葛祥，賈建，余瓊，王浩晴，王成鵬

（馬鋼（合肥）板材有限責(zé)任公司，安徽合肥，230011）

1 概述

馬鋼（合肥）板材公司連退機(jī)組入口原設(shè)計(jì)采用人工方式對鋼卷打包帶進(jìn)行手動剪切,再放置在收集槽。打包帶拆除后，操作人員需使用掃碼槍對鋼卷?xiàng)l形碼掃碼后再次核實(shí)方可在二級系統(tǒng)確認(rèn)鋼卷信息。為降低危害風(fēng)險(xiǎn)，減少勞動強(qiáng)度，打造智慧工廠，馬鋼（合肥）板材公司通過新增多功能機(jī)器人取代人工對鋼卷打包帶進(jìn)行自動拆除及回收，并實(shí)現(xiàn)自動掃碼確認(rèn)，提高了工作效率及掃碼準(zhǔn)確率。多功能機(jī)器人機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)為ABB工業(yè)六軸機(jī)器人，布置于1#機(jī)組與2#機(jī)組通道中間，機(jī)器人采用地面導(dǎo)軌形式，在正常情況時(shí)1#機(jī)器人主要用于1#連退機(jī)組作業(yè)，特殊情況下可對2#線進(jìn)行作業(yè)，2#機(jī)器人功能亦如此，具體布置圖如圖1所示。

圖1 1#、2#連退機(jī)組入口多功能機(jī)器人布置圖

2 系統(tǒng)組成

工業(yè)六軸機(jī)器人主要由剪捆夾具頭、標(biāo)簽識別及撕除裝置、捆帶收集裝置、移動導(dǎo)軌裝置及電氣控制系統(tǒng)組成。

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

多功能機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖2所示。剪捆夾具頭上安裝有夾鉗和剪刀，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)上裝有超聲波和激光傳感元件，可以檢測鋼卷帶頭及捆帶位置。檢測定位完成后，先用夾鉗將捆帶鏟起并夾住，再用剪刀將捆帶剪斷，然后夾著捆帶由機(jī)器人通過導(dǎo)向架將捆帶成U型放置于回收槽內(nèi)，回收槽由兩個(gè)小回收槽和移動底座組成，通過移動底座可將回收槽拉移至天車吊運(yùn)范圍，方便運(yùn)走廢捆帶。標(biāo)簽識別及撕除裝置上安裝有尋找標(biāo)簽及識別標(biāo)簽傳感器及撕標(biāo)簽裝置，當(dāng)尋找到標(biāo)簽并掃碼識別后，撕標(biāo)簽裝置通過氣缸夾住標(biāo)簽，并將其撕除，放置于廢桶內(nèi)。當(dāng)其中一臺機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺機(jī)器人在移動導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)上移動對兩個(gè)入口的鋼卷進(jìn)行拆捆作業(yè)，移動導(dǎo)軌由伺服馬達(dá)驅(qū)動齒輪傳動。

圖2 多功能機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)

2.2 電氣控制系統(tǒng)

多功能機(jī)器人采用西門子S7-1215C為主控制器，PLC通過Profinet與機(jī)器人進(jìn)行通信，采用S-120變頻器控制機(jī)器人導(dǎo)軌運(yùn)行，通過硬線I/O的方式與機(jī)組L1建立聯(lián)鎖，采用Profibus-DP形式與機(jī)組L1進(jìn)行鋼卷數(shù)據(jù)通信，獲取生產(chǎn)鋼卷信息，1#與2#機(jī)器人之間采用Profinet進(jìn)行通信，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖如圖3所示。

圖3 多功能機(jī)器人系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)

PLC控制系統(tǒng)采用S-1200系列控制器，使用TIA Portal V16軟件編程，工業(yè)機(jī)器人自帶DPCOUPLER，通信采用Profibus-DP通信方式，硬件組成見表1。

表1 PLC硬件結(jié)構(gòu)

2.2.2 PLC程序開發(fā)

機(jī)器人整個(gè)作業(yè)流程分為標(biāo)簽識別、帶尾識別、拆捆作業(yè)及捆帶收集，均為全自動運(yùn)行，針對作業(yè)流程開發(fā)相關(guān)程序。

2.2.2.1 機(jī)器人自動作業(yè)流程圖

根據(jù)安全可靠有效的原則，編寫機(jī)器人工作流程圖，如圖4所示。

（1）當(dāng)入口步進(jìn)梁運(yùn)送鋼卷到達(dá)拆捆工位并放下時(shí)，L1將“地輥鞍座有卷”和“允許啟動拆捆”信號通過硬線I/O點(diǎn)發(fā)給拆捆機(jī)器人PLC，拆捆機(jī)器人PLC判斷條件滿足后啟動機(jī)器人作業(yè)。

（2）拆捆機(jī)器人與L1通信，獲取當(dāng)前鋼卷的卷號及規(guī)格數(shù)據(jù)。

圖4 機(jī)器人工作流程圖

（3）機(jī)器人啟動標(biāo)簽識別作業(yè)。

機(jī)器人攜帶剪捆頭夾具（含讀碼設(shè)備），首先定位到地輥鋼卷正上方，然后通過其激光傳感器檢測鋼卷并經(jīng)機(jī)器人控制程序中公式計(jì)算出鋼卷的外徑。

移動到掃描標(biāo)簽初始位置，機(jī)器人開始圓弧運(yùn)動。如果在掃描范圍內(nèi)未掃描到標(biāo)簽，則發(fā)送命令給L1讓地輥轉(zhuǎn)動一定角度，繼續(xù)掃描標(biāo)簽，直到掃描到標(biāo)簽鋼卷號為止，并與L1下發(fā)的鋼卷號進(jìn)行比對，當(dāng)掃描獲得的卷號與機(jī)組所給信息一致時(shí)，則執(zhí)行撕標(biāo)簽的作業(yè)流程；不一致則報(bào)警提示，機(jī)器人返回原始位停止作業(yè)。

（4）如標(biāo)簽撕除成功后，則進(jìn)入帶頭識別作業(yè)。

帶頭識別裝置啟動拍照，判斷帶頭是否出現(xiàn)在視野范圍內(nèi)，如出現(xiàn)則進(jìn)行拆捆作業(yè)，如未出現(xiàn)，則機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)送命令給L1，讓地輥順著帶頭方向轉(zhuǎn)動，機(jī)器人拆捆夾具上的激光傳感檢測鋼卷帶頭。檢測到帶頭后則發(fā)送命令讓地輥繼續(xù)轉(zhuǎn)動，將帶頭壓在地輥上，如果兩圈內(nèi)激光傳感元件未檢測到帶頭，則報(bào)警提示。

（5）將帶頭定位到指定位置后，定位捆帶位置，判斷哪些捆帶位于地輥槽內(nèi)，不在槽中則報(bào)警提示。

（6）機(jī)器人剪掉位于地輥槽中的捆帶夾送至回收槽，如該數(shù)量不唯一，則重復(fù)該過程，直到全部剪完。

（7）拆捆機(jī)器人自動回到原始位，并發(fā)送L1解鎖命令，整個(gè)作業(yè)流程結(jié)束。

2.2.2.2 PLC程序開發(fā)

根據(jù)機(jī)器人工作流程圖，開發(fā)PLC控制程序，如圖5所示。

圖5 PLC程序截圖（局部）

2.2.3 HMI畫面開發(fā)

為方便操作，開發(fā)HMI觸摸屏，通過TIA Portal V16軟件開發(fā)HMI操作畫面，并對各類報(bào)警信息作出顯示，同時(shí)對各自動步驟 運(yùn)行條件是否滿足作出提示，并保留重要參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，操作人員只需點(diǎn)開相關(guān)畫面即可，如圖6所示。

圖6 HMI畫面開發(fā)

3 實(shí)施效果

通過多功能機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用，滿足生產(chǎn)節(jié)奏的同時(shí)又提高了拆捆效率，消除了人工拆捆、帶頭彈出造成人身傷害的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)代替人工掃碼鋼卷信息，避免了人工核對錯(cuò)誤，該設(shè)備通用性及移植性較強(qiáng)。