主要介紹在自動生產(chǎn)線上及機器人給機床上下料等方面，機床安全PLC程序控制的應(yīng)用，防止機器人等自動化設(shè)備對機床或操作人員造成意外傷害。

序言

當今制造業(yè)人力成本不斷增高，大部分企業(yè)逐漸由原來人工操作單臺機床的傳統(tǒng)加工生產(chǎn)方式向機器人自動上下料及采用自動生產(chǎn)線的加工方式轉(zhuǎn)變，不僅減少了人員成本，而且提高了加工效率，減少了產(chǎn)品的廢品率，從中長期考慮能減輕企業(yè)的運營成本，因此大部分企業(yè)訂購機床時都要求配置機器人自動上下料功能，也有很多企業(yè)對現(xiàn)有的設(shè)備進行增加機器人的改造升級。對于制造業(yè)來說，機器替代人是大勢所趨，但同時機床必須做好PLC程序控制，以保證機器人能夠安全穩(wěn)定地進行生產(chǎn)[1，2]。機器人在參與生產(chǎn)制造的過程中，發(fā)生事故的情況也時有出現(xiàn)，輕則造成設(shè)備損壞停機，重則造成人員傷亡，因此對于機床與機器人的程序控制是至關(guān)重要的。本文是作者在長期進行機床與機器人調(diào)試后總結(jié)的安全控制程序，規(guī)避了各種安全隱患，為企業(yè)提供了安全可靠的方案。

機器人上下料順序

自動化加工過程中，機器人的上下料順序應(yīng)為：機床準備好（防護門開、夾具松開且各軸處于安全位置）→機床請求機器人上料→機器人上料→機器人上料完成→機床進行自動加工→機床加工完成→機器人下料→機器人下料完成→機床自動請求上料循環(huán)。

加工時，操作人員只需要按下機床啟動按鈕，機床就會發(fā)出“上料請求”信號，同時機器人檢測機床是否處于安全位置，如機床處于安全位置且接到“上料請求”信號，則機器人進行上料。當機器人上料完成并完全離開機床后，會向機床發(fā)出“上料完成”信號，機床收到“上料完成”信號后夾緊夾具并關(guān)閉防護門，開始自動加工。當機床加工完成后，自動打開夾具和防護門，請求機器人下料，下料完成后再請求機器人上料，從而進行下一循環(huán)的加工。機器人與機床數(shù)控系統(tǒng)的PLC連接如圖1所示[3]。

圖1機器人與數(shù)控系統(tǒng)PLC連接示意

幾種常見問題及分析

（1）問題一機床發(fā)過上料請求信號，但機器人無動作，造成一直停機等待上料的狀態(tài)。

此種情況是初期調(diào)試機器人及自動化生產(chǎn)線的人員經(jīng)常犯的編程錯誤，錯誤PLC程序如下。

這種PLC編程在執(zhí)行第1個循環(huán)的時候沒有問題，但從第2個循環(huán)開始就可能出現(xiàn)機器人停止上料的情況，這是因為在執(zhí)行機器人“上料請求”M80前是“夾具松開”及“防護門開”指令，這兩個動作都可能發(fā)生瞬間波動。夾具松開信號有些是通過壓力繼電器檢測，當壓力不穩(wěn)時會有瞬間的0、1波動，防護門一般都是氣動控制，開門到位后也不是很穩(wěn)，會造成開關(guān)的瞬間0、1變化，這兩個信號都到1后程序才能往下繼續(xù)執(zhí)行，當執(zhí)行到M80時，因為M碼為脈沖信號，只發(fā)出一個脈沖，所以如果在發(fā)出脈沖“上料請求”信號后沒能自鎖完成或自鎖后又被瞬間波動拉斷，就會導致機器人無法接收到“上料請求”信號，而機床也無法再次發(fā)出此信號。

（2）問題二機床未在安全位置而機器人卻給機床上料，此種情況極其危險，很容易造成人員傷害或機床及機器人損壞。有多種編程錯誤可導致此現(xiàn)象發(fā)生。

1）當機床通過參數(shù)或按鈕調(diào)用程序塊的方式控制機器人生效及失效時，就很有可能出現(xiàn)此種事故。PLC程序如下。

此種編程方法在調(diào)用機器人生效并執(zhí)行機器人上料指令后，沒等機器人上料完成就將機器人調(diào)到失效狀態(tài)，然后復位進行機床操作。此時操作人員認為機器人調(diào)用失效，機器人不會有動作，其實，當機器人調(diào)用失效后，F(xiàn)C100塊即失效，再復位也不執(zhí)行，已經(jīng)置位的機器人請求上料信號也不能復位，此時機器人還會給機床上料，會造成非常嚴重的后果。

2）機器人上料過程中突然停止，當操作人員過去維修時機器人又突然啟動，這種情況對操作人員也是非常危險的。PLC程序如下。

這種控制方式是機器人通過機床的上料請求M80.7及機床安全M80.6兩個信號來判斷是否進行上料動作，當只有一個信號時機床不動作。此種方式會導致當機床發(fā)出兩個信號且機器人開始動作后，突然有信號不滿足條件時，機床安全M80.6信號斷開，機器人就會停止動作，而當機床安全M80.6信號又接通時機器人就會繼續(xù)動作，這時如果有人員在操作或維修機床就會非常危險。此種情況也是非常容易發(fā)生的，因為夾具信號不管是用壓力繼電器還是用開關(guān)檢測都有發(fā)生錯誤的可能，液壓系統(tǒng)容易波動會使壓力繼電器不穩(wěn)定，而夾具開關(guān)很可能受到加工切屑的干擾而誤發(fā)信號。

（3）問題三當機器人給機床上料時機床突然啟動，此時機床和機器人相撞都會受到損傷，出現(xiàn)此種情況可能是機器人誤發(fā)“上料完成”信號或“上料完成”信號的線路出現(xiàn)故障。

針對機器人的機床安全PLC程序

針對上述一些典型問題總結(jié)出應(yīng)用于機器人的機床PLC安全控制邏輯如下。

1）不要通過機床與機器人聯(lián)機工作的按鈕或參數(shù)去調(diào)用機器人控制的程序塊生效與否，調(diào)用機器人程序的塊要一直生效，并在程序塊里面控制機器人是否生效，具體如下。

2）盡量不要在請求機器人上下料時用S、R指令，要用線圈自鎖方式向機器人發(fā)出請求信號，另外最好給機器人兩個信號，包括一個“上料請求”和一個“機床安全”信號。“上料請求”信號只加入一些必要的信號，如“急?！薄皬臀弧薄皺C器人生效”等，而一些可能發(fā)生瞬間波動的信號作為“機床安全”信號給機器人。機器人上料的時候要同時判斷兩個信號來進行動作，這樣就避免了機床“上料請求”信號被瞬間波動信號拉斷的可能。如果機床I/O地址有限，也可把兩個信號串在一起給機器人，但是一定要對“安全信號”進行防抖處理。具體如下。

3）機器人一定要有一個“安全區(qū)域”信號給機床，“安全區(qū)域”信號正常時為1，只要“安全區(qū)域”信號變?yōu)?，機床就會停止動作。當機床收到機器人的“上料完成”信號時也要判斷“安全區(qū)域”是否為1，這樣就避免了機器人在機床內(nèi)時機床動作的可能。

結(jié)束語

本文中的PLC程序在用戶現(xiàn)場已經(jīng)安全運行兩年，未發(fā)生過安全事故。此程序適用于應(yīng)用機器人、桁架機械手等各種自動化生產(chǎn)線上的設(shè)備，極大地保證了設(shè)備及操作人員的安全，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了運營成本。

審核編輯 ：李倩