貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國）有限公司

機(jī)器人使生產(chǎn)更快速、高效
——貝加萊將機(jī)器人技術(shù)無縫集成到自動(dòng)化世界中

貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國）有限公司

1 引言

現(xiàn)在，越來越多的生產(chǎn)步驟被集成到塑料加工機(jī)械中。對于集成物料搬運(yùn)和內(nèi)部物流任務(wù)而言，機(jī)器人是可行的解決方案。由于典型的塑料加工要求循環(huán)周期很快，因此人類和機(jī)器人之間的協(xié)作必須完全同步并無縫集成。貝加萊已經(jīng)將機(jī)器人技術(shù)無縫集成到自動(dòng)化世界中，這樣可以確保機(jī)器制造商最大限度地提高開發(fā)過程中的效率。

每年，歐盟加工約4500萬噸塑料，這相當(dāng)于約30%的鋼材消耗量。各種成型工藝被用來將塑料熔體或粉末加工成固體產(chǎn)品。其中一種方法是注塑成型，它是將塑料融化，注射入模具然后壓縮成型。即使高度復(fù)雜的部件也可以通過這種完全自動(dòng)化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

塑料加工機(jī)械制造商在提高其設(shè)備生產(chǎn)率方面不遺余力。一種普遍的做法是將越來越多的功能打包到每一臺(tái)機(jī)器中，從而確保不間斷生產(chǎn)，最終形成一個(gè)全自動(dòng)化的生產(chǎn)過程。

2 機(jī)器人是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵

機(jī)器人可以有效提高生產(chǎn)效率，所以，物料搬運(yùn)設(shè)備和機(jī)器人正在承擔(dān)越來越多的任務(wù)。

· 將金屬嵌件固定在模具中待塑料包緊；

· 應(yīng)用彈性體將硬質(zhì)塑料部件密封；

· 將部件從模具中取出；

· 將部件輸送至后續(xù)裝配或包裝站。

由于典型的塑料加工要求循環(huán)周期很快，因此機(jī)器人必須與機(jī)器的其它部分之間實(shí)現(xiàn)完美協(xié)調(diào)，從而確保動(dòng)作精確同步。開模時(shí)間極短，但足以嵌入待包緊的金屬件或取出成品件，因此機(jī)器人必須在一開模就能伸入模具。

為了盡量減少循環(huán)周期，機(jī)器人動(dòng)作與注射裝置動(dòng)作必須完美協(xié)調(diào)。機(jī)器人與頂出裝置之間的握手通信允許在不放緩循環(huán)周期的情況下取出部件。

3 集成解決方案節(jié)省時(shí)間和成本

塑料加工機(jī)械實(shí)現(xiàn)同步生產(chǎn)要求快速的數(shù)據(jù)通信。貝加萊通過采用實(shí)時(shí)Ethernet POWERLINK協(xié)議連接所有外圍設(shè)備解決了這一問題。

圖1 同步過程依賴于快速的數(shù)據(jù)通信，貝加萊通過采用實(shí)時(shí)Ethernet POWERLINK協(xié)議連接所有外圍設(shè)備。

為了以必要的速度協(xié)調(diào)動(dòng)作，所涉及到的各個(gè)軸必須實(shí)現(xiàn)高度同步。傳統(tǒng)方案中，各個(gè)動(dòng)作分別由PLC、CNC和機(jī)器人控制器控制，幾乎不適合處理集成傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)器人的大量軸的情況。即使可以處理，各種硬件組件也會(huì)使該方案變得非常昂貴。

處理這些需求最有效的方式是使用貝加萊的集成自動(dòng)化解決方案。貝加萊方案覆蓋了整個(gè)加工鏈，可以對所有生產(chǎn)過程和動(dòng)作進(jìn)行統(tǒng)一控制，HMI和安全技術(shù)亦包含在同一個(gè)項(xiàng)目中。

同步過程依賴于快速的數(shù)據(jù)通信，貝加萊通過采用實(shí)時(shí)Ethernet POWERLINK協(xié)議連接所有外圍設(shè)備以及智能驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

貝加萊的驅(qū)動(dòng)組件可以輕松處理各種軸，即使在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中也能提供微秒級同步，從而無需使用單獨(dú)的機(jī)器人控制器，節(jié)省了相關(guān)硬件和培訓(xùn)成本。

4 掌控復(fù)雜任務(wù)

Automation Studio為機(jī)器自動(dòng)化的各個(gè)方面提供了統(tǒng)一的軟件環(huán)境：從HMI和PLC技術(shù)到運(yùn)動(dòng)控制、CNC和機(jī)器人技術(shù)。這使機(jī)器制造商可以根據(jù)需要處理加工、定位和可視化任務(wù)，并且毫不費(fèi)力地保持它們之間的完全同步。即使是非常復(fù)雜的任務(wù)也可以在單個(gè)PLC上被快速執(zhí)行。Automation Studio是一款能夠滿足任意要求的集成自動(dòng)化軟件。

圖2 貝加萊采用獨(dú)立于現(xiàn)場總線的openSAFETY協(xié)議用于安全功能如工具中心點(diǎn)安全限速（SLS@TCP）。openSAFETY允許用戶自由選擇最能滿足他們應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

與此同時(shí)，貝加萊的開發(fā)環(huán)境可以使整個(gè)開發(fā)過程受益。機(jī)器軟件可以被劃分開來由多個(gè)團(tuán)隊(duì)并行開發(fā)。一個(gè)整體復(fù)雜的程序可以被劃分成數(shù)個(gè)模塊，例如一個(gè)模塊代表主設(shè)備，而另一個(gè)模塊代表取走成品件的機(jī)器人。工程團(tuán)隊(duì)并行工作可以大幅減少開發(fā)時(shí)間，使塑料加工機(jī)械制造商緊隨日益多樣化和定制化的行業(yè)發(fā)展趨勢。

硬件在環(huán)仿真允許開發(fā)者在無需制造樣機(jī)的情況下就機(jī)器性能對代碼效果進(jìn)行測試。即使將第三方供應(yīng)商的可選機(jī)器組件連接至整個(gè)系統(tǒng)，包括相應(yīng)軟件，也就像把打印機(jī)連至商用PC一樣簡單。

貝加萊軟件開發(fā)環(huán)境中的語言解釋器可以使機(jī)器制造商更輕松地將機(jī)器人集成到他們的機(jī)器設(shè)計(jì)中。這使現(xiàn)有程序，例如來自較早實(shí)施的帶專用控制器的機(jī)器人系統(tǒng)，可以被重復(fù)使用。機(jī)器軟件開發(fā)人員可以使用結(jié)構(gòu)化文本對機(jī)器人應(yīng)用進(jìn)行編程。

5 經(jīng)TüV認(rèn)證的工具中心點(diǎn)安全

Automation Studio可以為高效而可靠的安全控制程序開發(fā)提供一系列參數(shù)和功能塊，包括經(jīng)TüV認(rèn)證的SafeROBOTICS模塊，它可以被用來監(jiān)控機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的工具中心點(diǎn)安全限速（SLS@TCP）功能。

貝加萊集成SafeMC運(yùn)動(dòng)控制方案的伺服技術(shù)可以在接收安全數(shù)據(jù)的同時(shí)直接在驅(qū)動(dòng)器中執(zhí)行安全功能。ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器的錯(cuò)誤檢測和響應(yīng)時(shí)間為7毫秒，約是繼電器安全電路的十分之一。這樣就使停車距離縮短了100倍，因此單單減少機(jī)器占地面積就是一項(xiàng)顯著的優(yōu)勢。

6 支持所需語言

貝加萊軟件開發(fā)環(huán)境中的語言解釋器可以使機(jī)器制造商更輕松地將機(jī)器人集成到他們的機(jī)器設(shè)計(jì)中。這使現(xiàn)有程序，例如來自較早實(shí)施的帶專用控制器的機(jī)器人系統(tǒng)，可以被重復(fù)使用。機(jī)器軟件開發(fā)人員可以使用結(jié)構(gòu)化文本對機(jī)器人應(yīng)用進(jìn)行編程。

憑借豐富的機(jī)器人動(dòng)作及整個(gè)機(jī)器配置選項(xiàng)，例如通過修改機(jī)器人加速度和運(yùn)動(dòng)曲線，塑料加工機(jī)械制造商能夠?yàn)槠淇蛻籼峁┤碌墓ぞ咧苯犹幚硭麄兊纳a(chǎn)流程。這樣可以為優(yōu)化能效和速度或適應(yīng)各種機(jī)械手配置操作模式，無需編程。

圖4 用戶界面

5 結(jié)語

本文程序基本滿足了道路照明設(shè)計(jì)中常用到的計(jì)算。利用計(jì)算程序?qū)ふ易顑?yōu)參數(shù)組合，省去了繁瑣的試探性計(jì)算，提高了工作效率。照明設(shè)計(jì)參數(shù)具有明確的規(guī)范要求，但符合規(guī)范的參數(shù)組合不止一組，對于最優(yōu)參數(shù)組合的篩選并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文的程序設(shè)計(jì)除了在用戶界面給出一組參數(shù)組合外，還將大量符合規(guī)范的參數(shù)組合進(jìn)行了保存，便于用戶進(jìn)行自主篩選。另外，主程序設(shè)置了自主優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，可由用戶自行設(shè)定參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。

本文程序依然存在很多可以改進(jìn)的地方，例如，程序設(shè)計(jì)中，除了高壓鈉燈外，可以增加其他光源種類；在電纜的選擇方面，除銅電纜外，可增加鋁芯電纜，并由用戶進(jìn)行選擇。因此，主程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有功能都通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)，可以方便地對程序進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展。

[1] 高杰. 天津市志成道立交橋區(qū)高桿照明設(shè)計(jì)[J]. 照明工程學(xué)報(bào), 2014，25(1)：59 - 61.

[2] 姚家袆. 照明設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 2006.

[3] 吳俊勇. 電力系統(tǒng)分析[M]. 北京: 北京交通大學(xué)出版社, 2012, 3

[4] 任元會(huì). 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 2015, 10.

于濤（1987-），男，助理工程師，碩士研究生，現(xiàn)就職于天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，從事市政行業(yè)電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)及研究工作。

張泳（1971-），男，正高級工程師，碩士研究生，現(xiàn)就職于天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，從事市政行業(yè)電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)及研究工作。

高杰（1984-），男，天津人，工程師，碩士研究生，現(xiàn)就職于天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，從事市政行業(yè)電氣及自動(dòng)化設(shè)計(jì)及研究工作。