Softlog软件在杜尔机器人转速故障分析中的应用

卞奇立，吕振宇，张佳樑

（上汽大众汽车有限公司，上海 202110）

0 引言

Softlog软件是德国杜尔公司推出的一款机器人应用分析软件，主要功能是记录机器人RPC（Remote Process Call，机器人过程控制器）内部信号值，包括工艺单元、运动单元等。Softlog软件对于现场故障判断以及问题分析有很大帮助，可以图形化显示机器人在工作过程中各信号的变换，以及故障发生时信号的实时情况，维修人员可以根据这些信号波形以及参数设置来判断报警产生的逻辑，为故障分析提供强大的数据支撑。

转速控制系统是杜尔机器人非常重要、较为复杂的系统，故障率也较高，一旦发生故障就会对产量和质量产生很大影响。通过现场多次故障的分析、经验的积累，总结出转速系统内不同元件出现问题时RPC接收到的转速变化的波形特征，故障发生时通过Softlog软件对转速进行监控，找到故障特点之后快速解决问题，可以有效缩短故障判断时间。

1 喷涂机器人转速控制原理

杜尔喷涂机器人转速控制系统主要包括转速调节部分和转速反馈部分，其中比例阀是转速控制的核心部件，它根据光电转换器反馈的实际转速来控制驱动空气的量，对气马达转速进行调节。轴承空气类似于机械转轴的轴承，将空心转轴平衡地支撑在石墨套中，降低空心轴和石墨套的摩擦力。刹车空气电磁阀也由比例阀控制，当设定转速突然降低时刹车电磁阀打开，刹车空气对高转速中的气马达进行制动，保证气马达在短时间内转速下降到设定值。为了防止大流量的驱动空气流过气马达时带走热量，雾化器温度降低，导致雾化器外表产生冷凝水，比例阀输出的驱动空气是需要经过加热的，空气加热器温度设定在50℃。转速反馈由气马达测速码盘、光纤、光电转换器组成，其中光电转换器将一定频率的光波转换为对应的电信号传送给比例阀。

图1 转速控制系统原理[1]

现场轴承空气的手调阀压力设置在6.5～7.0 bar（0.65～0.70 MPa），压力检测开关的报警下限值设定在5.5 bar（0.55 MPa）。气马达如果石墨套磨损严重，转轴和石墨套缝隙会变大，导致轴承空气泄漏，轴承空气管路里面的压力下降，压力检测开关检测到的实际压力小于5.5 bar（0.55 MPa），从而触发报警“YMLL1 is on but there is no pressure on initiator BMLD1”。

刹车空气压力设置约为5.0 bar（0.50 MPa）：大于5.5 bar（0.55 MPa）则旋杯容易在减速时松动脱开；小于4.5 bar（0.45 MPa），则旋杯减速时间过长、容易触发转速高报警。

2 常见的转速故障及影响因素

常见的转速故障主要有3种：①转速偏低，“Device BML has reached lower alarm limit”；②转速偏高，“Device BML has reached upper alarm limit”；③转速低于主顶针打开所需要的转速，“HN1 can not be turned on because no speed release”。

现场常见的转速故障大体可以分为两大类，分别是检测回路故障和调节回路故障：前者的影响因素有光电转换器、测速光纤、光波导管、气马达等，后者的影响因素有比例阀、空气管路（ML1、ML2、MLL、BR）、气马达、旋杯等。

3 Softlog软件在转速问题分析中的应用

下面根据现场发生的转速故障情况，分析转速故障时RPC接收到的转速波形变化的两种规律。

3.1 情形1：转速上下波动很大，瞬时变化，周期为毫秒（ms）级

这种情况可以断定是转速反馈回路故障。

（1）RPC接收到的转速瞬时变低的，可重点考虑光纤或光波导管问题。若报警是固定位置，优先考虑光纤问题，机器人运动到某个特定位置时，光纤弯折或者受挤压，影响了光波信号的传输。

从图2可以发现，在RPC接收到的转速第一次发生瞬时变低时机器人出现转速报警，雾化器使能关闭，设定转速降为0。经过多次的瞬时上下振荡之后，RPC接收到的转速呈平滑的曲线下降。在这个过程中，旋杯实际转速肯定是缓慢下降的，应该和图中呈下降趋势的平滑曲线接近，RPC接收到的多次瞬时降低的转速不能代表当时旋杯实际的转动速度，此时是由于转速反馈回路出现了故障。故障复位之后，雾化器使能开启，设定转速恢复，机器人继续开始工作。

图2 二线BC ESTA R21测速光纤故障时RPC接收到的转速波形图

从图3可以发现，RPC接收到的转速在周期性地发生瞬时变化，但是机器人没有出现报警（设定值没变），这和BML1监控参数设置有关。但是此时需要注意，比例阀从光电转换器接收到的转速也和上图一样，此时比例阀肯定会对转速进行调节，旋杯实际转动的速度虽然不会与图3的曲线一致，但是肯定会发生波动，实际波动多大无法得知，波动的转速就会对喷涂质量产生影响。车间生产过程中发生过光电转换器损坏时机器人无转速报警，相关喷涂区域色差超标的问题无法彻底解决，但是可以优化BML1监控参数设置（图4）。

图3 二线BC ESTA R22光波导管损坏时RPC接收到的转速波形图

图4 BML1报警参数设置

对转速监控的参数主要包括两部分，PCU1/AirFlows/BML1里面定义了MinTurbineSpeed，这个值代表主顶针打开需要的最低转速。PCU1/AirFlows/BML1/MonitorStatic主要监控实际转速相对于设定转速的偏差。图3中机器人不出现转速报警是由于机器人设置的超时时间较长，而转速变化的周期很短，不会激活报警。此时可以降低TimeoutUpperAlarm和TimeoutLowerAlarm的值，为避免设定转速变化时误触发报警，同时需要增大TimeIgnoreDifference－Down和TimeIgnoreDifferenceUp。

（2）RPC接收到的转速波形在设定值附近上下震荡现象明显的，可以重点考虑光电转换器问题。现场光电转换器损坏时，转速波形如图5所示。

图5 BC ESTA R11转速光电转换器故障时RPC接收到的转速波形图

3.2 情形2：RPC接收到的转速变化平缓，波形平滑，不存在剧烈振荡

此时RPC接收到的转速能够真实反映旋杯的实际转速（图6）：如果是转速下降速度太慢，可以考虑检查比例阀、刹车空气管、刹车空气压力等；如果是转速难以上升到设定值，可以考虑检查旋杯、雾化器（气马达）、比例阀、驱动空气管，顺序由易到难。如果报警是固定位置，优先考虑驱动空气管。

图6 BC ESTA R22旋杯损坏时RPC接收到的转速波形图

从图6可以发现，由于旋杯中心块损坏，旋杯在高速旋转时严重影响气马达动平衡，导致气马达难以达到设定转速。经过几秒时间，实际转速就出现下降，机器人出现报警，设定转速变为0。这种情况下尤其需要注意，多次复位会对旋杯和气马达造成不可逆转的损伤甚至彻底报废。

4 总结与提高

以前出现转速故障时，一般是直接更换部件，由易到难依次为旋杯、雾化器、光电转换器、光纤、比例阀等，直到换好为止。

采用Softlog软件后，故障发生时可以对RPC接收到的转速进行监控，观察机器人出现转速故障时转速波形，根据转速波形情况将转速故障分“瞬时变化”和“缓慢变化”两类，分别可以归结为“反馈回路故障”和“调节回路故障”。旋杯的实际转速存在变化，但是需要时间，无法在几毫秒之内出现几万转的突变。反馈回路故障时，RPC接收到的瞬时变化的转速不能代表旋杯实际转速，此时反馈系统无法将实际的旋杯转速进行转换，光信号和电信号可能存在时有时无的情况。例如：光纤损坏时，无法将光波信号传递给光电转换器；光电转换器内部电子元器件老化，无法正常将光信号转换为电信号。

根据上述经验总结，同时兼顾更换各部件的时间，尽量缩短总的故障抢修时间，制定了如图7所示的转速故障排查思路。在遇到转速故障时，建议采用用时较短的Softlog软件协助故障分析。

图7 转速故障排查思路[2]

喷涂机器人不仅是油漆车间的重要设备，同时也是影响车间OEE（Overall Equipment Effectiveness，设备综合效率）的主要因素，降低故障率非常重要。在日常故障抢修中，有些技术人员经常会走一些弯路，或者说在故障发生时没有进行深入分析，只是对可能原因逐个排查，这其实是个很大的问题。Softlog软件功能很强大，目前被人们接触、应用的只是其中很小一部分，在今后的工作中有望被进一步深入使用。