矿用设备防爆接合面打磨柔性系统初步设计方案*

李庆章，石　昊

(1.阳煤集团 阳泉华越八达矿用电气制造有限公司，山西　阳泉　045000； 2.山西工程技术学院，山西　阳泉　045000)

0　引言

阳泉华越八达矿用电气制造有限公司是一家进行矿用设备生产、安装和维修的公司，在生产过程中一个重要的环节是对矿用设备的防爆接合面进行打磨，以保证设备的防爆和隔爆性能符合国家规范。但在打磨过程中存在着以下问题：矿用设备体积庞大沉重，搬运和固定都比较困难；人工打磨效率低下，精度较低；打磨过程中会产生金属粉尘污染和噪声污染，生产环境恶劣，对工人的身心都会造成损害。

为了解决上述问题，本文设计了矿用设备防爆接合面打磨柔性系统，把工人从繁重恶劣的工作环境中解放出来，实现整个打磨过程的无人值守化，从矿用设备的搬运、固定、打磨到车间的通风除尘等所有生产环节完全由系统自主完成。

1　系统总体设计要求

本系统最终要利用多种机器人和机械设备，实现整个矿用设备防爆接合面打磨车间的无人值守生产模式，从矿用设备进入车间开始，就由搬运机器人将设备接管，自动运送至打磨机器人处打磨，打磨完成后再由搬运机器人运送出车间，期间通风除尘设备会依据打磨设备的工作状态自动调整工作模式，保证车间生产环境的安全。本系统对整个生产过程具有自主决策和判断的能力，约束每台设备的动作流程，引导所有设备配合工作，预防生产过程中可能出现的各种问题；当系统出现无法解决的故障时，及时向值班人员发出警报，同时采取补救措施和安全防护措施，保证人身和设备的安全。总之，系统需要实现的功能包括运输、装卸、夹持、打磨、通风、除尘、监控、报警等。本系统构成如图1所示。

图1　矿用设备防爆结合面打磨柔性系统结构框图

2　系统硬件设计分析

2.1　机器人

根据系统功能要求，需要采用2种类型的机器人，搬运机器人和打磨机器人。搬运机器人负责接收、固定和搬运打磨对象，因为打磨对象都是煤矿井下设备，重量基本都在200 kg以上，所以搬运机器人要有足够的承载能力和固定能力，而且要求搬运机器人能够精确灵活地规划行驶路径，基于上述要求系统拟采用AGV机器人。打磨机器人的主要工作是在打磨工作台接收并固定好打磨对象后，完成对打磨对象的打磨，因为井下设备有严格的隔爆要求，而针对防爆接合面的打磨是保证设备隔爆能力的一种重要手段，所以打磨机器人的打磨精确度要严格保证。为了保证工作效率，搬运机器人和打磨机器人各2套，各自独立工作，互不影响。本设计方案的车间布局如图2所示。

2.2　通风除尘系统

在打磨过程中会产生大量的金属粉尘，会对人员和设备造成严重的危害，因此就要求除尘设备必须和打磨工作台紧密结合，在打磨过程产生粉尘的同时，除尘系统实现对粉尘的引导和收集，并完成尘气分离的任务，对粉尘回收处理，防止其对车间和厂区周围的大气环境造成污染。

2.3　控制系统

本方案拟采用PLC为核心控制设备，所选PLC应具有模块化结构，完善的运动控制功能和强大的通讯功能，抗干扰、抗震动冲击性能好，而且有较多的成功应用案例可以参考，能够满足本系统的控制要求。控制系统要能够控制机器人和除尘系统完成对打磨对象的搬运和打磨任务，同时能够应对处理可能出现的故障和紧急状况，并且把系统的运行情况实时传输给远程监控设备，以便于值班人员实现远程操控。在车间内设置控制室，如果有特殊要求或者出现了故障和紧急情况，可以由值班人员在控制室进行手动操作。

2.4　监控报警系统

监控报警系统要求能够实时监控通风除尘设备和机器人的运行状况，并且检测整个车间的生产环境，一旦出现故障立即报警；控制系统根据不同的报警信号进行故障处理，同时将故障通知值班人员。

3　工作流程设计

整个系统包含了多个自动运行的机器人，每个机器人有各自的工作任务和各自的运动轨迹，因此，在规划工作流程时，应考虑到整合所有机器人的动作顺序，还需解决机器人的运动轨迹在空间上的重叠问题。

系统总流程图、搬运机器人搬运流程图、防爆接合面打磨流程图、搬运机器人复位流程图分别见图3～图6。

图2矿用设备防爆接合面图3系统总流程图打磨车间布局图

图4搬运机器人搬运流程图5防爆接合面打磨流程

4　建模仿真

本方案拟采用工业机器人仿真软件对所有生产设备和整个生产流程进行系统仿真，验证其可行性和稳定性，然后再进行实际生产改造，以缩短设计和调试的周期，并防止资源浪费。系统仿真流程如图7所示。

图6搬运机器人复位流程图7系统仿真流程

5　结束语

本方案中涉及到的核心技术，目前都已经有实际应用案例，比如打磨机器人、搬运机器人、通风除尘设备等均已处于应用阶段，但是将这些设备融合在一起形成可以实现整个生产过程无人值守的柔性系统的案例并不多见。

本系统若成功投产，可以将工人从繁重的体力劳动和恶劣的工作环境中解放出来，提高防爆接合面的打磨效率和打磨精度，保护工人的身体健康，体现了以人为本的精神，并可以为企业带来更大的经济效益。由于在制造业中类似的打磨工作非常常见，因此本系统可以在适当改造后应用到更多的行业和企业当中，有着比较广阔的应用前景。

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