǒng)的設計實現(xiàn)

新型的機械手安全防護升級系統(tǒng)是以安全回路系統(tǒng)為主線，把新增的安全防護裝置與原有系統(tǒng)連接在一起，采用多種方式（設備急停、停止、報警等）對原有系統(tǒng)的安全防護能力進行優(yōu)化。

4.1 硬件的設計實現(xiàn)

主要從以下幾個方面進行硬件的設計實現(xiàn)：

（1）3臺機械手正面靠近輥道輸送機部位的防護欄中分別安裝一個安全防護門，該安全防護門帶有通訊功能，通過一個電磁開關鎖（含聯(lián)鎖檢測和插銷鎖）來實現(xiàn)，并于機械手區(qū)域的防護欄上粘貼禁止標志、警告標志；

（2）安全光柵采用SICK公司生產(chǎn)的光幕產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有很強的信號發(fā)射和接受能力，在惡劣的工業(yè)條件亦可可靠運行。

（3）托盤輸送系統(tǒng)內(nèi)，進入機械手安全門之前規(guī)定為行走路線的托盤輸送機上安裝踏板裝置，鋪設防滑板。另外，安裝通道光柵監(jiān)控裝置，對人員行走過程進行監(jiān)控，并粘貼指令標志和禁止標志；

（4）安裝光柵監(jiān)控裝置于托盤進出機械手區(qū)域防護欄未保護區(qū)域，對異常通過該區(qū)域的人員進行監(jiān)控與報警，彌補防護欄的防護盲區(qū)；

（5）機械手電柜處（操作區(qū)域）安裝停車按鈕和復位按鈕操作盒、紅色狀態(tài)指示燈以及蜂鳴器；

（6）將新加裝的安全防護門的安全檢測開關、各光柵裝置串入機械手和托盤輸送系統(tǒng)安全回路，出現(xiàn)異常后對雙方系統(tǒng)均進行控制，把傷害減少至最小，如圖3；

（7）托盤輸送系統(tǒng)主控器中編制控制程序，并安裝控制繼電器。

4.2 軟件的設計實現(xiàn)

圖4、圖5為本文所設計的機械手安全防護升級系統(tǒng)的程序流程圖，由圖可看出，整個程序設計緊湊而有效，設計中主要考慮了安全功能的實現(xiàn)，包括出現(xiàn)異常后，托盤輸送系統(tǒng)與機械手系統(tǒng)之間的聯(lián)動性，人員對系統(tǒng)進行使用的可操作性等。

圖5 走行通道控制程序流程圖

5 結(jié)語

本文利用安全回路控制方式構(gòu)建了一個件煙分揀機械手安全防護控制平臺，通過引入新型的安全檢測、預警裝置，使得難以防護的安全盲區(qū)的安全防護得以實現(xiàn)，并對整個安全系統(tǒng)的控制流程和方式進行規(guī)劃和設計，制定相關安全操作規(guī)程，并輔以重要區(qū)域的安全防護標識。該升級系統(tǒng)已在湖南中煙工業(yè)有限責任公司長沙卷煙廠物流系統(tǒng)中得到應用，實踐證明，該系統(tǒng)穩(wěn)定而高效，避免了防護盲區(qū)，極大提高了整個系統(tǒng)的防護保障能力。

□責任編輯/張帆