余 瓊，賈 建，方 錕，李 波，李 志

（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）板材公司鍍鋅機(jī)組出口區(qū)域原采用人工方式對機(jī)組剪切樣板進(jìn)行搬運和貼標(biāo)簽，人工搬運樣板存在極大的安全隱患，同時存在樣板標(biāo)簽貼錯的問題。樣板貼標(biāo)簽后，操作人員需將樣板搬至樣板斗內(nèi)存放，等待將樣板取出送檢化驗室，樣板存放超過3 天需人工清理。為降低危害風(fēng)險，消除隱患，降低勞動強(qiáng)度，打造智慧工廠，馬鋼（合肥）板材公司通過新增取樣機(jī)器人取代人工對樣板貼標(biāo)、取樣、復(fù)樣、清樣等工作，并實現(xiàn)自動取樣貼標(biāo)及復(fù)樣，清樣功能，提高了工作效率,降低了勞動強(qiáng)度。取樣機(jī)器人機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用ABB 工業(yè)六軸機(jī)器人，布置于5#CGL 機(jī)組取樣平臺上，其中機(jī)器人、標(biāo)簽打印機(jī)、樣板斗安裝在安全圍欄內(nèi)，操作盤緊靠圍欄，機(jī)器人控制柜及PLC 控制柜就近安裝，取樣管理機(jī)放在出口操作室內(nèi)。

2.系統(tǒng)組成

取樣機(jī)器人系統(tǒng)主要由工業(yè)六軸機(jī)器人、安裝底座、樣板搬運執(zhí)行機(jī)構(gòu)和貼標(biāo)裝置、標(biāo)簽打印單元、樣板斗、取樣輥道及清樣滑槽、升降機(jī)、電氣控制及管理系統(tǒng)等組成，具體布置圖如圖1 所示。

圖1 取樣機(jī)器人布置圖

2.1 六軸機(jī)器人及安裝底座

取樣機(jī)器人的主機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)為ABB 工業(yè)六軸機(jī)器人。機(jī)器人安裝底座用于固定機(jī)器人本體，固定在鋼結(jié)構(gòu)平臺上，如圖2所示。

圖2 機(jī)器人及安裝底座示意圖

2.2 樣板搬運執(zhí)行機(jī)構(gòu)和貼標(biāo)裝置

取樣機(jī)器人樣板搬運執(zhí)行機(jī)構(gòu)和貼標(biāo)裝置如圖3 所示，取樣夾具頭上安裝有標(biāo)簽吸盤和樣板吸盤，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)上裝有激光測距儀和工業(yè)相機(jī)元件，可以檢測有無樣板及識別樣板標(biāo)簽內(nèi)容。樣板剪切完成后掉落樣板由輸送輥道輸送到位。貼標(biāo)裝置前往打印機(jī)單元吸取標(biāo)簽紙貼于樣板表面。取樣裝置通過樣板吸盤將樣板抓取放置于對應(yīng)樣板斗內(nèi)。

圖3 機(jī)器人板搬運執(zhí)行機(jī)構(gòu)及貼標(biāo)裝置示意圖

2.3 標(biāo)簽打印單元

打印裝置打印速度最高300 mm/s，解析度20/300 dpi，可打印40～105 mm 寬的標(biāo)簽。標(biāo)簽剝離裝置具有底紙剝離及自動回收功能。打印機(jī)固定在打印機(jī)防護(hù)裝置內(nèi)，有較好的密封性，可以防塵。

2.4 樣板斗

共有3 套備樣斗，1 套中間過渡斗，至少可存放3天的備樣，1套升降送樣斗。樣板斗內(nèi)安裝磁力分張器，可防止取樣機(jī)器人工作過程中樣板粘連。

2.5 取樣輥道及清樣滑槽

樣板輸送輥道采用電機(jī)拖動的形式，通過取樣機(jī)器人控制可以正傳反轉(zhuǎn)輸送樣板，樣板輸送到位通過限位檢測，同時增大與導(dǎo)板臺的落差。以保證機(jī)組上剪切下的樣板按照次序落入樣板輸送輥道內(nèi)，頭尾樣無混樣，樣板與廢樣無混料。

備樣存滿3天，機(jī)器人清樣時，將備樣斗樣板放到機(jī)組的廢板輸送鏈上方，樣板通過清樣廢板導(dǎo)向斜臺滑至廢板輸送鏈上。

2.6 升降送樣斗

機(jī)器人取完樣板后將需要送檢的樣板放置于二樓取樣平臺升降送樣斗內(nèi)，下降至一樓地面后傾倒至送樣手推車內(nèi)。

2.7 電氣控制及管理系統(tǒng)

取樣機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)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，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)行數(shù)據(jù)通信，與L2 通過TCP/IP通信獲取生產(chǎn)樣板數(shù)據(jù)信息。

2.7.1 PLC 硬件結(jié)構(gòu)

PLC 控制系統(tǒng)采用S-1200 系列控制器，配置了必要的數(shù)字量輸入/輸出模塊和接口模塊，使用TIA Portal V16 軟件編程，工業(yè)機(jī)器人自帶 DP/DP-COUPLER,通信采用Profibus-DP通信方式。

2.7.2 PLC 程序開發(fā)

取樣機(jī)器人系統(tǒng)整個作業(yè)流程分為取樣作業(yè)、取標(biāo)簽作業(yè)、復(fù)樣作業(yè)及清樣，所有作業(yè)流程均為全自動運行，針對作業(yè)流程開發(fā)相關(guān)控制程序。

2.7.2.1 機(jī)器人自動取樣貼標(biāo)流程

(1)當(dāng)樣板剪切完成掉落至樣板輸送輥道時，L1將“有新樣板”和信號發(fā)給取樣機(jī)器人PLC 系統(tǒng)后，取樣機(jī)器人PLC判斷條件滿足后啟動機(jī)器人作業(yè)；

(2)取樣機(jī)器人與L1 通信，獲取當(dāng)前樣板的入口卷號及剪切數(shù)量；

(3)取樣機(jī)器人將L1 下發(fā)當(dāng)前樣板入口卷號向L2 請求，獲取樣板產(chǎn)品卷號、厚度、寬度等標(biāo)簽數(shù)據(jù)；

(4)取樣機(jī)器人攜帶取樣夾具裝置到標(biāo)簽打印單元取標(biāo)簽，取標(biāo)簽完成后移動到樣板輥道取樣位置抓取樣板并貼標(biāo)，貼標(biāo)完成后掃碼確認(rèn)；

(5)將樣板根據(jù)需求放置不同備樣斗或升降機(jī)內(nèi)送樣；

(6)取樣機(jī)器人自動回到原始位，并發(fā)送L1 取樣完成命令，整個作業(yè)流程結(jié)束。

2.7.2.2 復(fù)樣工作流程

樣板管理系統(tǒng)啟動后，會和取樣機(jī)器人的控制單元PLC 建立基于OPC 協(xié)議的通信連接，操作人員在樣板管理系統(tǒng)的主界面，輸入卷號和頭中尾查找計劃復(fù)樣的樣板，將其勾選到待復(fù)樣板的表格中。選擇復(fù)樣，樣板管理系統(tǒng)向取樣機(jī)器人PLC 發(fā)出復(fù)樣指令，同時，啟動跟蹤取樣機(jī)器人復(fù)樣的工作線程，監(jiān)聽取樣機(jī)器人在復(fù)樣過程中的掃碼、放樣、送樣的信號，實現(xiàn)相關(guān)斗中樣板信息的更新。復(fù)樣流程如圖4所示。

圖4 取樣機(jī)器人系統(tǒng)復(fù)樣流程圖

2.7.2.3 清樣工作流程

樣板管理系統(tǒng)啟動后，會查詢備樣斗中的樣板是否過期，若過期會在備樣斗的右下角顯示紅框提示樣板過期，即可清樣。清樣具有兩種運行模式：全自動清樣和半自動清樣。全自動模式下，樣板管理系統(tǒng)每天19 時至23 時可自動清理過期樣板；半自動模式下，操作人員在主界面選中要清理的備樣斗，選擇清樣，樣板管理系統(tǒng)向取樣機(jī)器人PLC 發(fā)出清樣指令，同時，啟動跟蹤取樣機(jī)器人清樣的工作流程，監(jiān)聽取樣機(jī)器人在清樣過程中的清理完成信號，實現(xiàn)相關(guān)斗中樣板信息的更新。

2.7.3 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，并對各類報警信息做出顯示，同時對各自動運行條件是否滿足做出提示，并保留重要參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，操作人員只需點開相關(guān)畫面即可，如圖5所示。

圖5 取樣機(jī)器人系統(tǒng)HMI典型畫面

3 實施效果

通過取樣機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用，滿足生產(chǎn)節(jié)奏的同時又提高了樣板搬運效率及準(zhǔn)確性，消除了人工搬運樣板潛在的樣板劃傷風(fēng)險，也保證了樣板不被損壞。同時代替人工貼標(biāo)，避免了人工貼標(biāo)錯誤的發(fā)生，大大降低了人工搬取樣板重復(fù)勞動強(qiáng)度,且該設(shè)備通用性及移植性較強(qiáng)。