李慶章，石　昊

(1.陽(yáng)煤集團(tuán) 陽(yáng)泉華越八達(dá)礦用電氣制造有限公司，山西　陽(yáng)泉　045000； 2.山西工程技術(shù)學(xué)院，山西　陽(yáng)泉　045000)

0　引言

陽(yáng)泉華越八達(dá)礦用電氣制造有限公司是一家進(jìn)行礦用設(shè)備生產(chǎn)、安裝和維修的公司，在生產(chǎn)過程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)是對(duì)礦用設(shè)備的防爆接合面進(jìn)行打磨，以保證設(shè)備的防爆和隔爆性能符合國(guó)家規(guī)范。但在打磨過程中存在著以下問題：礦用設(shè)備體積龐大沉重，搬運(yùn)和固定都比較困難；人工打磨效率低下，精度較低；打磨過程中會(huì)產(chǎn)生金屬粉塵污染和噪聲污染，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，對(duì)工人的身心都會(huì)造成損害。

為了解決上述問題，本文設(shè)計(jì)了礦用設(shè)備防爆接合面打磨柔性系統(tǒng)，把工人從繁重惡劣的工作環(huán)境中解放出來，實(shí)現(xiàn)整個(gè)打磨過程的無人值守化，從礦用設(shè)備的搬運(yùn)、固定、打磨到車間的通風(fēng)除塵等所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)完全由系統(tǒng)自主完成。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求

本系統(tǒng)最終要利用多種機(jī)器人和機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦用設(shè)備防爆接合面打磨車間的無人值守生產(chǎn)模式，從礦用設(shè)備進(jìn)入車間開始，就由搬運(yùn)機(jī)器人將設(shè)備接管，自動(dòng)運(yùn)送至打磨機(jī)器人處打磨，打磨完成后再由搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)送出車間，期間通風(fēng)除塵設(shè)備會(huì)依據(jù)打磨設(shè)備的工作狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整工作模式，保證車間生產(chǎn)環(huán)境的安全。本系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程具有自主決策和判斷的能力，約束每臺(tái)設(shè)備的動(dòng)作流程，引導(dǎo)所有設(shè)備配合工作，預(yù)防生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的各種問題；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無法解決的故障時(shí)，及時(shí)向值班人員發(fā)出警報(bào)，同時(shí)采取補(bǔ)救措施和安全防護(hù)措施，保證人身和設(shè)備的安全?？傊?，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能包括運(yùn)輸、裝卸、夾持、打磨、通風(fēng)、除塵、監(jiān)控、報(bào)警等。本系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1　礦用設(shè)備防爆結(jié)合面打磨柔性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

2.1　機(jī)器人

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，需要采用2種類型的機(jī)器人，搬運(yùn)機(jī)器人和打磨機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)器人負(fù)責(zé)接收、固定和搬運(yùn)打磨對(duì)象，因?yàn)榇蚰?duì)象都是煤礦井下設(shè)備，重量基本都在200 kg以上，所以搬運(yùn)機(jī)器人要有足夠的承載能力和固定能力，而且要求搬運(yùn)機(jī)器人能夠精確靈活地規(guī)劃行駛路徑，基于上述要求系統(tǒng)擬采用AGV機(jī)器人。打磨機(jī)器人的主要工作是在打磨工作臺(tái)接收并固定好打磨對(duì)象后，完成對(duì)打磨對(duì)象的打磨，因?yàn)榫略O(shè)備有嚴(yán)格的隔爆要求，而針對(duì)防爆接合面的打磨是保證設(shè)備隔爆能力的一種重要手段，所以打磨機(jī)器人的打磨精確度要嚴(yán)格保證。為了保證工作效率，搬運(yùn)機(jī)器人和打磨機(jī)器人各2套，各自獨(dú)立工作，互不影響。本設(shè)計(jì)方案的車間布局如圖2所示。

2.2　通風(fēng)除塵系統(tǒng)

在打磨過程中會(huì)產(chǎn)生大量的金屬粉塵，會(huì)對(duì)人員和設(shè)備造成嚴(yán)重的危害，因此就要求除塵設(shè)備必須和打磨工作臺(tái)緊密結(jié)合，在打磨過程產(chǎn)生粉塵的同時(shí)，除塵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的引導(dǎo)和收集，并完成塵氣分離的任務(wù)，對(duì)粉塵回收處理，防止其對(duì)車間和廠區(qū)周圍的大氣環(huán)境造成污染。

2.3　控制系統(tǒng)

本方案擬采用PLC為核心控制設(shè)備，所選PLC應(yīng)具有模塊化結(jié)構(gòu)，完善的運(yùn)動(dòng)控制功能和強(qiáng)大的通訊功能，抗干擾、抗震動(dòng)沖擊性能好，而且有較多的成功應(yīng)用案例可以參考，能夠滿足本系統(tǒng)的控制要求?？刂葡到y(tǒng)要能夠控制機(jī)器人和除塵系統(tǒng)完成對(duì)打磨對(duì)象的搬運(yùn)和打磨任務(wù)，同時(shí)能夠應(yīng)對(duì)處理可能出現(xiàn)的故障和緊急狀況，并且把系統(tǒng)的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，以便于值班人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。在車間內(nèi)設(shè)置控制室，如果有特殊要求或者出現(xiàn)了故障和緊急情況，可以由值班人員在控制室進(jìn)行手動(dòng)操作。

2.4　監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)要求能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控通風(fēng)除塵設(shè)備和機(jī)器人的運(yùn)行狀況，并且檢測(cè)整個(gè)車間的生產(chǎn)環(huán)境，一旦出現(xiàn)故障立即報(bào)警；控制系統(tǒng)根據(jù)不同的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行故障處理，同時(shí)將故障通知值班人員。

3　工作流程設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)包含了多個(gè)自動(dòng)運(yùn)行的機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人有各自的工作任務(wù)和各自的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此，在規(guī)劃工作流程時(shí)，應(yīng)考慮到整合所有機(jī)器人的動(dòng)作順序，還需解決機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡在空間上的重疊問題。

系統(tǒng)總流程圖、搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)流程圖、防爆接合面打磨流程圖、搬運(yùn)機(jī)器人復(fù)位流程圖分別見圖3～圖6。

圖2礦用設(shè)備防爆接合面圖3系統(tǒng)總流程圖打磨車間布局圖

圖4搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)流程圖5防爆接合面打磨流程

4　建模仿真

本方案擬采用工業(yè)機(jī)器人仿真軟件對(duì)所有生產(chǎn)設(shè)備和整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行系統(tǒng)仿真，驗(yàn)證其可行性和穩(wěn)定性，然后再進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)改造，以縮短設(shè)計(jì)和調(diào)試的周期，并防止資源浪費(fèi)。系統(tǒng)仿真流程如圖7所示。

圖6搬運(yùn)機(jī)器人復(fù)位流程圖7系統(tǒng)仿真流程

5　結(jié)束語(yǔ)

本方案中涉及到的核心技術(shù)，目前都已經(jīng)有實(shí)際應(yīng)用案例，比如打磨機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、通風(fēng)除塵設(shè)備等均已處于應(yīng)用階段，但是將這些設(shè)備融合在一起形成可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程無人值守的柔性系統(tǒng)的案例并不多見。

本系統(tǒng)若成功投產(chǎn)，可以將工人從繁重的體力勞動(dòng)和惡劣的工作環(huán)境中解放出來，提高防爆接合面的打磨效率和打磨精度，保護(hù)工人的身體健康，體現(xiàn)了以人為本的精神，并可以為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。由于在制造業(yè)中類似的打磨工作非常常見，因此本系統(tǒng)可以在適當(dāng)改造后應(yīng)用到更多的行業(yè)和企業(yè)當(dāng)中，有著比較廣闊的應(yīng)用前景。

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