楊乾剛　蔡鵬

摘 要

樣品自動(dòng)傳送裝置在整個(gè)分析工藝過(guò)程中，承擔(dān)著將物料由始端運(yùn)送到不同的手套箱工位及各手套箱之間物料轉(zhuǎn)運(yùn)的任務(wù)，在整個(gè)工藝中發(fā)揮著傳輸紐帶的作用。由工藝要求可知，轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)能否實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，將決定著該裝置功能的實(shí)現(xiàn)和工作效率的高低。本文通過(guò)對(duì)樣品自動(dòng)傳送裝置各個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)、工作原理及工藝操作流程的分析，確定了可能產(chǎn)生定位偏差的影響因素：轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)不同階段的運(yùn)行速度、磁力拖動(dòng)結(jié)構(gòu)、激光測(cè)距儀的測(cè)量偏差、接近開(kāi)關(guān)的安裝位置等。通過(guò)開(kāi)展空載實(shí)驗(yàn)和載荷實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的緩沖速度、正常運(yùn)行速度及接近開(kāi)關(guān)的安裝位置。

關(guān)鍵詞

轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē);偏差;接近開(kāi)關(guān);速度

中圖分類(lèi)號(hào)： U455.39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.059

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，運(yùn)料小車(chē)成為了工業(yè)運(yùn)料的主要設(shè)備之一。樣品自動(dòng)傳送裝置是我公司產(chǎn)品分析工藝線中用于物料自動(dòng)傳送的一套裝置，在整個(gè)分析工藝過(guò)程中，承擔(dān)著將物料由始端通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置運(yùn)送到不同的手套箱工位及各手套箱之間物料轉(zhuǎn)運(yùn)的任務(wù)。在某工藝中，由于轉(zhuǎn)運(yùn)通道與手套箱的接口處銜接口較為緊密，故要求轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)必須能夠準(zhǔn)確的停靠在指定的地點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成與原理分析

樣品轉(zhuǎn)運(yùn)通道呈U型結(jié)構(gòu)，包含轉(zhuǎn)運(yùn)通道A、轉(zhuǎn)運(yùn)通道B、轉(zhuǎn)運(yùn)通道C三條轉(zhuǎn)運(yùn)通道和電控、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。每條轉(zhuǎn)運(yùn)通道均較長(zhǎng)，且有多個(gè)站點(diǎn)，每條轉(zhuǎn)運(yùn)通道內(nèi)均配備有轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，系統(tǒng)由上位機(jī)及可編程控制器PLC、操作箱、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、磁力拖動(dòng)結(jié)構(gòu)、接近開(kāi)關(guān)等組成，其中：

1.1 磁力拖動(dòng)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)是自動(dòng)傳送裝置具體任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于工藝的特殊性，轉(zhuǎn)運(yùn)由在箱體內(nèi)運(yùn)行的上車(chē)、箱體底部運(yùn)行的中車(chē)和下車(chē)組成，上車(chē)和中車(chē)上各有一組磁性相對(duì)的永磁磁鐵，電機(jī)帶動(dòng)下車(chē)和中車(chē)運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)磁力耦合作用帶動(dòng)上車(chē)運(yùn)行，由此實(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)部的物料的轉(zhuǎn)移。經(jīng)分析該模塊硬件結(jié)構(gòu)可以看出，由于上車(chē)是下車(chē)通過(guò)磁力耦合作用拖動(dòng)的，所在轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)在停車(chē)和啟動(dòng)的過(guò)程中上車(chē)和下車(chē)會(huì)發(fā)生不同程度的位置交錯(cuò)晃動(dòng)，這將導(dǎo)致在小車(chē)后期運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法避免會(huì)存在一定的位置測(cè)量偏差。

1.2 接近開(kāi)關(guān)

為了更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)小車(chē)停車(chē)定位功能，防止出現(xiàn)因慣性力導(dǎo)致產(chǎn)生偏差的現(xiàn)象，樣品自動(dòng)傳送裝置采用了在與手套箱連接的每個(gè)站點(diǎn)處均增加兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)的方法。設(shè)置2個(gè)接近開(kāi)關(guān)和一個(gè)到位開(kāi)關(guān)（通道兩端站點(diǎn)處設(shè)置2個(gè)接近開(kāi)關(guān)），接近開(kāi)關(guān)分別布置于站點(diǎn)的兩側(cè)，處于中間位置的為到位開(kāi)關(guān)，兩側(cè)的為接近開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)的具體位置根據(jù)程序設(shè)定的數(shù)值和調(diào)試的結(jié)果調(diào)試確定，位置可調(diào)。

2 系統(tǒng)分析及調(diào)試

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

當(dāng)通道某一站點(diǎn)發(fā)出呼叫信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)以設(shè)定的運(yùn)行速度前往該站點(diǎn)。當(dāng)小車(chē)即將到站時(shí)，在站點(diǎn)之前將檢測(cè)到接近信號(hào)并提前減速，為小車(chē)提供一段減速緩沖區(qū)間。由于接近開(kāi)關(guān)安裝的位置影響到轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)能否完成充分減速，故需通過(guò)實(shí)驗(yàn)不斷調(diào)整，確定出適合的安裝位置。在檢測(cè)到到位信號(hào)時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)需立即停止運(yùn)動(dòng)，為了盡可能減小運(yùn)動(dòng)慣性力對(duì)定位精度的影響，轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)減小后的速度必須是在可控范圍內(nèi)，而該緩沖速度（即檢測(cè)到接近開(kāi)關(guān)減小后的速度）需通過(guò)多次載荷實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。當(dāng)檢測(cè)到到站開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)停止運(yùn)動(dòng);完成該站點(diǎn)的工藝作業(yè)后，小車(chē)以較低的速度起步，這樣可以防止小車(chē)在恢復(fù)不到位時(shí)發(fā)生嚴(yán)重碰撞情況的出現(xiàn)。當(dāng)檢測(cè)到右側(cè)接近開(kāi)關(guān)后，開(kāi)始加速，快速運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)作業(yè)站點(diǎn)。這樣不但可以節(jié)約運(yùn)行時(shí)間，而且可以保證小車(chē)在以低速運(yùn)行接近呼叫站點(diǎn)時(shí)定位的準(zhǔn)確性。

2.2 可能產(chǎn)生偏差的原因分析

通過(guò)對(duì)樣品自動(dòng)傳送裝置的系統(tǒng)組成、各模塊的功能結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)運(yùn)行情況的分析可以得知，在轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中，以下因素將會(huì)對(duì)小車(chē)的定位精度產(chǎn)生影響：

1）轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的運(yùn)行速度。轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)在軌道上以較高的速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到到位信號(hào)后需立即停車(chē)，由動(dòng)力學(xué)定律可知，此時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)將產(chǎn)生較大的慣性力，使得小車(chē)無(wú)法在第一時(shí)間停車(chē)，仍會(huì)向前滑行一段距離，從而產(chǎn)生偏差。

2）磁力拖動(dòng)結(jié)構(gòu)。電機(jī)帶動(dòng)下車(chē)和中車(chē)運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)磁力耦合作用帶動(dòng)上車(chē)運(yùn)行，由此實(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)部物料的轉(zhuǎn)移，無(wú)法像硬連接結(jié)構(gòu)那樣實(shí)現(xiàn)上車(chē)與下車(chē)的同時(shí)啟停，故當(dāng)小車(chē)在檢測(cè)到到位信號(hào)后停車(chē)的過(guò)程中，上車(chē)由于慣性力的作用，將與下車(chē)發(fā)生一定幅度的錯(cuò)位偏差。更嚴(yán)重者，若該慣性力較大時(shí)，上車(chē)與下車(chē)則有可能發(fā)生脫車(chē)現(xiàn)象。

3）接近開(kāi)關(guān)。各個(gè)站點(diǎn)均設(shè)置了2個(gè)接近開(kāi)關(guān)和一個(gè)到位開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)分別布置于站點(diǎn)的兩側(cè)，當(dāng)檢測(cè)到接近開(kāi)關(guān)信號(hào)后，轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)需減小運(yùn)行速度。故站點(diǎn)兩側(cè)接近開(kāi)關(guān)的安裝位置及減速后的運(yùn)行速度將對(duì)定位產(chǎn)生影響。若接近開(kāi)關(guān)安裝較近、減速后速度仍較高，則無(wú)法讓小車(chē)完成充分減速并減小慣性力的影響;若接近開(kāi)關(guān)安裝較遠(yuǎn)、減速后速度若較小，又會(huì)影響轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的工作效率。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試

針對(duì)可能產(chǎn)生偏差的原因，對(duì)樣品自動(dòng)傳送裝置的不同站點(diǎn)反復(fù)進(jìn)行空載試驗(yàn)及載荷試驗(yàn)。

第一步：測(cè)定緩沖速度。在不考慮接近開(kāi)關(guān)及減速階段，通過(guò)調(diào)整控制程序中相應(yīng)模塊的參數(shù)，調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的運(yùn)行速度，讓轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)以不同的速度運(yùn)行并在目標(biāo)站點(diǎn)穩(wěn)定停車(chē)，然后讀取激光測(cè)距儀的測(cè)量數(shù)據(jù)，并與站點(diǎn)實(shí)際距離作對(duì)比，計(jì)算出小車(chē)定位偏差。確定出定位精度在允許范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)接近目標(biāo)站點(diǎn)的最佳運(yùn)行速度，即緩沖速度。

第二步：測(cè)定轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)運(yùn)行速度及接近開(kāi)關(guān)安裝位置。當(dāng)測(cè)定出緩沖速度后，讓轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)以不同的速度從起始點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到接近開(kāi)關(guān)后，通過(guò)調(diào)用相關(guān)程序，減速到緩沖速度后繼續(xù)運(yùn)行;當(dāng)檢測(cè)到到位開(kāi)關(guān)信號(hào)后停車(chē)。讀取激光測(cè)距儀測(cè)量數(shù)據(jù)，與實(shí)際位置數(shù)據(jù)對(duì)比，計(jì)算出定位偏差?？赏ㄟ^(guò)改變接近開(kāi)關(guān)的安裝位置，調(diào)整測(cè)量偏差，使之滿足工藝要求。對(duì)每個(gè)不同的運(yùn)行速度及接近開(kāi)關(guān)安裝位置分別開(kāi)展多次載荷實(shí)驗(yàn)，確定出接近開(kāi)關(guān)的安裝位置及最佳運(yùn)行速度。

3 調(diào)試總結(jié)

通過(guò)上述調(diào)試方法，可確定出較為合理有效的轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的運(yùn)行速度、接近開(kāi)關(guān)安裝位置及緩沖速度，通過(guò)對(duì)相關(guān)調(diào)試數(shù)據(jù)的分析，可得出相應(yīng)的運(yùn)行方案，使得小車(chē)定位精度滿足工藝要求的同時(shí)，大大提高轉(zhuǎn)運(yùn)通道的運(yùn)行效率。

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