徐 勇,蘇延才,張迪航,何 巖,徐福強(qiáng),陳 鑫,張偉前

(濟(jì)寧協(xié)力特種氣體有限公司,山東 濟(jì)寧 272055)

0 引 言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,各行業(yè)對工業(yè)二氧化碳的需求量逐年增加,企業(yè)對液態(tài)二氧化碳充裝的安全和質(zhì)量也更加重視,筆者公司智能液態(tài)二氧化碳充裝設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用已經(jīng)近1 a時間,在完全驗(yàn)證其可靠性、實(shí)用性后也會向同行業(yè)推廣。

1 傳統(tǒng)充裝方式

現(xiàn)有的液態(tài)二氧化碳充裝方法是人工把空的二氧化碳?xì)馄堪徇\(yùn)到磅秤上,手動設(shè)置稱量數(shù)據(jù),去皮清零后,通過管道閥門開關(guān)控制充裝數(shù)量,人工開關(guān)氣瓶瓶閥,且完全由人工搬運(yùn)。一般40 L氣瓶的空瓶重量約為50 kg,充裝完畢的重瓶,重量增加10～20 kg,冬季時氣瓶瓶體結(jié)霜嚴(yán)重,人工搬運(yùn)過程中容易打滑、傾倒,工作人員搬運(yùn)過程非常不安全,工人勞動效率低,而且搬運(yùn)過程人員勞動強(qiáng)度大,充裝即將結(jié)束時工人控制開關(guān)不及時很容易出現(xiàn)充裝量不足或過量充裝的情況。

2 液態(tài)二氧化碳無人充裝系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

液態(tài)二氧化碳無人充裝系統(tǒng)包括配套散裝氣瓶集裝格、懸臂吊、氣瓶舉升、桁架機(jī)器人、充裝運(yùn)行平臺、PLC控制系統(tǒng)、移動坐標(biāo)定位系統(tǒng)、各種傳感器和自動閥門等。系統(tǒng)俯視圖如圖1。

1.充裝工位;2.整體吊裝桁架;3.氣瓶吊裝框架;4.東西行走桁架;5.懸臂吊

2.2 液態(tài)二氧化碳自動充裝過程

目前,智能搬運(yùn)小車還在試驗(yàn)階段,需人工將空氣瓶散裝格放置在固定位置,操作電腦啟動程序,懸臂吊裝置自動運(yùn)行,將氣瓶散裝格吊運(yùn)到舉升工位,舉升工位根據(jù)程序設(shè)定舉升待充裝的氣瓶到設(shè)定高度,機(jī)器人經(jīng)過PLC位置計算依次抓取氣瓶并吊裝到待充裝工位(吊裝過程由傳感器定位自動找正瓶口位置),充裝平臺自動推送氣瓶到充裝工位,充裝工位上方為專用自動充裝管道連接和開關(guān)瓶閥系統(tǒng),充裝過程中由多個傳感器檢測瓶閥高度及左右偏差位置,自動調(diào)節(jié)到合適位置并卡緊接頭卡具,自動打開氣瓶瓶閥,此時RFID讀寫器自動讀取氣瓶上的電子標(biāo)簽信息,信息涵蓋氣瓶最近檢測日期、介質(zhì)、空瓶重量等,稱重系統(tǒng)自動稱量空瓶重量進(jìn)行比對,PLC程序根據(jù)各傳感器反饋信息自動進(jìn)行計算,自動設(shè)置充裝量,充裝完成后自動關(guān)閉瓶閥,打開卡具,重瓶由平臺推送到重瓶吊裝工位,另一套機(jī)器人吊裝該氣瓶放置到備好的空散裝格里面,一臺散裝格裝滿后,會自動發(fā)送信號給PLC,懸臂吊便自動吊運(yùn)到重瓶輸出固定位置。此系統(tǒng)充裝速度較人工充裝更快、更安全,可達(dá)到80瓶/h,可完全實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人化生產(chǎn)。

2.3 液態(tài)二氧化碳自動充裝主要控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)液態(tài)二氧化碳充裝的全自動化,設(shè)備采用了PLC可編程控制系統(tǒng),系統(tǒng)采集各個位置傳感器信號并經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)算發(fā)出指令給電機(jī)、氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行動作,控制機(jī)器人高速平穩(wěn)精準(zhǔn)運(yùn)行,充裝工位裝卸卡具穩(wěn)定可靠無失誤,正常充裝液態(tài)二氧化碳質(zhì)量合格率為100%,系統(tǒng)完全自動化運(yùn)行,無人操作。監(jiān)控人員可在電腦上觀看系統(tǒng)各個參數(shù),數(shù)據(jù)直觀、運(yùn)行可靠。用于搬運(yùn)散裝格的專用AGV智能小車正在試驗(yàn)中,不久就可以完全實(shí)現(xiàn)氣體自動充裝無人車間的目標(biāo)。

3 智能小車設(shè)計的初衷

氣瓶散裝格的搬運(yùn)一般使用機(jī)械叉車和手動液壓叉車。

1. 普通機(jī)械叉車,需要的工作空間大,必須要有專人進(jìn)行操作,不能在車間等狹小范圍內(nèi)靈活作業(yè),危化品車間嚴(yán)禁燃油叉車使用,純電動叉車價格昂貴,依靠人員操作不能精確定位,想要準(zhǔn)確無誤的擺放散裝格可能需要調(diào)整多次,沒有準(zhǔn)確的定位,后期的全自動充裝設(shè)備就可能因此出現(xiàn)偏差,影響整個全自動充裝設(shè)備的正常運(yùn)行。

2. 半電動堆高液壓叉車,雖然占地面積小,設(shè)備也輕便,但每次移動要完全依靠操作工移動氣瓶散裝格,對于操作工的技巧也有一定要求。而且也不能運(yùn)用到全自動充裝設(shè)備中,因?yàn)槿斯げ僮鞯臅r間不能確定,行走路線也會不一致,同時也不能每次都精準(zhǔn)的把氣瓶散裝格放到同一位置。

隨著時代的發(fā)展,這兩種氣瓶散裝格的搬運(yùn)方式已經(jīng)不能適應(yīng)全自動現(xiàn)代化氣體生產(chǎn)的需要,經(jīng)過理論驗(yàn)證和實(shí)踐,筆者公司自主設(shè)計開發(fā)出一款滿足氣體自動充裝中氣瓶散裝格搬運(yùn)的智能小車。

4 智能小車

氣瓶散裝格搬運(yùn)的專用工具智能小車通過傳感器的引導(dǎo),經(jīng)過PLC系統(tǒng)的分析和處理,使驅(qū)動單元(舵輪)動作,進(jìn)而完成氣瓶散裝格的搬運(yùn)。實(shí)現(xiàn)了真正的無人化、智能化,為全自動充裝設(shè)備提供了精準(zhǔn)的保障,發(fā)揮重要作用。智能小車的主要結(jié)構(gòu)原理見圖2。

圖2 智能小車主要結(jié)構(gòu)原理

智能小車與現(xiàn)有設(shè)備相比有以下優(yōu)勢。

1. 智能控制。減少了操作工人,散裝格智能小車采用了一鍵式操作,由PLC系統(tǒng)編程,設(shè)定固定的行走路線和定位存放點(diǎn),不需要專人進(jìn)行操作即可完成氣瓶散裝格在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的搬運(yùn)工作。

2. 運(yùn)行范圍。氣瓶散裝格智能小車可以在相對狹小的空間內(nèi)進(jìn)行移動(包括前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向),也可以在空曠的場地上進(jìn)行作業(yè);可以適應(yīng)短距離的搬運(yùn),也可以實(shí)現(xiàn)車間與車間之間的氣瓶搬運(yùn)工作。

3. 安全可靠。氣瓶散裝格智能小車在上下移動氣瓶散裝格的過程中,采用了自主設(shè)計研發(fā)的吊裝結(jié)構(gòu),使散裝格在上升或者下降和小車移動過程中都非常平穩(wěn),避免造成散裝格掉落的可能。而且為了防止氣瓶散裝格智能小車在移動過程中碰到移動的人員或者物品,車身周圍加裝了用來感應(yīng)和檢測的傳感器,防止出現(xiàn)撞人和撞物的事故。

4. 定位準(zhǔn)確。氣瓶散裝格智能小車采用PLC系統(tǒng)控制,保證小車行走路線和存放位置都是固定的。這樣就保證了氣瓶散裝格每次都被放置在同一位置,對空瓶格、重瓶格準(zhǔn)確分類,完全可以替代人工,可以在真正意義實(shí)現(xiàn)氣體充裝無人車間。

5 液態(tài)二氧化碳無人充裝系統(tǒng)的先進(jìn)性

氣瓶充裝現(xiàn)場工作人員全程不用接觸氣瓶,減少了工作人員氣瓶搬運(yùn)過程中的安全隱患;氣瓶散裝格智能小車的研發(fā)和應(yīng)用,順應(yīng)了全自動智能化、無人化的時代潮流,讓智能化自動充裝設(shè)備得到了完善,為實(shí)現(xiàn)無人化全自動充裝車間打下了基礎(chǔ)。既降低了工作人員的工作勞動強(qiáng)度,又提高了勞動效率。

6 結(jié) 論

自主研發(fā)的液態(tài)二氧化碳無人充裝系統(tǒng)采用先進(jìn)的PLC可編程控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了全自動智能化液態(tài)二氧化碳的充裝和氣瓶散裝格的自動搬運(yùn)。避免了工作人員與氣瓶直接接觸,有效解決了因人員操作失誤而造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題,PLC控制系統(tǒng)控制自動稱重,自動控制充裝閥門和氣瓶閥門開關(guān),氣瓶重復(fù)充裝量一致性高。保證了工作人員的安全和產(chǎn)品質(zhì)量,大大提高了生產(chǎn)效率。