智能制造平臺(tái)安全措施應(yīng)用研究

李倚劍

摘 ? 要：文章根據(jù)智能制造平臺(tái)建設(shè)中遇到的柔性生產(chǎn)線加工和運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)安全問題，依據(jù)安全要求，提出了幾種電氣控制安全措施，并應(yīng)用到平臺(tái)建設(shè)中，有效保證生產(chǎn)制造過程中的設(shè)備安全和人員安全。

關(guān)鍵詞：智能制造;柔性生產(chǎn)線;工業(yè)安全

隨著德國(guó)“工業(yè)4.0”、美國(guó)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”及我國(guó)“中國(guó)制造2025”的提出，智能制造、自動(dòng)化裝備等細(xì)分產(chǎn)業(yè)得到重點(diǎn)關(guān)注[1]，建立智能制造平臺(tái)可有效縮短生產(chǎn)周期、提升生產(chǎn)效率，為企業(yè)智能制造化水平的提升帶來長(zhǎng)遠(yuǎn)效益。同時(shí)，研究智能制造平臺(tái)也成為很多學(xué)校和科研單位的重點(diǎn)，研究系統(tǒng)安全措施更是無法回避的問題，安全生產(chǎn)形勢(shì)仍然嚴(yán)峻[2]。保證柔性生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)有效協(xié)調(diào)運(yùn)行，設(shè)備的安全、穩(wěn)定，保證人身安全，避免安全事故出現(xiàn)始終是重中之重。

1 ? ?智能制造平臺(tái)的組成與安全要求

1.1 ?智能制造平臺(tái)組成

智能制造平臺(tái)主要由加工和運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)組成，用于水晶紀(jì)念碑的生產(chǎn)制造，如圖1所示。

兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床主要完成從毛坯料到底座的加工工作，搬運(yùn)機(jī)器人主要完成物料傳輸過程中的搬運(yùn)、抓取等工作。分揀機(jī)器人安裝視覺識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)物料進(jìn)行拍照識(shí)別，分揀物料底座毛坯和水晶，所有工業(yè)機(jī)器人全部通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，由控制器控制機(jī)器人完成全自動(dòng)運(yùn)行。水晶激光雕刻機(jī)通過工業(yè)總線與系統(tǒng)相連，在系統(tǒng)調(diào)配下保持節(jié)拍。

運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)由兩臺(tái)復(fù)合型無人搬運(yùn)車（Automated Guided Vehicle，AGV）和立體庫組成，AGV負(fù)責(zé)物料和成品的轉(zhuǎn)運(yùn)，立體庫用于物料和成品的儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)物料從毛坯底料到成型出庫的全自動(dòng)生產(chǎn)流程。

1.2 ?智能制造平臺(tái)的安全要求

全套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制，不僅要滿足基本生產(chǎn)，還要兼顧教學(xué)要求。

設(shè)備安全提出如下要求：（1）在手動(dòng)與自動(dòng)切換過程中要保證物料信息變化準(zhǔn)確，手動(dòng)放置和取走物料不能影響生產(chǎn)流程或者造成撞擊。（2）機(jī)器人在運(yùn)行過程中，多個(gè)機(jī)器人有交叉區(qū)域，在交叉區(qū)域中要避免碰撞并保證時(shí)效。（3）在機(jī)床和雕刻機(jī)工作過程中，保證機(jī)器人不動(dòng)作。由于設(shè)備的開關(guān)門工作也由機(jī)器人完成，因此，還要保證關(guān)門后設(shè)備才能正常工作。

人身安全提出如下要求：（1）設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行過程中，人員不能進(jìn)入生產(chǎn)和運(yùn)儲(chǔ)區(qū)域，如果誤進(jìn)入設(shè)備需要停止工作。（2）AGV運(yùn)行過程中要保證不碰到設(shè)備和人員，手動(dòng)運(yùn)行過程中遇到前方人員需要及時(shí)停止。（3）避免由于人員誤操作而引起的人員和設(shè)備損傷。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)任何意外情況都需要停止運(yùn)行設(shè)備，并報(bào)警等待處理。

2 ? ?智能制造平臺(tái)的安全措施

2.1 ?分布式的控制程序編寫

智能制造應(yīng)該著重思考“智慧化”，而不僅是“自動(dòng)化”[3]。柔性生產(chǎn)線的自動(dòng)流程程序的編寫往往采用順序流程法，按生產(chǎn)工藝分步驟完成，雖然滿足自動(dòng)化生產(chǎn)要求，但往往會(huì)使流程運(yùn)行難以復(fù)現(xiàn)，遇到報(bào)警或設(shè)備故障時(shí)也無法重新加載之前的聯(lián)鎖流程，帶來新風(fēng)險(xiǎn)。

本系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)和編寫時(shí)采用分布式設(shè)計(jì)方法，將各個(gè)設(shè)備按區(qū)域和功能劃分，獨(dú)自區(qū)域內(nèi)執(zhí)行分布式子程序，在自動(dòng)程序運(yùn)行時(shí)，程序之間的關(guān)聯(lián)不再通過上一步流程判斷，而是由獨(dú)自區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)信號(hào)判斷。無論是狀態(tài)切換，還是設(shè)備報(bào)警后的復(fù)位，機(jī)器人和各設(shè)備的運(yùn)動(dòng)完全由區(qū)域狀態(tài)量決定，危險(xiǎn)狀態(tài)下，聯(lián)鎖保護(hù)不會(huì)消失，有效避免了因流程中斷可能帶來的設(shè)備安全隱患。

2.2 ?區(qū)域聯(lián)鎖保護(hù)

兩臺(tái)機(jī)器人工作區(qū)域存在重復(fù)情況，因此要避免兩臺(tái)機(jī)器人同時(shí)在相同區(qū)域工作，機(jī)器人出入時(shí)設(shè)備也要保證設(shè)備正常運(yùn)行。本系統(tǒng)中，針對(duì)控制核心設(shè)備機(jī)器人的工作區(qū)域進(jìn)行了標(biāo)定和判斷，對(duì)機(jī)器人運(yùn)行空間進(jìn)行分割。當(dāng)某一機(jī)器人進(jìn)入標(biāo)記好的工作區(qū)域后，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳遞給周圍機(jī)器人和設(shè)備，避免其他設(shè)備進(jìn)入相同區(qū)域，只有當(dāng)該機(jī)器人移出該區(qū)域后，其他機(jī)器人才可以進(jìn)入，并在進(jìn)入后再次標(biāo)記，達(dá)到區(qū)域聯(lián)鎖保護(hù)的目的。而控制器同樣通過通信網(wǎng)絡(luò)接收信息，協(xié)調(diào)調(diào)度，使工作區(qū)域利用最大化。在保證安全的前提下，不降低或者少降低工作效率，采用設(shè)備間區(qū)域聯(lián)鎖保護(hù)很好地處理了設(shè)備間交叉運(yùn)行問題，將數(shù)字量的聯(lián)鎖提升到區(qū)域化，很大程度上解決了設(shè)備在空間層面上互相干擾的問題，提高了設(shè)備的生產(chǎn)安全。

2.3 ?冗余保護(hù)機(jī)制

在機(jī)器人擬人操作、物料識(shí)別、物料位置判斷、物料存放等多個(gè)環(huán)節(jié)均采用了冗余化保護(hù)原理，對(duì)關(guān)鍵過程進(jìn)行二次甚至多次校驗(yàn)，充分保證流程的可靠運(yùn)行。在手動(dòng)與自動(dòng)切換過程中，雖然機(jī)器人的動(dòng)作已被系統(tǒng)記錄，但可能存在人為改變物料的情況，此時(shí)，若人為已放料而機(jī)器人再次放料可能會(huì)導(dǎo)致料品和機(jī)器人損壞。本系統(tǒng)中冗余校驗(yàn)方法采用了差異化思路，在物料位置安放傳感器進(jìn)行檢測(cè)，料品位置無法安放傳感器的地方需要在機(jī)器人上安放傳感開關(guān)作為二次檢測(cè)保護(hù)，確保物料狀態(tài)與機(jī)器人動(dòng)作狀態(tài)相符。

2.4 ?激光防碰撞保護(hù)

轉(zhuǎn)運(yùn)過程中AGV運(yùn)行安全至關(guān)重要，無論碰撞到設(shè)備，還是人員都會(huì)給企業(yè)造成重大損失，本系統(tǒng)在AGV前后各加置一個(gè)掃描范圍為270°的激光防碰傳感器，利用激光傳感器感知AGV運(yùn)行區(qū)域，設(shè)置激光防碰傳感器檢測(cè)3個(gè)區(qū)域，從外至內(nèi)為：減速區(qū)，警示區(qū)和報(bào)警區(qū)。減速區(qū)為270°范圍扇形，覆蓋車前及左右周圍區(qū)域，保證AGV在行進(jìn)和側(cè)移運(yùn)動(dòng)時(shí)都能受到保護(hù)，當(dāng)有物體和人員進(jìn)入保護(hù)區(qū)域，傳感器發(fā)出信號(hào)，控制器控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)減速。警示區(qū)為二重保護(hù)區(qū)，也為270°范圍扇形，進(jìn)入警示區(qū)后，控制AGV速度為0。報(bào)警區(qū)是近距離接觸區(qū)，是為防止報(bào)警區(qū)失靈的近距離冗余防碰撞區(qū)域，直接接入系統(tǒng)安全繼電器，當(dāng)該區(qū)域檢測(cè)到物體時(shí)，切斷主運(yùn)動(dòng)控制接觸器，AGV立即停止，該區(qū)域?yàn)榻嚯x區(qū)域，是最后一層保護(hù)，具體激光防碰區(qū)域設(shè)置如圖2所示。

3 ? ?結(jié)語

智能制造平臺(tái)中柔性生產(chǎn)線的安全措施是一個(gè)系統(tǒng)工程，在系統(tǒng)硬件和軟件上都需要安全防護(hù)措施。近年來，我國(guó)生產(chǎn)安全事故頻頻發(fā)生，傷亡人數(shù)居高不下[4]，而任何安全、任何措施都需要通過不斷地應(yīng)用去驗(yàn)證。本文針對(duì)智能制造平臺(tái)中的應(yīng)用提出安全要求，結(jié)合實(shí)踐做出具體可行的方案，并已經(jīng)應(yīng)用，同時(shí)也是提醒設(shè)計(jì)和操作人員增強(qiáng)安全意識(shí)，保證設(shè)備和人員安全。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]王飛躍，徐志勝，潘游，等.企業(yè)生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援預(yù)案編制技術(shù)的研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）：25.

[3]佚名.傳統(tǒng)制造思維必須做出變革以應(yīng)對(duì)“智慧工廠”的新形勢(shì)[J].智慧工廠，2017（8）：49.

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Abstract：In this paper， according to the safety problems of flexible production line， combination with safety requirements， several electrical control safety measures are put forward， and applied to the platform construction. These measures effectively ensure the safety of equipment and personnel in the manufacturing process.

Key words：intelligent manufacturing; flexible production line; industrial safety