主要介紹機(jī)床安全PLC程序控制在自動(dòng)化生產(chǎn)線和機(jī)器人上下料機(jī)床中的應(yīng)用，以防止機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備對(duì)機(jī)床或操作人員造成意外傷害。

前言

現(xiàn)在制造業(yè)的人工成本不斷增加，大部分企業(yè)都在逐漸從傳統(tǒng)的手工操作單臺(tái)機(jī)床的加工模式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線自動(dòng)上下料，既降低了人員成本，又提高了加工效率，降低了產(chǎn)品的廢品率。從中長(zhǎng)期來(lái)看，可以降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。因此，大部分企業(yè)在訂購(gòu)機(jī)床時(shí)都要求配置機(jī)器人的自動(dòng)上下料功能，也有不少企業(yè)通過(guò)增加機(jī)器人對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)。對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)器代替人是大勢(shì)所趨，但同時(shí)，機(jī)床必須要有PLC程序很好的控制，才能保證機(jī)器人能夠安全穩(wěn)定的生產(chǎn)[1，2]。在機(jī)器人參與制造的過(guò)程中，事故也時(shí)有發(fā)生，可能造成設(shè)備損壞和停機(jī)，甚至造成人員傷亡。因此，對(duì)于機(jī)床和機(jī)器人的程序控制是非常重要的。本文是作者長(zhǎng)期調(diào)試機(jī)床和機(jī)器人后總結(jié)出來(lái)的安全控制方案，避免了各種安全隱患，為企業(yè)提供了安全可靠的方案。

機(jī)器人裝載和卸載順序

在自動(dòng)化過(guò)程中，機(jī)器人的上下料順序應(yīng)該是:機(jī)床準(zhǔn)備好(打開(kāi)防護(hù)門，松開(kāi)夾具，各軸處于安全位置)→機(jī)床請(qǐng)求機(jī)器人上料→機(jī)器人上料→機(jī)器人完成上料→機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工→機(jī)床完成加工→機(jī)器人完成上料→機(jī)床自動(dòng)請(qǐng)求上料循環(huán)。

加工時(shí)，操作者只需按下機(jī)床的啟動(dòng)按鈕，機(jī)床就會(huì)發(fā)出“進(jìn)給請(qǐng)求”信號(hào)。同時(shí)，機(jī)器人會(huì)檢測(cè)機(jī)床是否處于安全位置。如果機(jī)床處于安全位置，收到“進(jìn)給請(qǐng)求”信號(hào)，機(jī)器人就會(huì)進(jìn)給。當(dāng)機(jī)器人完成裝載并完全離開(kāi)機(jī)床時(shí)，它將向機(jī)床發(fā)送“裝載完成”信號(hào)。機(jī)床收到“加載完成”信號(hào)后，夾緊夾具，關(guān)閉防護(hù)門，開(kāi)始自動(dòng)加工。機(jī)床加工完畢后，夾具和防護(hù)門自動(dòng)打開(kāi)請(qǐng)求機(jī)器人進(jìn)給，然后請(qǐng)求機(jī)器人進(jìn)給，以便進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的加工。PLC與機(jī)器人機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的連接如圖1 [3]所示。

幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題及分析

(1)問(wèn)題1:機(jī)床發(fā)出進(jìn)給請(qǐng)求信號(hào)，但機(jī)器人沒(méi)有動(dòng)作，導(dǎo)致處于停止等待進(jìn)給的狀態(tài)。

這種情況是前期調(diào)試機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線的人經(jīng)常犯的編程錯(cuò)誤。錯(cuò)誤的PLC程序如下。

這種PLC編程在執(zhí)行第一個(gè)周期的時(shí)候沒(méi)有問(wèn)題，但是從第二個(gè)周期開(kāi)始，機(jī)器人可能會(huì)停止送料。這是因?yàn)樵趫?zhí)行機(jī)器人的“送料請(qǐng)求”M80之前，給出了“夾鉗松開(kāi)”和“保護(hù)門打開(kāi)”的指令，這兩個(gè)動(dòng)作可能會(huì)瞬間波動(dòng)。一些夾鉗釋放信號(hào)由壓力繼電器檢測(cè)。壓力不穩(wěn)定時(shí)，會(huì)有0和1的瞬間波動(dòng)。防護(hù)門一般都是氣動(dòng)控制，開(kāi)門到位時(shí)不太穩(wěn)定，會(huì)造成0和1的瞬間變化。直到這兩個(gè)信號(hào)為1，程序才能繼續(xù)執(zhí)行。執(zhí)行M80時(shí)，由于M代碼是脈沖信號(hào)，只發(fā)出一個(gè)脈沖，所以如果發(fā)出脈沖“進(jìn)給請(qǐng)求”信號(hào)后不能完成自鎖。

(2)問(wèn)題2:機(jī)床不在安全位置，但機(jī)器人給機(jī)床進(jìn)給。這種情況極其危險(xiǎn)，很容易造成人身傷害或?qū)C(jī)床和機(jī)器人的損壞。有許多編程錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致這種現(xiàn)象。

1)機(jī)床通過(guò)參數(shù)或按鈕調(diào)用程序塊的方式控制機(jī)器人生效并失敗，很可能發(fā)生這種事故。PLC程序如下。

在這種編程方法中，機(jī)器人被調(diào)用生效，執(zhí)行機(jī)器人進(jìn)給指令后，在機(jī)器人進(jìn)給完成前，機(jī)器人會(huì)被調(diào)整到無(wú)效狀態(tài)，然后復(fù)位操作機(jī)床。此時(shí)操作員認(rèn)為機(jī)器人呼叫失敗，機(jī)器人不會(huì)行動(dòng)。實(shí)際上，當(dāng)機(jī)器人調(diào)用失敗時(shí)，F(xiàn)C100塊會(huì)失敗，不會(huì)執(zhí)行復(fù)位，設(shè)置的機(jī)器人請(qǐng)求進(jìn)給信號(hào)無(wú)法復(fù)位。這個(gè)時(shí)候機(jī)器人會(huì)給機(jī)床進(jìn)刀，會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。

2)機(jī)器人在送料過(guò)程中突然停止，操作人員去維修時(shí)機(jī)器人突然啟動(dòng)，對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)也是非常危險(xiǎn)的。PLC程序如下。

在這種控制模式下，機(jī)器人可以通過(guò)機(jī)床進(jìn)給請(qǐng)求M80.7和機(jī)床安全M80.6兩個(gè)信號(hào)來(lái)判斷是否進(jìn)給，只有一個(gè)信號(hào)時(shí)，機(jī)床不會(huì)移動(dòng)。這種方法會(huì)在機(jī)床發(fā)出兩個(gè)信號(hào)，機(jī)器人開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，使機(jī)器人停止。當(dāng)信號(hào)突然不滿足條件時(shí)，機(jī)床安全M80.6信號(hào)斷開(kāi)，當(dāng)機(jī)床安全M80.6信號(hào)重新接通時(shí)，機(jī)器人將繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，如果有人在操作或修理機(jī)床，就會(huì)非常危險(xiǎn)。這種情況也是很容易發(fā)生的，因?yàn)闊o(wú)論是壓力繼電器還是開(kāi)關(guān)檢測(cè)到的夾緊信號(hào)，都有出錯(cuò)的可能。液壓系統(tǒng)容易出現(xiàn)波動(dòng)，會(huì)使壓力繼電器不穩(wěn)定，夾鉗開(kāi)關(guān)很可能受到加工切屑的干擾而誤發(fā)信號(hào)。

(3)問(wèn)題3:機(jī)器人進(jìn)給機(jī)床時(shí)，機(jī)床突然啟動(dòng)，機(jī)床與機(jī)器人碰撞會(huì)造成損壞。這可能是由于機(jī)器人錯(cuò)誤地發(fā)送“進(jìn)料完成”信號(hào)或“進(jìn)料完成”信號(hào)的線路故障。

機(jī)器人的機(jī)床安全PLC程序

針對(duì)上述一些典型問(wèn)題，機(jī)床PLC應(yīng)用于機(jī)器人的安全控制邏輯總結(jié)如下。

1)不要通過(guò)機(jī)床和在線工作的機(jī)器人的按鈕或參數(shù)來(lái)調(diào)用機(jī)器人控制的程序塊是否有效。調(diào)用機(jī)器人程序的塊應(yīng)該總是有效的，在程序塊中控制機(jī)器人是否有效，如下。

2)請(qǐng)求機(jī)器人上下料時(shí)盡量不要使用S和R指令，而是通過(guò)線圈自鎖的方式向機(jī)器人發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)。另外，最好給機(jī)器人兩個(gè)信號(hào)，包括一個(gè)“裝載請(qǐng)求”和一個(gè)“機(jī)床安全”信號(hào)。只在“加載請(qǐng)求”的信號(hào)中加入一些必要的信號(hào)，如“急?！?、“復(fù)位”、“機(jī)器人生效”，一些可能瞬間波動(dòng)的信號(hào)作為“機(jī)床安全”信號(hào)給機(jī)器人。機(jī)器人在進(jìn)給時(shí)，要同時(shí)判斷兩個(gè)信號(hào)來(lái)動(dòng)作，這樣就避免了機(jī)床的“進(jìn)給請(qǐng)求”信號(hào)被瞬間波動(dòng)信號(hào)拉斷的可能。如果機(jī)床的I/O地址有限，也可以把兩個(gè)信號(hào)串在一起給機(jī)器人，但是“安全信號(hào)”必須做防抖處理。如下。

3)機(jī)器人必須向機(jī)床發(fā)出“安全區(qū)域”信號(hào)。“安全區(qū)”信號(hào)正常時(shí)，為1。只要“安全區(qū)域”信號(hào)變?yōu)?，機(jī)床就會(huì)停止。當(dāng)機(jī)床接收到機(jī)器人發(fā)出的“進(jìn)給完成”信號(hào)時(shí)，還要判斷“安全區(qū)域”是否為1，從而避免機(jī)器人在機(jī)床內(nèi)時(shí)機(jī)床移動(dòng)的可能。

結(jié)束語(yǔ)

本文的PLC程序已經(jīng)在用戶現(xiàn)場(chǎng)安全運(yùn)行了兩年，沒(méi)有發(fā)生任何安全事故。該方案適用于應(yīng)用機(jī)器人、桁架機(jī)械手等各類自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備，極大地保證了設(shè)備和操作人員的安全，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了運(yùn)營(yíng)成本。