鍍鋅機組出口區域取樣機器人系統開發與應用

余 瓊，賈 建，方 錕，李 波，李 志

（馬鋼（合肥）板材有限責任公司，安徽合肥 230011）

1 概述

馬鋼（合肥）板材公司鍍鋅機組出口區域原采用人工方式對機組剪切樣板進行搬運和貼標簽，人工搬運樣板存在極大的安全隱患，同時存在樣板標簽貼錯的問題。樣板貼標簽后，操作人員需將樣板搬至樣板斗內存放，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。為降低危害風險，消除隱患，降低勞動強度，打造智慧工廠，馬鋼（合肥）板材公司通過新增取樣機器人取代人工對樣板貼標、取樣、復樣、清樣等工作，并實現自動取樣貼標及復樣，清樣功能，提高了工作效率,降低了勞動強度。取樣機器人機械執行機構選用ABB 工業六軸機器人，布置于5#CGL 機組取樣平臺上，其中機器人、標簽打印機、樣板斗安裝在安全圍欄內，操作盤緊靠圍欄，機器人控制柜及PLC 控制柜就近安裝，取樣管理機放在出口操作室內。

2.系統組成

取樣機器人系統主要由工業六軸機器人、安裝底座、樣板搬運執行機構和貼標裝置、標簽打印單元、樣板斗、取樣輥道及清樣滑槽、升降機、電氣控制及管理系統等組成，具體布置圖如圖1 所示。

圖1 取樣機器人布置圖

2.1 六軸機器人及安裝底座

取樣機器人的主機械執行機構為ABB 工業六軸機器人。機器人安裝底座用于固定機器人本體，固定在鋼結構平臺上，如圖2所示。

圖2 機器人及安裝底座示意圖

2.2 樣板搬運執行機構和貼標裝置

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

圖3 機器人板搬運執行機構及貼標裝置示意圖

2.3 標簽打印單元

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 寬的標簽。標簽剝離裝置具有底紙剝離及自動回收功能。打印機固定在打印機防護裝置內，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。樣板斗內安裝磁力分張器，可防止取樣機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拖動的形式，通過取樣機器人控制可以正傳反轉輸送樣板，樣板輸送到位通過限位檢測，同時增大與導板臺的落差。以保證機組上剪切下的樣板按照次序落入樣板輸送輥道內，頭尾樣無混樣，樣板與廢樣無混料。

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

2.6 升降送樣斗

機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，下降至一樓地面后傾倒至送樣手推車內。

2.7 電氣控制及管理系統

取樣機器人電氣控制系統采用西門子S7-1215C 為主控制器，PLC 通過Profinet 與機器人進行通信，通過硬線I/O的方式與機組L1建立聯鎖，采用Profibus-DP 形式與機組L1 進行數據通信，與L2 通過TCP/IP通信獲取生產樣板數據信息。

2.7.1 PLC 硬件結構

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

2.7.2 PLC 程序開發

取樣機器人系統整個作業流程分為取樣作業、取標簽作業、復樣作業及清樣，所有作業流程均為全自動運行，針對作業流程開發相關控制程序。

2.7.2.1 機器人自動取樣貼標流程

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

(2)取樣機器人與L1 通信，獲取當前樣板的入口卷號及剪切數量；

(3)取樣機器人將L1 下發當前樣板入口卷號向L2 請求，獲取樣板產品卷號、厚度、寬度等標簽數據；

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

(5)將樣板根據需求放置不同備樣斗或升降機內送樣；

(6)取樣機器人自動回到原始位，并發送L1 取樣完成命令，整個作業流程結束。

2.7.2.2 復樣工作流程

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

圖4 取樣機器人系統復樣流程圖

2.7.2.3 清樣工作流程

樣板管理系統啟動后，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，樣板管理系統向取樣機器人PLC 發出清樣指令，同時，啟動跟蹤取樣機器人清樣的工作流程，監聽取樣機器人在清樣過程中的清理完成信號，實現相關斗中樣板信息的更新。

2.7.3 HMI 畫面開發

為方便操作，開發HMI 觸摸屏，通過TIA Portal V16 軟件開發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，并保留重要參數的歷史數據，操作人員只需點開相關畫面即可，如圖5所示。

圖5 取樣機器人系統HMI典型畫面

3 實施效果

通過取樣機器人的開發與應用，滿足生產節奏的同時又提高了樣板搬運效率及準確性，消除了人工搬運樣板潛在的樣板劃傷風險，也保證了樣板不被損壞。同時代替人工貼標，避免了人工貼標錯誤的發生，大大降低了人工搬取樣板重復勞動強度,且該設備通用性及移植性較強。