王心國佛山市勒流職業(yè)技術(shù)學(xué)校

涂膠機(jī)器人工作站安全系統(tǒng)設(shè)計

王心國
佛山市勒流職業(yè)技術(shù)學(xué)校

本篇論文系統(tǒng)地闡述了，利用SICK S30B型安全激光掃描器進(jìn)行對風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站下件臺區(qū)域的安全檢測，并將信號傳送給S7-300PLC處理，PLC接收信號處理完成后發(fā)送給KUKA機(jī)器人讓機(jī)器人停止或繼續(xù)運(yùn)行，同時PLC將信號反饋到觸摸屏W inCC flexible，便于可視化觀察SICK S30B安全型激光掃描器狀態(tài)，整個過程確保下件臺操作區(qū)域的設(shè)備與人員的安全。通過試驗與運(yùn)行測試系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計要求。此設(shè)計具有安全、可靠、通用性強(qiáng)、有較好的推廣前景。

激光掃描器；PLC；工業(yè)機(jī)器人；觸摸屏；安全

一、引言

風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站是采用德國KUKA C4七軸機(jī)器人通過對上件區(qū)域玻璃的抓取，并按軌跡運(yùn)行到涂膠塔，依據(jù)玻璃工藝軌跡進(jìn)行涂膠行走，涂膠完成后，機(jī)器人將玻璃側(cè)放在下件臺上，機(jī)器人回原點位置，進(jìn)行下一遁環(huán)，此時下件臺區(qū)域生產(chǎn)操作人員取走玻璃進(jìn)行車輛風(fēng)擋玻璃的手動安裝。在下件臺玻璃取走時操作人員需要按下復(fù)位按鈕對下件臺區(qū)域的垂直對射光柵進(jìn)行復(fù)位，機(jī)器人的每一次放件只有滿足程序的條件后才能進(jìn)行下件臺的放件。但在實際使用中操作人員由于搶節(jié)拍以及習(xí)慣性的按復(fù)位按鈕，當(dāng)操作人員進(jìn)入垂直光柵后該區(qū)域存在檢測盲區(qū)，此時另外一個操作人員無意按復(fù)位按鈕后機(jī)器人剛好在等待放件區(qū)域上空，就會造成機(jī)器人動作下放件與操作人員發(fā)生碰撞的安全事故發(fā)生，為避免該類事故發(fā)生，設(shè)計更安全的全區(qū)域無盲區(qū)掃描，判斷是否有操作人員進(jìn)入下件區(qū)域。根據(jù)操作安全的要求，設(shè)計一套對于下件臺區(qū)域是否有操作人員進(jìn)行可靠性檢測的系統(tǒng)，從根本上防止發(fā)生事故的功能，即使在錯誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會發(fā)生事故，這對于設(shè)備的安全生產(chǎn)是非常重要的。

二、基本要求及技術(shù)指標(biāo)

（一）工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站安全系統(tǒng)工作基本要求如下

1、要求能夠檢測出下件臺工作區(qū)域是否有操作人員。

2、下件臺區(qū)域有操作人員時機(jī)器人不能往下件臺放件。

3、下件臺安全區(qū)域能在WICC觸摸屏上監(jiān)控狀態(tài)。

4、框圖如下所示。

圖1 風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站

（二）風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站安全技術(shù)指標(biāo)如下

1、下件臺安全區(qū)域檢測準(zhǔn)確率達(dá)100%。

2、下件臺區(qū)域存在操作人員時機(jī)器人不放件，準(zhǔn)確率100%。

三、風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站安全系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)使用西門子S7-300（317F-2PN/DP）CPU接收SICK S30B型安全激光掃描器對下件區(qū)域的掃描信號，PLC程序執(zhí)行反饋給KUKA機(jī)器人作為是否可進(jìn)行放件的安全條件，同時PLC反饋給WICC觸摸屏可監(jiān)控SICK S30B型安全激光掃描器工作狀況。系統(tǒng)設(shè)計中本著準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定的原則、采用硬件與軟件配合的方法進(jìn)行設(shè)計。整個系統(tǒng)主要包括六大部分：電源模塊、S7-300CPU、I/O模塊、S30B安全激光掃描器、機(jī)器人、WICC觸摸屏。通過實際的設(shè)計制作本系統(tǒng)具有區(qū)域安全檢測功能，并達(dá)到設(shè)計要求。安全系統(tǒng)原理框圖如下：

圖2 風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站安全系統(tǒng)框圖

機(jī)器人工作站下件臺區(qū)域的安全檢測硬件部分，及其工作原理框圖如上圖所示：其工作原理：電源模塊給SICK S30B安全激光掃描器供電，安全激光掃描器對下件臺區(qū)域是否有人員以及障礙物進(jìn)行檢測掃描，通過I/O模塊采集安全激光掃描器信號反饋給PLC，經(jīng)過PLC程序控制輸出：非安全為0，安全為1，從而控制機(jī)器人停止或往下件臺放件，同時把下件臺安全狀態(tài)發(fā)送到觸摸屏直觀顯示，確保設(shè)備與人身的安全。

（一）電源模塊

設(shè)計中采用西門子6EP1437-3BA10直流穩(wěn)壓電源給S30B激光掃描器、I/O模塊、PLC、觸摸屏供電，型號為：3AC/24VDC/40 A。

（二）SICK S30B安全激光掃描器

S30B是一種光學(xué)傳感器，它的工作原理是：利用紅外激光射線來二維式掃描其周圍環(huán)境，用于監(jiān)視機(jī)器和設(shè)備上的危險區(qū)域。本系統(tǒng)選用SICK S30B-2011BA安全激光掃描器進(jìn)行下件臺危險區(qū)域的掃描。

（三）控制器及I/O模塊選擇

本系統(tǒng)選用西門子CPU 317F-2 PN/DP帶有SIMATICMMC 2M微存儲卡，此CPU為故障安全型CPU，與ET200S分布式I/O采用Profinet通訊，與安全模塊采用Profisafe通訊，由此安全通訊是在更高級別上進(jìn)行通訊，安全級別較普通CPU要高。系統(tǒng)中選用ET 200S安全模塊4/8 F-DIPROFISAFE，通過安全模塊接收激光掃描器的信號并反饋給PLC。

（四）系統(tǒng)人機(jī)界面選擇

選用西門子SIMATICHMIIPC677C，工業(yè)PC，15寸屏作為本站的觸摸屏進(jìn)行安全激光掃描器的狀態(tài)監(jiān)控，便于直觀顯示和設(shè)備維護(hù)，此觸摸屏輸入工作電壓為DC24V。

四、風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站安全系統(tǒng)軟件設(shè)計

在軟件程序設(shè)計過程中，包括：PLC程序設(shè)計、機(jī)器人程序編寫、S30B激光掃描器區(qū)域設(shè)計、觸摸屏畫面編輯。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求PLC作為控制器的主程序，控制機(jī)器人的運(yùn)行放件或停止等待放件。PLC采集S30B激光掃描器的信號，并通過程序的運(yùn)算及輸出給機(jī)器人作為機(jī)器人的放行或停止信號并將狀態(tài)反饋給觸摸屏畫面。根據(jù)設(shè)計要求控制的流程圖如下：

圖3 風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站安全控制系統(tǒng)程序控制流程圖

五、風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站觸摸屏畫面設(shè)計

本設(shè)計中觸摸屏作為下件臺區(qū)域激光掃描器狀態(tài)的可視化的界面，方便日常點檢，維修觀察及日常的維護(hù)，對激光掃描器是否有信號輸入到PLC，觸摸屏可作直觀的可視畫面。

SIMATICWinCC flexible軟件畫面編輯：在系統(tǒng)畫面中增加SICK S30B激光掃描器的狀態(tài)顯示，下件臺區(qū)域安全情況下SICK圖形顯示綠色，當(dāng)下件臺區(qū)域掃描到有人或有遮擋時，SICK圖形顯示黃色/紅色閃爍，提示下件區(qū)域有人進(jìn)入狀態(tài)，直到人員離開掃描區(qū)域及復(fù)位按鈕后SICK圖形才顯示正常綠色狀態(tài)。

結(jié)束語

通過對涂膠工業(yè)機(jī)器人工作站安全控制系統(tǒng)軟、硬件部分設(shè)計，系統(tǒng)利用SICK S30B型安全激光掃描器進(jìn)行對風(fēng)擋涂膠機(jī)器人工作站下件臺區(qū)域的安全檢測，并將信號傳送給S7-300PLC處理，PLC接收信號處理完成后發(fā)送給KUKA機(jī)器人讓機(jī)器人停止或繼續(xù)運(yùn)行。通過試驗與運(yùn)行測試系統(tǒng)到達(dá)了安全、可靠、通用性強(qiáng)、提高工作安全的設(shè)計要求。

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王心國（1976-），男，吉林人，本科，單位：佛山市勒流職業(yè)技術(shù)學(xué)校，職稱：電子中學(xué)一級教師，研究方向：機(jī)電技術(shù)、電氣自動化技術(shù)。