□文 / 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)沙卷煙廠 黃啟明 房華 喻樹洪

物流件煙分揀機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

□文 / 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)沙卷煙廠 黃啟明 房華 喻樹洪

1 引言

工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，擁有較好的作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境下完成作業(yè)的能力。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。工業(yè)機(jī)械手在我國(guó)煙草行業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)在90年代中期，主要應(yīng)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(jī)械手在煙草領(lǐng)域應(yīng)用過程中，因其體積大、速度快、動(dòng)作復(fù)雜而頻繁，使得機(jī)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(jī)械手安全防護(hù)系統(tǒng)俯視圖

圖2 機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)俯視圖

2 原有的機(jī)械手安全防護(hù)系統(tǒng)

新型的件煙分揀入庫(kù)系統(tǒng)為長(zhǎng)沙卷煙廠十五技改期間首次引進(jìn)的設(shè)備，該套系統(tǒng)可以對(duì)不同裝箱機(jī)的件煙進(jìn)行分揀和碼垛，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行速度快、效率高，這就對(duì)作為分揀系統(tǒng)的重要組成部分的機(jī)械手系統(tǒng)提出了更高的要求。然而，原有的機(jī)械手防護(hù)系統(tǒng)是以簡(jiǎn)單的物理隔離方式來實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)功能，存在靈活性差、效率低以及具有防護(hù)盲區(qū)等缺點(diǎn)，圖1為原有機(jī)械手安全防護(hù)系統(tǒng)俯視圖。

由圖可看出，原有機(jī)械手安全防護(hù)系統(tǒng)的不足歸納起來有以下幾點(diǎn)：

（1）安全防護(hù)系統(tǒng)存在盲區(qū)，操作或維修人員有不觸發(fā)安全防護(hù)系統(tǒng)、機(jī)械手不停機(jī)的情況下進(jìn)入機(jī)械手區(qū)域，造成人身傷害的風(fēng)險(xiǎn)；

（2）操作工工作站臺(tái)遠(yuǎn)離機(jī)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(jìn)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(shí)，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(fēng)險(xiǎn)；

（4）整個(gè)安全回路系統(tǒng)缺乏聲、光、標(biāo)識(shí)等輔助警示裝置，不利于系統(tǒng)的使用與維護(hù)。

那么針對(duì)上述缺陷，本文對(duì)原有機(jī)械手安全防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于新型的件煙分揀系統(tǒng)的機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)，來彌補(bǔ)上述的缺陷。

3 基于新型的件煙分揀系統(tǒng)的機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)

圖2為改進(jìn)后的機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)的全局俯視圖，由圖可知，該升級(jí)系統(tǒng)增加了三個(gè)安全防護(hù)門、五個(gè)安全通道和新型的檢測(cè)裝置，又提供了聲光報(bào)警及操作裝置，可完全改變?cè)邪踩雷o(hù)系統(tǒng)的操作方式，彌補(bǔ)機(jī)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(gè)部分。

（1）安全防護(hù)裝置

安全防護(hù)裝置主要由安全防護(hù)門、安全光柵、開啟和復(fù)位安全防護(hù)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(hù)門起到防護(hù)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(duì)安全門進(jìn)行控制和預(yù)警，進(jìn)一步提高了安全防護(hù)門的防護(hù)能力。

本系統(tǒng)共使用四組光柵，兩組用于托盤進(jìn)出機(jī)械手區(qū)域防護(hù)欄未保護(hù)區(qū)域，彌補(bǔ)防護(hù)欄的防護(hù)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(fù)位安全防護(hù)系統(tǒng)的操作裝置和安全通道是作為整個(gè)安全防護(hù)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(jìn)入機(jī)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(bào)預(yù)警裝置

警報(bào)預(yù)警裝置包括聲光報(bào)警裝置和安全警示標(biāo)識(shí)。聲光報(bào)警裝置由三個(gè)具有聲光報(bào)警功能的顯示燈柱組成，為操作人員提供警報(bào)和預(yù)警。安全警示標(biāo)識(shí)包括禁止標(biāo)志、警告標(biāo)志、指令標(biāo)志和警示用語(yǔ)，按照國(guó)家標(biāo)識(shí)警示類標(biāo)準(zhǔn)制定。

（3）安全回路系統(tǒng)

安全回路系統(tǒng)是一個(gè)把原有機(jī)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(hù)設(shè)備以串接和回路的形式連接起來，并與原有設(shè)備連接在一起，一旦出現(xiàn)異常則斷開回路，系統(tǒng)將報(bào)警而停機(jī)。

（4）安全防護(hù)控制程序

安全防護(hù)控制程序包括原有控制程序的基礎(chǔ)上，針對(duì)安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的功能所設(shè)計(jì)的控制程序。其主要功能是為整個(gè)安全防護(hù)系統(tǒng)提供軟件保障，程序設(shè)計(jì)需緊湊而合理。

（5）安全操作規(guī)程

安全操作規(guī)程由開機(jī)上電步驟、自動(dòng)運(yùn)行操作步驟、手動(dòng)運(yùn)行操作步驟、關(guān)機(jī)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(tái)控制程序流程圖

4 機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

新型的機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)是以安全回路系統(tǒng)為主線，把新增的安全防護(hù)裝置與原有系統(tǒng)連接在一起，采用多種方式（設(shè)備急停、停止、報(bào)警等）對(duì)原有系統(tǒng)的安全防護(hù)能力進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 硬件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)：

（1）3臺(tái)機(jī)械手正面靠近輥道輸送機(jī)部位的防護(hù)欄中分別安裝一個(gè)安全防護(hù)門，該安全防護(hù)門帶有通訊功能，通過一個(gè)電磁開關(guān)鎖（含聯(lián)鎖檢測(cè)和插銷鎖）來實(shí)現(xiàn)，并于機(jī)械手區(qū)域的防護(hù)欄上粘貼禁止標(biāo)志、警告標(biāo)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(qiáng)的信號(hào)發(fā)射和接受能力，在惡劣的工業(yè)條件亦可可靠運(yùn)行。

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

（4）安裝光柵監(jiān)控裝置于托盤進(jìn)出機(jī)械手區(qū)域防護(hù)欄未保護(hù)區(qū)域，對(duì)異常通過該區(qū)域的人員進(jìn)行監(jiān)控與報(bào)警，彌補(bǔ)防護(hù)欄的防護(hù)盲區(qū)；

（5）機(jī)械手電柜處（操作區(qū)域）安裝停車按鈕和復(fù)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(hù)門的安全檢測(cè)開關(guān)、各光柵裝置串入機(jī)械手和托盤輸送系統(tǒng)安全回路，出現(xiàn)異常后對(duì)雙方系統(tǒng)均進(jìn)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

圖4、圖5為本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手安全防護(hù)升級(jí)系統(tǒng)的程序流程圖，由圖可看出，整個(gè)程序設(shè)計(jì)緊湊而有效，設(shè)計(jì)中主要考慮了安全功能的實(shí)現(xiàn)，包括出現(xiàn)異常后，托盤輸送系統(tǒng)與機(jī)械手系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)性，人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(yǔ)

本文利用安全回路控制方式構(gòu)建了一個(gè)件煙分揀機(jī)械手安全防護(hù)控制平臺(tái)，通過引入新型的安全檢測(cè)、預(yù)警裝置，使得難以防護(hù)的安全盲區(qū)的安全防護(hù)得以實(shí)現(xiàn)，并對(duì)整個(gè)安全系統(tǒng)的控制流程和方式進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，制定相關(guān)安全操作規(guī)程，并輔以重要區(qū)域的安全防護(hù)標(biāo)識(shí)。該升級(jí)系統(tǒng)已在湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)沙卷煙廠物流系統(tǒng)中得到應(yīng)用，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)穩(wěn)定而高效，避免了防護(hù)盲區(qū)，極大提高了整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)保障能力。

□責(zé)任編輯/張帆