涂膠機器人工作站安全系統設計

王心國佛山市勒流職業技術學校

涂膠機器人工作站安全系統設計

王心國
佛山市勒流職業技術學校

本篇論文系統地闡述了，利用SICK S30B型安全激光掃描器進行對風擋涂膠機器人工作站下件臺區域的安全檢測，并將信號傳送給S7-300PLC處理，PLC接收信號處理完成后發送給KUKA機器人讓機器人停止或繼續運行，同時PLC將信號反饋到觸摸屏W inCC flexible，便于可視化觀察SICK S30B安全型激光掃描器狀態，整個過程確保下件臺操作區域的設備與人員的安全。通過試驗與運行測試系統達到了設計要求。此設計具有安全、可靠、通用性強、有較好的推廣前景。

激光掃描器；PLC；工業機器人；觸摸屏；安全

一、引言

風擋涂膠機器人工作站是采用德國KUKA C4七軸機器人通過對上件區域玻璃的抓取，并按軌跡運行到涂膠塔，依據玻璃工藝軌跡進行涂膠行走，涂膠完成后，機器人將玻璃側放在下件臺上，機器人回原點位置，進行下一遁環，此時下件臺區域生產操作人員取走玻璃進行車輛風擋玻璃的手動安裝。在下件臺玻璃取走時操作人員需要按下復位按鈕對下件臺區域的垂直對射光柵進行復位，機器人的每一次放件只有滿足程序的條件后才能進行下件臺的放件。但在實際使用中操作人員由于搶節拍以及習慣性的按復位按鈕，當操作人員進入垂直光柵后該區域存在檢測盲區，此時另外一個操作人員無意按復位按鈕后機器人剛好在等待放件區域上空，就會造成機器人動作下放件與操作人員發生碰撞的安全事故發生，為避免該類事故發生，設計更安全的全區域無盲區掃描，判斷是否有操作人員進入下件區域。根據操作安全的要求，設計一套對于下件臺區域是否有操作人員進行可靠性檢測的系統，從根本上防止發生事故的功能，即使在錯誤操作或發生故障的情況下也不會發生事故，這對于設備的安全生產是非常重要的。

二、基本要求及技術指標

（一）工業機器人涂膠工作站安全系統工作基本要求如下

1、要求能夠檢測出下件臺工作區域是否有操作人員。

2、下件臺區域有操作人員時機器人不能往下件臺放件。

3、下件臺安全區域能在WICC觸摸屏上監控狀態。

4、框圖如下所示。

圖1 風擋涂膠機器人工作站

（二）風擋涂膠機器人工作站安全技術指標如下

1、下件臺安全區域檢測準確率達100%。

2、下件臺區域存在操作人員時機器人不放件，準確率100%。

三、風擋涂膠機器人工作站安全系統硬件設計

本系統設計系統使用西門子S7-300（317F-2PN/DP）CPU接收SICK S30B型安全激光掃描器對下件區域的掃描信號，PLC程序執行反饋給KUKA機器人作為是否可進行放件的安全條件，同時PLC反饋給WICC觸摸屏可監控SICK S30B型安全激光掃描器工作狀況。系統設計中本著準確、可靠、穩定的原則、采用硬件與軟件配合的方法進行設計。整個系統主要包括六大部分：電源模塊、S7-300CPU、I/O模塊、S30B安全激光掃描器、機器人、WICC觸摸屏。通過實際的設計制作本系統具有區域安全檢測功能，并達到設計要求。安全系統原理框圖如下：

圖2 風擋涂膠機器人工作站安全系統框圖

機器人工作站下件臺區域的安全檢測硬件部分，及其工作原理框圖如上圖所示：其工作原理：電源模塊給SICK S30B安全激光掃描器供電，安全激光掃描器對下件臺區域是否有人員以及障礙物進行檢測掃描，通過I/O模塊采集安全激光掃描器信號反饋給PLC，經過PLC程序控制輸出：非安全為0，安全為1，從而控制機器人停止或往下件臺放件，同時把下件臺安全狀態發送到觸摸屏直觀顯示，確保設備與人身的安全。

（一）電源模塊

設計中采用西門子6EP1437-3BA10直流穩壓電源給S30B激光掃描器、I/O模塊、PLC、觸摸屏供電，型號為：3AC/24VDC/40 A。

（二）SICK S30B安全激光掃描器

S30B是一種光學傳感器，它的工作原理是：利用紅外激光射線來二維式掃描其周圍環境，用于監視機器和設備上的危險區域。本系統選用SICK S30B-2011BA安全激光掃描器進行下件臺危險區域的掃描。

（三）控制器及I/O模塊選擇

本系統選用西門子CPU 317F-2 PN/DP帶有SIMATICMMC 2M微存儲卡，此CPU為故障安全型CPU，與ET200S分布式I/O采用Profinet通訊，與安全模塊采用Profisafe通訊，由此安全通訊是在更高級別上進行通訊，安全級別較普通CPU要高。系統中選用ET 200S安全模塊4/8 F-DIPROFISAFE，通過安全模塊接收激光掃描器的信號并反饋給PLC。

（四）系統人機界面選擇

選用西門子SIMATICHMIIPC677C，工業PC，15寸屏作為本站的觸摸屏進行安全激光掃描器的狀態監控，便于直觀顯示和設備維護，此觸摸屏輸入工作電壓為DC24V。

四、風擋涂膠機器人工作站安全系統軟件設計

在軟件程序設計過程中，包括：PLC程序設計、機器人程序編寫、S30B激光掃描器區域設計、觸摸屏畫面編輯。

根據系統設計要求PLC作為控制器的主程序，控制機器人的運行放件或停止等待放件。PLC采集S30B激光掃描器的信號，并通過程序的運算及輸出給機器人作為機器人的放行或停止信號并將狀態反饋給觸摸屏畫面。根據設計要求控制的流程圖如下：

圖3 風擋涂膠機器人工作站安全控制系統程序控制流程圖

五、風擋涂膠機器人工作站觸摸屏畫面設計

本設計中觸摸屏作為下件臺區域激光掃描器狀態的可視化的界面，方便日常點檢，維修觀察及日常的維護，對激光掃描器是否有信號輸入到PLC，觸摸屏可作直觀的可視畫面。

SIMATICWinCC flexible軟件畫面編輯：在系統畫面中增加SICK S30B激光掃描器的狀態顯示，下件臺區域安全情況下SICK圖形顯示綠色，當下件臺區域掃描到有人或有遮擋時，SICK圖形顯示黃色/紅色閃爍，提示下件區域有人進入狀態，直到人員離開掃描區域及復位按鈕后SICK圖形才顯示正常綠色狀態。

結束語

通過對涂膠工業機器人工作站安全控制系統軟、硬件部分設計，系統利用SICK S30B型安全激光掃描器進行對風擋涂膠機器人工作站下件臺區域的安全檢測，并將信號傳送給S7-300PLC處理，PLC接收信號處理完成后發送給KUKA機器人讓機器人停止或繼續運行。通過試驗與運行測試系統到達了安全、可靠、通用性強、提高工作安全的設計要求。

[1]劉華波.西門子S7300/400PLC編程與應用[M].機械工業出版社，2011

[2]姜建芳.西門子S7300/400PLC工程應用技術[M].機械工業出版社，2012

[3]廖常初.西門子人機界面組態與應用技術[M].機械工業出版社，2012

[4]葉暉.工業機器人實操與應用技巧[M].機械工業出版社，2011

[5]張洪潤.傳感器原理及應用[M].清華大學出版社，2008

[6]王慶有.光電傳感器應用技術[M].機械工業出版社，2014

王心國（1976-），男，吉林人，本科，單位：佛山市勒流職業技術學校，職稱：電子中學一級教師，研究方向：機電技術、電氣自動化技術。