智能制造平臺安全措施應用研究

李倚劍

摘 ? 要：文章根據智能制造平臺建設中遇到的柔性生產線加工和運儲系統安全問題，依據安全要求，提出了幾種電氣控制安全措施，并應用到平臺建設中，有效保證生產制造過程中的設備安全和人員安全。

關鍵詞：智能制造;柔性生產線;工業安全

隨著德國“工業4.0”、美國“工業互聯網”及我國“中國制造2025”的提出，智能制造、自動化裝備等細分產業得到重點關注[1]，建立智能制造平臺可有效縮短生產周期、提升生產效率，為企業智能制造化水平的提升帶來長遠效益。同時，研究智能制造平臺也成為很多學校和科研單位的重點，研究系統安全措施更是無法回避的問題，安全生產形勢仍然嚴峻[2]。保證柔性生產線電氣控制系統有效協調運行，設備的安全、穩定，保證人身安全，避免安全事故出現始終是重中之重。

1 ? ?智能制造平臺的組成與安全要求

1.1 ?智能制造平臺組成

智能制造平臺主要由加工和運儲系統組成，用于水晶紀念碑的生產制造，如圖1所示。

兩臺數控機床主要完成從毛坯料到底座的加工工作，搬運機器人主要完成物料傳輸過程中的搬運、抓取等工作。分揀機器人安裝視覺識別系統，對物料進行拍照識別，分揀物料底座毛坯和水晶，所有工業機器人全部通過工業網絡與控制器進行實時通信，由控制器控制機器人完成全自動運行。水晶激光雕刻機通過工業總線與系統相連，在系統調配下保持節拍。

運儲系統由兩臺復合型無人搬運車（Automated Guided Vehicle，AGV）和立體庫組成，AGV負責物料和成品的轉運，立體庫用于物料和成品的儲存，實現物料從毛坯底料到成型出庫的全自動生產流程。

1.2 ?智能制造平臺的安全要求

全套系統實現手動和自動控制，不僅要滿足基本生產，還要兼顧教學要求。

設備安全提出如下要求：（1）在手動與自動切換過程中要保證物料信息變化準確，手動放置和取走物料不能影響生產流程或者造成撞擊。（2）機器人在運行過程中，多個機器人有交叉區域，在交叉區域中要避免碰撞并保證時效。（3）在機床和雕刻機工作過程中，保證機器人不動作。由于設備的開關門工作也由機器人完成，因此，還要保證關門后設備才能正常工作。

人身安全提出如下要求：（1）設備全自動運行過程中，人員不能進入生產和運儲區域，如果誤進入設備需要停止工作。（2）AGV運行過程中要保證不碰到設備和人員，手動運行過程中遇到前方人員需要及時停止。（3）避免由于人員誤操作而引起的人員和設備損傷。系統運行過程中，出現任何意外情況都需要停止運行設備，并報警等待處理。

2 ? ?智能制造平臺的安全措施

2.1 ?分布式的控制程序編寫

智能制造應該著重思考“智慧化”，而不僅是“自動化”[3]。柔性生產線的自動流程程序的編寫往往采用順序流程法，按生產工藝分步驟完成，雖然滿足自動化生產要求，但往往會使流程運行難以復現，遇到報警或設備故障時也無法重新加載之前的聯鎖流程，帶來新風險。

本系統在程序設計和編寫時采用分布式設計方法，將各個設備按區域和功能劃分，獨自區域內執行分布式子程序，在自動程序運行時，程序之間的關聯不再通過上一步流程判斷，而是由獨自區域內的狀態信號判斷。無論是狀態切換，還是設備報警后的復位，機器人和各設備的運動完全由區域狀態量決定，危險狀態下，聯鎖保護不會消失，有效避免了因流程中斷可能帶來的設備安全隱患。

2.2 ?區域聯鎖保護

兩臺機器人工作區域存在重復情況，因此要避免兩臺機器人同時在相同區域工作，機器人出入時設備也要保證設備正常運行。本系統中，針對控制核心設備機器人的工作區域進行了標定和判斷，對機器人運行空間進行分割。當某一機器人進入標記好的工作區域后，通過工業以太網傳遞給周圍機器人和設備，避免其他設備進入相同區域，只有當該機器人移出該區域后，其他機器人才可以進入，并在進入后再次標記，達到區域聯鎖保護的目的。而控制器同樣通過通信網絡接收信息，協調調度，使工作區域利用最大化。在保證安全的前提下，不降低或者少降低工作效率，采用設備間區域聯鎖保護很好地處理了設備間交叉運行問題，將數字量的聯鎖提升到區域化，很大程度上解決了設備在空間層面上互相干擾的問題，提高了設備的生產安全。

2.3 ?冗余保護機制

在機器人擬人操作、物料識別、物料位置判斷、物料存放等多個環節均采用了冗余化保護原理，對關鍵過程進行二次甚至多次校驗，充分保證流程的可靠運行。在手動與自動切換過程中，雖然機器人的動作已被系統記錄，但可能存在人為改變物料的情況，此時，若人為已放料而機器人再次放料可能會導致料品和機器人損壞。本系統中冗余校驗方法采用了差異化思路，在物料位置安放傳感器進行檢測，料品位置無法安放傳感器的地方需要在機器人上安放傳感開關作為二次檢測保護，確保物料狀態與機器人動作狀態相符。

2.4 ?激光防碰撞保護

轉運過程中AGV運行安全至關重要，無論碰撞到設備，還是人員都會給企業造成重大損失，本系統在AGV前后各加置一個掃描范圍為270°的激光防碰傳感器，利用激光傳感器感知AGV運行區域，設置激光防碰傳感器檢測3個區域，從外至內為：減速區，警示區和報警區。減速區為270°范圍扇形，覆蓋車前及左右周圍區域，保證AGV在行進和側移運動時都能受到保護，當有物體和人員進入保護區域，傳感器發出信號，控制器控制運動系統減速。警示區為二重保護區，也為270°范圍扇形，進入警示區后，控制AGV速度為0。報警區是近距離接觸區，是為防止報警區失靈的近距離冗余防碰撞區域，直接接入系統安全繼電器，當該區域檢測到物體時，切斷主運動控制接觸器，AGV立即停止，該區域為近距離區域，是最后一層保護，具體激光防碰區域設置如圖2所示。

3 ? ?結語

智能制造平臺中柔性生產線的安全措施是一個系統工程，在系統硬件和軟件上都需要安全防護措施。近年來，我國生產安全事故頻頻發生，傷亡人數居高不下[4]，而任何安全、任何措施都需要通過不斷地應用去驗證。本文針對智能制造平臺中的應用提出安全要求，結合實踐做出具體可行的方案，并已經應用，同時也是提醒設計和操作人員增強安全意識，保證設備和人員安全。

[參考文獻]

[1]陳運軍.基于工業機器人的“智能制造”柔性生產線設計[J].制造業自動化，2017（8）：37.

[2]王飛躍，徐志勝，潘游，等.企業生產安全事故應急救援預案編制技術的研究[J].中國安全科學學報，2005（4）：25.

[3]佚名.傳統制造思維必須做出變革以應對“智慧工廠”的新形勢[J].智慧工廠，2017（8）：49.

[4]邢娟娟.重大事故的應急救援預案編制技術[J].中國安全科學學報，2004（1）：120.

Abstract：In this paper， according to the safety problems of flexible production line， combination with safety requirements， several electrical control safety measures are put forward， and applied to the platform construction. These measures effectively ensure the safety of equipment and personnel in the manufacturing process.

Key words：intelligent manufacturing; flexible production line; industrial safety