打捆机器人在棒材生产线功能的开发应用

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【摘 要】本课题针对打捆机器人打捆质量下降问题，对其功能重新进行研究开发，通过从CPU的信息通信能力、模板型号和操作站的设定、软件编程方面完成仿真模型，以实现模仿真人自动打捆的功能。

【关键词】模板；通讯；功能

1 前言

中小型车间棒材生产线的码垛机将成品的钢材按着一定的形式码垛，完成之后再由活动筐移送至成品辊道上，由三个打捆机器人负责完成打捆功能。打捆完成之后启动成品输出辊道，把成品捆送到称重站称重。

成品输出辊道上每相邻的两个辊子之间设定一个打捆位置，共有22个，打捆机器人只能在该位置对移送过来的钢材进行打捆，具体的打捆位置和道次是由操作员根据工艺的要求在操作站上设定参数来决定，打捆机器人通过参数设定决定何时何地打捆。

2 存在问题

中小型车间轧机生产线从瑞典ABB 公司引进，经过几年运行，车间的棒材产量是原设计能力的2倍，轧制速度也越来越快，码垛区三个打捆机器人的打捆能力越来越影响车间生产节奏；又因模板的型号单一， ABB公司已停产多年，现在只能购买和使用库存备件，可靠性极差；再加上原来软件设计不合理，打捆定位、打捆道数、捆线松紧、夹送辊和五轮均不能实现自动运行，必须有专人操作，严重影响生产。由于有人工干预存在，经常出现打捆质量不符合美标、英标要求，甚至出现退货现象，影响了莱钢的声誉。

基于上述原因，需对打捆机器人功能进行开发，以满足日益激烈的市场竞争的需要。

3 打捆过程工艺概况

生产线共有三个打捆机器人，位于捆材传送辊道的旁边，并排安装在滑轨上，分别在1台液压电机的驱动下沿着滑轨水平移动。每台打捆机器人主要包括前后移动小车、打捆头、线复原系统和液压系统。其中打捆头包括手臂、5#轮、拧紧头、喂线系统（指夹送辊、线导卫、入口钳、剪子等）。

3.1 小车

小车安装在导轨上，其移动由一比例电磁阀控制的液压缸驱动。小车上装有一个绝对值编码器来确定其所在位置是否与要求打捆位置相一致。

3.2 打捆头

打捆头通过液压装置，可以水平或垂直移动。打捆时，打捆头将水平向前、向下移动，靠近捆材；打完捆后，将向后、向上移动，为小车移至下一个打捆位置做好准备。

3.3 线复原系统

线复原系统用于喂线时的线张力控制，并送出足够量的线。上面的两把钳子为输入钳和输出钳，用于喂线和线复原操作控制。输入钳位于捆线线盘和线复原缸之间，输出钳位于线复原缸和夹送辊之间。如果输入钳开，则输出钳关，反之亦然。

3.4 液压系统

在每个打捆机器人的小车上，有一个液压设备用于移动小车和执行打捆周期。每一个打捆机器人开始运动前首先根据自己编码器的检测位置确定是否在打捆位置，并根据参数算出自己所分配的捆数和运动方向，这些数据处理完毕后，再执行每一个具体的动作。

4 硬件配置及软件编制：

4.1 硬件配置

为使打捆机器人的通讯速度和数据处理速度能够满足车间的工艺要求，并使模板型号具有通用性，以利用仓库大量积压的模板，经过对比各种处理器速度和容量，决定采纳MP90系统作为打捆机器人的控制器。它是一个具有逻辑控制、模拟信号处理和反馈控制功能的过程站。过程站包括高性能16/32位微处理器的CPU模板（PM633）一块、电源模板（SA610）一块、通讯模板（CI670）一块、模拟量输出模板（AO610）一块、数字量输入模板（DI620）一块、数字量输出模板（DO610）一块。

CPU模板上有系统信息和故障代码的诊断显示，并有两个串行的接口，CH1用于与MP220编程器相连接，从而使两者进行通讯；CH2用来通过RTU协议，与基于PC机的操作站交换数据。在本系统中未用到CH2。

三个打捆机器人的MP90系统与主控室内主处理器MP200/1系统之间通过通讯模板（DSCS131）和调制解调器（DSTC452）进行通讯。图2为硬件配置图。

4.2 打捆过程的软件编制

编程语言采用ABB AMPL 语言，它具有功能化、模块化、简单易学、容易查找故障等特点，充分利用此语言中的功能图编辑器FCE 来编程，这种方式更为直观、便捷，可在线或离线编程、调试。

为了更好的方便操作，还开发了人机接口画面用于设备的选择和打捆位置的选择。在画面上填写“1”表示选择，“0”表示不选择；位置i对应的位置值VAL（i）的单位是毫米（mm）， 其基准位置（零位）在B区最右端。图3为人机接口画面。

为了准确地为每一个打捆机器人定位、确定打捆方向、打捆数目，采用二维表和队列两种数据结构对其进行处理。

（1）设定数据的预处理：根据设定的成品长度，确定所使用表的编号，把人机接口画面上的打捆标志依次写入该表的第一列的22个位置，再根据A区和B区是否选择对打捆标志进行处理：如A区未选择，把表内A区的11个打捆标志POS（12）到POS（22）全部清零，B区也作同样的处理。

（2）分配打捆位置和数目：首先，根据操作设定及设备状况确定可用的打捆机器人的数量。只要操作员选择，而且无其它设备故障，就认为该打捆机器人正常。如果处于中间位置的2#打捆机器人不能使用， 即使其余两个均正常，也只能使用其中一个。然后，为打捆机器人确定起始位置start（i）和终止位置stop（i） （i=1， 2， 3）。

5 系统技术特色

纵观国内所有捆材的打捆处理，一般都是人工处理，较先进的就是静态打捆，如杭钢、邯钢的棒材生产线。这种使用打捆机器人动态打捆是国内唯一的仿真打捆处理。

（1）打捆机器人的处理器使用PM633代替PM630，数据处理更加快速，提高打捆能力。

（2）程序模块化结构，简单明了，层次清楚，便于阅读和修改。

（3）检测位置使用精度可达到毫米的CE65-M编码器检测，定位更准确。

（4）根据操作要求开发了人机对话界面，更容易方便方便生产。

（5）打捆机器人仿真动作，打捆质量有了较大提高，符合美标、英标标准要求，更易进入国际市场。

（6）接地系统使用双接地，即PLC接地与柜壳接地相隔离，与其他接地系统也单独分开。

（7）模件及通道状态显示灯易于错误诊断。

（8）支持电源及总线介质冗余，可无扰动切换。

（9）系统的通讯线都经过屏蔽处理，具有工作保护和很强的防干扰措施。

6 改进效果

该项目实施后，节约了人力资源，提高了打捆机器人的打捆生产能力和质量，减轻了工人的劳动强度，取得了显著的社会效益。

参考文献：

[1]马纪明，付永领，王亮.S7-200PLC在全自动打捆包装机器人中的应用.电气自动化，2004.

[2]李晓光，马净，周丽萍，陈向峰.打捆机器人的开发与应用.机器人技术与应用，2003.