冲压自动化控制原理及故障分析

2014-11-25周国平

金属加工(热加工) 2014年23期

周国平

为提高生产效率，提高冲压自动化程度，2013年我公司从韩国引进冲压自动化技术，由机器人操作代替了人工操作，由PLC控制代替了人工控制，先后安装了2条冲压自动化生产线。

1.自动化线配置

自动化线的配置主要包含压力机、机械手及自动化系统。压力机有沃得精机JH21-200、JH21-250、JH21-315；韩国信佩4000kN、6000kN、10000kN。机器人日本安川机器人MH50、ES165D。自动化系统（韩国）：操作台——三菱Q，CClink 32DT、堆垛台×2、整理台、传送带×2。

2.自动化操作控制原理

（1）自动化冲压线概况如图1所示，红色R代表机器人（Robot），绿色P代表压力机（Press）。自动化冲压线的工作顺序按照：①～②R1从堆垛台吸起料片并放到整理台上。③～⑤R2从整理台吸起料片并放到二张检测位置进行检测，然后放入P1进行冲压。⑥～⑦R3把P1中冲好的料片吸起然后送到P2中进行冲压。⑧～⑨R4把P2中冲好的料片吸起然后把料片送到P3中进行冲压。R5把P3中冲好的料片吸起然后放到P4中冲压。R6把P4中冲好的料片吸起并放到传送带上。按这13个步骤进行，并以此往复。

（2）取放料工作过程为更详细了解自动化中冲压线是如何实现机器人与压力机配合工作，我们针对机器人R2的取料、检测、上料及机器人R3取料流程为例，进行动作分析，如图2所示。

第一步，机器人R2向整理台取料。如图3所示，当整理台上有料片时，整理台上的接近传感器会发生感应，指示灯变亮。当机器人R1不向整理台投放料片时，整理台会给机器人R2发送一个要求机器人R2去取料的信号。

当机器人R2接收到信号后，开始向整理台料片上方运动，并准备吸料。如图4所示，当机器人R2吸料时，真空传感器会进行监控。当料片被吸住时，真空传感器上的显示屏会变成红色，并把信号反馈给机器人R2，传输到机器人R2料片已经吸住，可以执行下一步。于是，机器人R2吸着料片离开整理台，向两张检测的位置前进。真空传感器的作用在于保证机器人R2吸住料片。

图1 自动化冲压线工作流程

图2 R2工作流程

图3 R2取料

第二步，两张检测。如图5所示，此时机器人R2已经带着料片来到了两张检测的位置进行检测。两张检测的目的在于检测机器人所吸料片的厚度，保证只有一张料片进入压力机P1进行冲压。如果检测装置检测正常，只有一张料片，则传感器显示绿色，表示检测合格，机器人R2执行上料程序。否则传感器显示为红色，机器人P2执行扔料程序。

第三步，上料、冲压、离开。如图6所示，如果两张检测确认机器人R2只吸到一张料片，则机器人R2会带着料片来到压力机P1冲压区域外进行等待，这里是为了保证机器人只有在安全情况下才进入冲压区域。

如图7所示，当压力机在350°～10°、机器人R3不向压力机P1取料、压力机P1无料片等条件同时满足时，会反馈信号给机器人R2要求机器人到压力机P1模区放料。于是机器人R2带着料片来到压力机P1模具的上方。这是个保护条件，保证机器人R2不在压力机P1冲压时放料，机器人R2不在机器人R3取料时放料，不在压力机P1上有料时放料，这就是上文所述的安全保护情况。

如图8所示，当机器人R2带着料片来到模具上方时，会输出一个信号给真空泵，要求关闭真空泵，停止吸气。与此同时，真空传感器进行监控。如果真空传感器无信号，并显示为绿色时，表示料片已放下。此处真空传感器的作用在于保证料片落在冲压区域。

如图9所示，当真空传感器没有感应到吸气时，则机器人R2会直接接收到确认料片落在模具上的信号，于是机器人R2离开冲床工作区域等待整理台下一次给机器人发送取料信号。在机器人R2离开后，会发送信号给压力机P1，表示它已到了安全区域可以冲压了。当压力机P1收到信号时，执行一次冲压。此次也是起保护作用，保证冲压时无机器人放料取料，保证设备安全。

第四步，机器人R3取料。如图10所示，与此同时，机器人R3在压力机P1冲压区外等待。当压力机P1冲压一次过后会给等待的机器人R3发送一个信号。当压力机P1在350°～10°且压力机P1上有料、机器人R2不向压力机P1放料同时满足时，机器人R3开始动作进行取料过程。取料原理同机器人R2取料过程。这样，机器人R2的取料、检测、上料、冲压完成一个循环，这一循环就简单介绍清楚了，该种信号的交流方式适用于整个自动化系统。

3.机器人R2动作PLC控制原理详解

在取放料工作过程中，我们对机器人R2的工作流程做了一个简单的PLC动作解析。但要深入了解机器人与PLC、压力机之间信号的联系，或以后对自动化系统进行改造、优化，我们要对机器人和PLC的内部程序进行了解。因此，我们抠出上节机器人R2运动过程中的上料、冲压、离开这段内容，在程序层面上进行更深入的分析。机器人R2的上料过程从两张料片检测合格后讲起。

图4 R2吸料

图5 两张检测

图6 R2等待冲压

图7 R2上料

图8 放料

图9 冲压

图10 R3取料

如图11所示，两张检测合格后，PLC会输入一个信号给机器人，于是机器人R2执行内部的上料程序，如图所示机器人内部程序跳转到0040 *OK开始。然后机器人R2运行到压力机P1冲压区外部，并停止等待，等待信号IN10，IN10就是触发机器人R2执行上料程序的信号（MOVJ为机器人内部使机器人运行到目标位置的程序）。

如图12所示，在PLC内部程序中，当压力机P1在350°～10°、机器人R3不向压力机P1上料、压力机P1上无料片3个条件同时满足时，压力机会对PLC输出信号Y379（IN10），这就是机器人R2在冲压区外所等待的信号IN10，并且该信号会通过PLC输入机器人R2。这段程序的意思就是说当满足以上条件时，压力机P1会告诉机器人R2现在可以进入冲压区域上料了。

如图13所示，回到机器人内部程序，当机器人R2接收到信号IN10后，会执行内部程序，输出信号OT10，这个信号起反馈、保护作用，意思是说在发出这个信号后，机器R2上料这段过程中，压力机P1不允许冲压并且机器人R3不允许向压力机P1中取料，这样就保证了机器人和压力机之间不会因为信号冲突而导致危险事故。在发出信号OT10后，机器人R2执行内部程序，带着料片运动到压力机P1模具上方。

如图14所示，在机器人R2吸着料片到达压力机模具上方的时候，会输出信号OT16，并把OT16输入到PLC，然后经过PLC输出信号Y36B，Y36B会把机器人R2上的真空泵关闭，使其停止吸气，并停下等待。于是，料片会落在压力机1的模具上。

如图15所示，机器人R2上的真空传感器始终保持监控。当料片落下时，真空传感器会监控无料片，使PLC常闭软原件X349通路，直接输入信号X349给PLC。于是PLC输出信号IN16，并输入IN16给机器人，告诉机器人料片确实已经在模具上了，可以进行下一步动作。这就是机器人放完料片后停下等待的信号。

如图16所示，接收到信号IN16后机器人R2执行内部程序，离开冲压区域，并输出信号关断之前进入压力机P1时所发出的信号OT10，告诉PLC它离开了，从现在开始起压力机P1的冲压与机器人R3的取料都是允许运行的（OT10是机器人R2进入压力机P1时所发出的信号）。

如图17所示，此时机器人R2回到原点，并发送信号OT11给PLC，然后该信号经过PLC内部的一段转换输出Y150，并通过PLC输入给压力机P1。在压力机P1接收到信号Y150时，则执行一次冲压动作。至此，机器人R2完成上料、离开、冲压的程序过程。

图11 等待信号

图12 R2上料满足条件

图13 R2上料

图14 R2放料

图15 R2放料完毕

图16 R2离开冲压区

图17 P1冲压

4.自动化冲压线的维修及故障排除

自动化冲压线由1台PLC控制柜、4台压力机、6台机器人、1台工作台、2台堆垛台、1台整理台所组成的生产线。因为面对的是由十多台机器所组成的生产系统，所以直接通过传统机械维修、排查故障的方法在自动化线上会显得捉襟见肘。有时生产线突发故障，报警或是停机可能会让维修人员纠结很久才找出问题所在，严重降低了维修效率，影响生产。因此，在遇到问题时，我们需要通过对PLC监控的方法，利用PLC程序使我们知道是哪一台机器引发的故障，并细化到哪一部分，然后针对该机器进行相应的维修。其中，在PLC程序的网络205和网络290是报警、暂停的主干程序，在故障发生时，我们可以首先对这两个网络进行观察然后找出问题所在。

下面以一个例子作为说明：假设自动化系统在运行过程中突然停止工作。如何通过对程序监控找出相应的问题，并把故障排除。图18通过对PLC程序的监控，我们可以发现，在网络290中的输出M520（机械手暂停）有输出。于是往前推理，发现只有中间继电器M88（吸附错误）才是接通M520的那个软原件。因此可知，机器人吸附错误是导致此次暂停事故的原因。

如图19所示，于是我们针对M88进行查找，并找到网络345，这是输出M88（吸附错误）的程序。通过推理可以知道，M88是由时间继电器T201通路所触发的。由此可知，这次事故是由机器人R1吸附错误引发的。

如图20所示，继续对时间继电器T201进行查找，我们可以追述到网络3430，并发现X31C（机器人1吸附错误监视）是这次报警事故的源头。针对X31C展开调查，知道这是机器人R1在吸料的过程中所发出的监视信号，是常通的。所以，中间继电器M371在机器人R1吸料的过程中也应该是常通的，所以回到网络3493，要想不让M201触发并输出报警，只有使X309机器人R1的真空传感器的常闭触点开路，才能使整个线路断开，PLC才不会输出报警。

可得出3个推论：①机器人R1在吸料过程中没有把料片吸住或在运送过程中料片掉落导致的停机。②机器人R1的真空传感器损坏或是不灵敏导致的停机。③真空泵没有吸力导致的停机事故。这样，我们就可以通过这3个推论进行排查，解决此次停机事故，以上就是通过对PLC程序监控对自动化生产线故障做排查的方法。通过这种方法可以使维修工作变得更加安全、高效。