黃軼春，趙丕武，覃建想，譚 斌

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州 545007）

0 引言

機器人焊接，特別是中厚板機器人焊接，在工程機械制造企業(yè)普遍應(yīng)用。機器人焊接在帶來效率和質(zhì)量提升的同時，處理其工作中產(chǎn)生的大量焊接煙塵是一個難點。目前大部分企業(yè)會為每一臺焊接機器人加裝獨立式單機焊接煙塵處理系統(tǒng)（以下簡稱為“除塵系統(tǒng)”），以解決該難點問題。但單獨加裝的除塵系統(tǒng)一旦開啟，不論焊接機器人是否處于工作狀態(tài)，若不手動關(guān)閉就會一直運行，導致用電浪費。為此，需要通過改造將除塵系統(tǒng)的啟停與焊接作業(yè)的執(zhí)行進行關(guān)聯(lián)，從而達到節(jié)約用電的效果。

1 現(xiàn)狀及存在問題

某工廠共有32 臺焊接機器人自帶除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)總功率228.1 kW（表1）。其中，PLC 控制方式的有10臺，非PLC 控制方式的有22 臺。按每年工作300 d、每天工作時間20 h 計算（自動化設(shè)備三班運轉(zhuǎn)），除塵系統(tǒng)每日用電4560 kW·h，年用電量達136.86 萬千瓦時。

表1 焊接機器人除塵系統(tǒng)功率統(tǒng)計

經(jīng)觀察，每臺機器人在焊接過程中，存在機器人清槍、長焊縫焊接完畢后的冷卻、異常問題處理（碰槍、出絲不順暢）等停止焊接情況。

（1）A 型部件每件產(chǎn)品平均焊接時間410 min，停止焊接次數(shù)29 次，停止焊接時間140 min。其中，上下料時間平均20 min/件；異常停機次數(shù)4 次，異常停機總時間54 min/件（表2）。

表2 A 型部件焊接停機時間

（2）B 型部件每件產(chǎn)品平均焊接時間400 min，平均停止焊接時間98 min。其中，上下料時間平均13.3 min/件，異常停機次數(shù)平均7 次，異常停機總時間77 min/件（表3）。

表3 B 型部件焊接停機時間

機器人在停止焊接時間內(nèi)，除塵系統(tǒng)仍在滿負荷運行（除塵系統(tǒng)一直在50 Hz 工頻運轉(zhuǎn)）。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，由此造成的用電損耗理論上達每年42.8 萬千瓦時（表4）。

表4 除塵系統(tǒng)用電量損耗數(shù)據(jù)

根據(jù)上述部件焊接停止時間數(shù)據(jù)進行分類（圖1）：

圖1 機器人焊接停止時間和次數(shù)

（1）T≤2 min 以及2 min＜T≤3 min 的停機有28 次，均為清槍尋位等正常停止焊接，占比51%；停機時間53 min，占比12%。

（2）3 min＜T≤4 min 的停機有2 次，均為異常停機，占比4%；停機時間4.05 min，占比1%。

（3）T＞4 min 的停機有25 次，均為上下料和異常停機，占比45%；停機時間374 min，占比87%。

從上述分類來看，如果在所有停焊時間內(nèi)都停止除塵系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，勢必會造成電機頻繁啟停，從而加速電機老化。因此，綜合考慮計劃剔除清槍尋位等正常停止焊接時間，以及T＜4 min 的異常停機處理時間，重點解決T>4 min 的焊接停止時間內(nèi)，除塵系統(tǒng)造成的用電損耗。

2 改造實施

2.1 除塵系統(tǒng)啟停與焊接作業(yè)聯(lián)控

（1）設(shè)置停止除塵系統(tǒng)運行的時間點為停止焊接后4 min，使除塵系統(tǒng)可以充分吸收殘余焊接煙塵，同時可以過濾T＜4 min 的停焊時間，從而避免因除塵系統(tǒng)電機頻繁啟停造成的損壞。

（2）設(shè)置自動啟動除塵系統(tǒng)的時間點為開始焊接4 s 后，可以避免因焊接異常造成的短暫停止，從而導致除塵系統(tǒng)電機空運轉(zhuǎn)。

2.2 PLC 控制的除塵系統(tǒng)聯(lián)控方式

通過增加1 個中間繼電器取得焊機送絲機的電流信號，并增加2 個時間繼電器用于控制除塵系統(tǒng)風機啟停時間（圖2）。

圖2 PLC 控制的除塵系統(tǒng)聯(lián)控方式原理

圖3 非PLC 控制的除塵系統(tǒng)聯(lián)控方式原理

（1）在除塵器主接觸器安裝一個輔助觸頭，在觸頭上并接出一根24 V 電源線，該24 V 電源線連接到機器人電焊機負極主接觸器控制線圈連接點上。新增加KA5 中間繼電器，使用機器人焊機送絲電機的電源供電。

（2）送絲機得電送絲，KA5 中間繼電器線圈得電，常開觸點吸合、常閉觸點斷開。反吹系統(tǒng)KA3/KA4 中間繼電器線圈得電，反吹電磁閥工作。

（3）新增KT1 通電延時繼電器線圈得電，延時4 s 后KT1 常開觸點吸合，除塵器啟動輸入信號X1 得電，PLC 系統(tǒng)控制接觸器KM 線圈得電，除塵風機啟動。

（4）KM 常閉觸點斷開，啟動輸入信號X1斷開（PLC 控制風機啟動，為電動信號），防止啟動輸入信號X1 一直得電，無法正常停止風機。KM 常開觸點吸合，KA5 中間繼電器線圈得電，KA5 常閉觸點斷開，新增的KT2通電延時繼電器不工作。

（5）機器人送絲機停止工作時，KA5 線圈失電，常閉觸點吸合，新增的KT2 通電延時繼電器線圈得電，延時4 min 后，KT2 常閉觸點斷開，除塵器停止輸入信號X2 失電，除塵器停機。KM 常開觸點斷開，KT2 通電延時繼電器線圈失電，常閉觸點吸合，除塵器停止輸入信號X2 得電，除塵器啟動。

2.3 非PLC 控制的除塵系統(tǒng)聯(lián)控方式

通過增加1 個中間繼電器取得焊接保護氣體的流量信號，并增加2 個時間繼電器用于控制除塵系統(tǒng)風機啟停時間。

（1）當機器人開始焊接時，氣體開關(guān)信號給到中間繼電器KA，線圈得電吸合，KT1 通電延遲時間繼電器線圈得電，4 min后KT1 導通。

（2）S3 開關(guān)打到遠控狀態(tài)時（11、14連通），KT1 導通后觸發(fā)KM 線圈得電，電機主電路得電，電機開始工作。此時KM常開點吸合（13、14），除塵風機供電持續(xù)保持。

（3）當焊接停止時，氣體開關(guān)無信號，KA 繼電器失電，KT1 立即斷開，KT2 斷電延時繼電器延遲4 s 后斷開，KM 線圈失電，除塵風機停止工作。

3 節(jié)能效果

經(jīng)現(xiàn)場驗證，所有機器人已實現(xiàn)停止焊接超過4 min 后，除塵系統(tǒng)停止運行；開始焊接4 s 后除塵系統(tǒng)自動運行，實現(xiàn)了聯(lián)控功能。節(jié)能效果測算數(shù)據(jù)見表5。

表5 除塵系統(tǒng)節(jié)能效果測算

根據(jù)GB/T 28750—2012《節(jié)能量測量和驗證技術(shù)通則》[1]，節(jié)能量的計算公式為：

式中 Es——節(jié)能量，kW·h

Er——統(tǒng)計報告期能耗，kW·h

Ea——校準能耗，kW·h

根據(jù)上述節(jié)能量測算數(shù)據(jù)，得出統(tǒng)計報告期能耗Er、校準能耗Ea分別為：

按電費0.82 元/千瓦時計算，32 臺焊接機器人預(yù)計可節(jié)約用電213 299.25 kW·h，節(jié)約電費17.49 萬元。

4 結(jié)束語

獨立式單機除塵系統(tǒng)電機功率并不大，因此焊接機器人集成商往往忽略了除塵系統(tǒng)的耗電問題。但隨著焊接機器人投入數(shù)量的增多，除塵系統(tǒng)電機空運轉(zhuǎn)的耗電量積少成多，成為企業(yè)節(jié)能管理中不可忽視的環(huán)節(jié)。本文闡述了一種簡單的自動化控制方式，對大于4 min 的停焊時間內(nèi)實現(xiàn)除塵系統(tǒng)的聯(lián)控，以達到節(jié)能的效果。但實際上，小于4 min 的停止焊接時間仍有節(jié)能空間可以挖掘，可以通過加裝變頻器實現(xiàn)降頻運行等方式實現(xiàn)。另外，這種聯(lián)控方法還可供機器人集成商參考，在新設(shè)備的設(shè)計調(diào)試中就加入此項功能。