工业机器人抓手气缸状态及动作时间分析
2022-05-10胡觉醒孟令丰
胡觉醒,乔 慧,孟令丰
(吉利汽车集团有限公司 智能制造部,浙江 慈溪 315300)
在电气自动化控制中,可编程控制技术因能够充分提高电气自动化程度及控制系统的工作效率被广泛应用。可编程控制技术与先进的计算机系统相结合,极大拓展了电气自动化控制的应用领域。作为当前电气自动化控制的核心技术,可编程控制技术具有非常高的灵活性和实用性,操作相对快捷方便。随着汽车制造行业自动化水平的不断提高,工业机器人在自动化制造行业扮演着重要角色,对工业机器人状态信息获取和抓手气缸动作时间监控也是必然趋势。工业机器人代替人,先决条件就是可以通过可编程控制技术来分析展示工业机器人抓手气缸、零件检测信号状态,缩短必要的人工干预时间。再通过对运行中工业机器人抓手气缸动作时间的监控,来分析工业机器人抓手气缸动作时间,预测性维护抓手气缸,提升机器人运行效率。
1 工业机器人抓手气缸状态及动作 时间概述
1.1 工业机器人抓手气缸状态及动作时间监控的重要性
单从工业机器人监控抓手气缸状态,报错提示信息不能快速的定位具体气缸。目前,工业机器人对报警信息显示能力有限,也没有从维护角度出发监控气缸相应动作时间。通过可编程控制器编译触摸屏画面,监控抓手气缸状态和动作周期时间,能直观发现异常气缸位置,缩短故障排查时间,预测性维护抓手气缸状态。目前,对于工业机器人抓手气缸状态及动作时间监控定义各项指标的内涵如下。
1.1.1 抓手状态工艺点监控
工业机器人在运行生产程序时,除工艺点(抓放件)监控气缸状态外,其余轨迹点不进行气缸状态监控。
1.1.2 抓手状态实时监控
工业机器人在运行生产程序时,一直监控抓手气缸状态(夹紧/打开)。包括抓件到位及放件前的夹紧到位状态监控,和放件到位后打开到下次夹紧前的抓手气缸打开到位状态监控。
1.1.3 抓手气缸动作时间监控
工业机器人抓手气缸电磁阀动作开始计时到气缸状态到位检测信号收到计时结束。
1.2 技术路线与成熟度
利用可编程控制器与工业机器人进行网络组态,打通数据访问通道,再从工业机器人控制器中,获取机器人抓手状态信息,然后利用可编程控制器内高级语言编程,提取抓手气缸动作时间,最后通过触摸屏或外发接口数据的技术路线进行画面展示。此技术路线不仅适用于全新车间,也适用于后期改造车间,该技术已在吉利汽车成都工厂已实现。根据机器人现有的标准程序,进行模块化导入已形成标准。
实例:KukaSmartpad+TIA Portal+HMI/Visual Studio。通过KukaSmartpad 开放KRC中的数据接口。由可编程控制器编程软件TIA Portal提供的高级语言编程方法调用全局变量,通过HMI/Visual Studio将封装数据进行图形化展示的方案。
2 工业机器人抓手气缸状态监控存在的问题
工业机器人本身没有对抓手气缸动作时间进行监控,只会在检测位置检测气缸状态信息。机器人与可编程控制器之间通讯信号有限一般是256位地址,所以机器人气缸状态信息想在可编程控制器的触摸屏画面显示是比较困难的。可编程控制器方面需要扩充地址位,机器人方面需要编程与可编程控制器映射好地址位。
具体工业机器人抓手气缸状态及动作时间监控,画面显示有以下几个方面。
2.1 气缸状态监控不全面
(1)从控制方面来看目前只有工业机器人自身监控,可编程控制器没有监控。
(2)从程序监控来看目前抓手监控只监控抓手动作到位点信号,过渡点信号不监控。
2.2 报错信息不详细
工业机器人自身关于子站抓手报警只提示工件检测不到位,并不提示具体哪个气缸哪个感应器,也不会显示气缸动作时间。
2.3 具体气缸难定位
工业机器人抓手会根据工艺进行不同设计,有的涉及吸盘等特殊工艺抓手气缸特别多,而且位置比较临近,抓手气缸异常报警查看起来比较麻烦,不好定位具体哪个气缸。
2.4 交互信号不够用
对于老的生产基地线体,在前期规划过程中,工业机器人与可编程控制器之间信号交互预留地址一般为256位,后面如果想加抓手气缸状态与之通讯,地址位的预留不足无法实现这一功能。
3 工业机器人抓手气缸状态及动作 时间监控改进措施
针对以上存在的问题,可采用以下改进措施去实施,不同品牌工业机器人可根据自身编程语言在基础上进行拓展及完善,从而达到通过可编程控制器监控工业机器人抓手气缸状态,有效提高工业机器人异常故障排除效率的目的。
3.1 局部监控改为全局监控
工业机器人对于抓手气缸状态会在动作的工艺点位置进行监控,这是各制造企业程序标准所定,其实这种只监视工艺点的状态是不安全的,不能规避员工的误操作和机械结构异常导致的碰撞发生。从技术角度考虑需要在机器人后台添加相关时序逻辑,监视气缸状态,起到时时监控作用,通过触发信号点来开关全局监控变量逻辑如下:
(1)通过运行抓手时时监控触发指令。
dClampSupVisionOn (#ClampCls,#ClampPresent1)
(2)监控气缸对应阀片信息。
SWITCH ClampCheckSpecifier
CASE #ClampPresent1
GrippClsSupSeq[1]=FALSE
GrippOpnSupSeq[1]=TRUE
(3)后台循环程序扫描抓手信号。
bGripper Bk GrndLoop()
(4)时时监控气缸状态。
bGrippClsSupBkGrndLoop()
3.2 触摸屏画面显示气缸状态及动作时间
工业机器人抓手气缸状态及动作时间,在触摸屏显示,需要在工业机器人后台编程定义好电磁阀数量和气缸数量,与之通讯的信号点进行映射,完成高级编程定义好相关变量,可编程控制器上需要编写功能块逻辑和画面编译。
3.2.1 工业机器人方面定义逻辑
3.2.2 可编程控制器方面定义逻辑
图1为时间存储器,图2为计时器。
图1 时间存储器
说明:
V1—V10:输入每个阀片的具体报警时间。
备 注:‘W_XXXX-H_XXXX’(‘W_1500-H_ 1510’)
W_XXXX:到工作位时间
H_XXXX:到原位时间
XXXX:具体时间,单位ms。
格式锁定不可更改。
special_1—special_10:每个具体气缸的报警时间。
备注:‘VXXY-W_ZZZZ-H_ZZZZ’ (‘V021-W_ 1501-H_1512’)
XX=02:第02个阀片
Y=1:第1个气缸
W:到工作位
ZZZ=1 501:报警时间为1 501 ms
H:到原位
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ZZZ=1 512:报警时间为1 512 ms
格式锁定不可更改。
图2 计时器
说明:
V1—V10:现有软件标准的数据块内直接读取机器人动作单元数据。
WORK_1—WORK_10:机器人动作信号,动作。
HOME_1—HOME_10:机器人动作信号,动作。
Display:机器人动作单元的具体动作时间输出到智能制造数据块。
最终形成监控画面图3为气缸状态效果图,图4为气缸动作时间效果图。
图3 气缸状态效果图
图4 气缸动作时间效果图
其中,PT:根据需要设置的警告上限值。ET:当前气缸的实时动作时间。
棒图:即ET,更加直观,可以通过棒图直观看出目前设备运行的动作时间是否良好。(24 000 ms以内是正常动作时间,24 000 ms~28 000 ms是气缸预警时间,28 000 ms~30 000 ms是气缸报警时间)
3.3 创新代码报警-代替交互信号不够用
(1)工件感应器报警:机器人运行过程中,在相应工艺位置检测传感器信号判断是否满足当前状态,如不满足则发出报警代码传送至可编程控制器,可编程控制器将报警代码对应到相应抓手传感器画面上,实施提示。
(2)工业机器人气缸状态异常报警:工业机器人运行过程中,在相应工艺位置进行抓手动作,在动作过程中会监控是否动作到位(打开/关闭到位),如动作不到位则发出报警代码传送至可编程控制器,可编程控制器将报警代码对应到相应抓手气缸画面上,实施提示。
(3)故障报警:可以通过报警代码的编码规则来对应可编程控制器对气缸状态显示如图5代码规划图。
图5 代码规划图
代码编程逻辑如下:
4 实施后优势分析及收益
通过报警代码规则来代替信号点进行画面异常报错展示,通过必要的信号点反馈工业机器人抓手气缸状态,这两部分的分工,就可以在可编程控制器触摸屏上,显示工业机器人抓手气缸状态及报错信息。与传统工业机器人气缸报错方案相比,它的优点和带来必要的改善如下。
4.1 硬件配置利用率
利用原有硬件组合,深入挖掘可编程控制器空闲利用空间,通过编程手段实现自定义计时器计算气缸节拍,避免因利用原有系统计时器增加可编程控制器的循环扫描周期。
4.2 成本投入
(1)工业机器人上只需要在后台定义标准的程序语句作为抓手气缸的状态信号,与可编程控制器交互和映射不需要资金投入。
(2)可编程控制器上只需要添加功能块编写相应逻辑并将优化好的逻辑进行封装,形成标准的功能块程序,后面直接调用功能块即可不需要资金投入。
(3)触摸屏画面组态上不需要资金投入只需要编译画面即可。
4.3 故障定位
以前只能通过工业机器人示教器显示错误信息来判断是否为抓手异常,再到工位里去查找具体气缸耗费工时至少5分钟,现在可以通过可编程控制器查看触摸屏显示抓手气缸状态,且可编程控制器也会显示具体阀片和气缸编号,查看异常信息到定位具体气缸耗时只需要1分钟左右。
4.4 运行效率
解决单方面工业机器人异常报错信息,可以展示多通道的设备详细信息,也解决长线体人员少运行效率低问题,不需要到工位排查故障,通过查看具体画面即可锁定目标位置。且抓手气缸动作时间数据可以准确的知道每台工业机器人动作时间分布,为优化项目节拍提供重要的基础数据。
4.5 人员管理效率
(1)编程人员水平上大大缩短了编辑程序的时间成本,现场无需反复对点。可以一定程度上减少“现场出车后触摸屏画面还在长时间持续更新”的现象。
(2)人员编制上,以前一个线体需要三人,现在只需要一人到两人即可。
5 结束语
综上所述,我们在对工业机器人抓手气缸状态显示在触摸屏触摸屏上时,需要在前期规划中将该功能放入后台作为标准程序。可编程控制器也同样是提前在项目发包前期将功能块封装到离线程序中,并对线体商进行必要培训,避免后期现场修改程序影响生产。将此技术路线所述的功能作为机器人标准软件扩展功能,为后期工业机器人数据采集提供基础数据。通过自主开发的工业机器人抓手状态显示及气缸动作时间,为自动化线体提供高精准的监控。