智能制造平台安全措施应用研究

李倚剑

摘   要：文章根据智能制造平台建设中遇到的柔性生产线加工和运储系统安全问题，依据安全要求，提出了几种电气控制安全措施，并应用到平台建设中，有效保证生产制造过程中的设备安全和人员安全。

关键词：智能制造;柔性生产线;工业安全

随着德国“工业4.0”、美国“工业互联网”及我国“中国制造2025”的提出，智能制造、自动化装备等细分产业得到重点关注[1]，建立智能制造平台可有效缩短生产周期、提升生产效率，为企业智能制造化水平的提升带来长远效益。同时，研究智能制造平台也成为很多学校和科研单位的重点，研究系统安全措施更是无法回避的问题，安全生产形势仍然严峻[2]。保证柔性生产线电气控制系统有效协调运行，设备的安全、稳定，保证人身安全，避免安全事故出现始终是重中之重。

1    智能制造平台的组成与安全要求

1.1  智能制造平台组成

智能制造平台主要由加工和运储系统组成，用于水晶纪念碑的生产制造，如图1所示。

两台数控机床主要完成从毛坯料到底座的加工工作，搬运机器人主要完成物料传输过程中的搬运、抓取等工作。分拣机器人安装视觉识别系统，对物料进行拍照识别，分拣物料底座毛坯和水晶，所有工业机器人全部通过工业网络与控制器进行实时通信，由控制器控制机器人完成全自动运行。水晶激光雕刻机通过工业总线与系统相连，在系统调配下保持节拍。

运储系统由两台复合型无人搬运车（Automated Guided Vehicle，AGV）和立体库组成，AGV负责物料和成品的转运，立体库用于物料和成品的储存，实现物料从毛坯底料到成型出库的全自动生产流程。

1.2  智能制造平台的安全要求

全套系统实现手动和自动控制，不仅要满足基本生产，还要兼顾教学要求。

设备安全提出如下要求：（1）在手动与自动切换过程中要保证物料信息变化准确，手动放置和取走物料不能影响生产流程或者造成撞击。（2）机器人在运行过程中，多个机器人有交叉区域，在交叉区域中要避免碰撞并保证时效。（3）在机床和雕刻机工作过程中，保证机器人不动作。由于设备的开关门工作也由机器人完成，因此，还要保证关门后设备才能正常工作。

人身安全提出如下要求：（1）设备全自动运行过程中，人员不能进入生产和运储区域，如果误进入设备需要停止工作。（2）AGV运行过程中要保证不碰到设备和人员，手动运行过程中遇到前方人员需要及时停止。（3）避免由于人员误操作而引起的人员和设备损伤。系统运行过程中，出现任何意外情况都需要停止运行设备，并报警等待处理。

2    智能制造平台的安全措施

2.1  分布式的控制程序编写

智能制造应该着重思考“智慧化”，而不仅是“自动化”[3]。柔性生产线的自动流程程序的编写往往采用顺序流程法，按生产工艺分步骤完成，虽然满足自动化生产要求，但往往会使流程运行难以复现，遇到报警或设备故障时也无法重新加载之前的联锁流程，带来新风险。

本系统在程序设计和编写时采用分布式设计方法，将各个设备按区域和功能划分，独自区域内执行分布式子程序，在自动程序运行时，程序之间的关联不再通过上一步流程判断，而是由独自区域内的状态信号判断。无论是状态切换，还是设备报警后的复位，机器人和各设备的运动完全由区域状态量决定，危险状态下，联锁保护不会消失，有效避免了因流程中断可能带来的设备安全隐患。

2.2  区域联锁保护

两台机器人工作区域存在重复情况，因此要避免两台机器人同时在相同区域工作，机器人出入时设备也要保证设备正常运行。本系统中，针对控制核心设备机器人的工作区域进行了标定和判断，对机器人运行空间进行分割。当某一机器人进入标记好的工作区域后，通过工业以太网传递给周围机器人和设备，避免其他设备进入相同区域，只有当该机器人移出该区域后，其他机器人才可以进入，并在进入后再次标记，达到区域联锁保护的目的。而控制器同样通过通信网络接收信息，协调调度，使工作区域利用最大化。在保证安全的前提下，不降低或者少降低工作效率，采用设备间区域联锁保护很好地处理了设备间交叉运行问题，将数字量的联锁提升到区域化，很大程度上解决了设备在空间层面上互相干扰的问题，提高了设备的生产安全。

2.3  冗余保护机制

在机器人拟人操作、物料识别、物料位置判断、物料存放等多个环节均采用了冗余化保护原理，对关键过程进行二次甚至多次校验，充分保证流程的可靠运行。在手动与自动切换过程中，虽然机器人的动作已被系统记录，但可能存在人为改变物料的情况，此时，若人为已放料而机器人再次放料可能会导致料品和机器人损坏。本系统中冗余校验方法采用了差异化思路，在物料位置安放传感器进行检测，料品位置无法安放传感器的地方需要在机器人上安放传感开关作为二次检测保护，确保物料状态与机器人动作状态相符。

2.4  激光防碰撞保护

转运过程中AGV运行安全至关重要，无论碰撞到设备，还是人员都会给企业造成重大损失，本系统在AGV前后各加置一个扫描范围为270°的激光防碰传感器，利用激光传感器感知AGV运行区域，设置激光防碰传感器检测3个区域，从外至内为：减速区，警示区和报警区。减速区为270°范围扇形，覆盖车前及左右周围区域，保证AGV在行进和侧移运动时都能受到保护，当有物體和人员进入保护区域，传感器发出信号，控制器控制运动系统减速。警示区为二重保护区，也为270°范围扇形，进入警示区后，控制AGV速度为0。报警区是近距离接触区，是为防止报警区失灵的近距离冗余防碰撞区域，直接接入系统安全继电器，当该区域检测到物体时，切断主运动控制接触器，AGV立即停止，该区域为近距离区域，是最后一层保护，具体激光防碰区域设置如图2所示。

3    结语

智能制造平台中柔性生产线的安全措施是一个系统工程，在系统硬件和软件上都需要安全防护措施。近年来，我国生产安全事故频频发生，伤亡人数居高不下[4]，而任何安全、任何措施都需要通过不断地应用去验证。本文针对智能制造平台中的应用提出安全要求，结合实践做出具体可行的方案，并已经应用，同时也是提醒设计和操作人员增强安全意识，保证设备和人员安全。

[参考文献]

[1]陈运军.基于工业机器人的“智能制造”柔性生产线设计[J].制造业自动化，2017（8）：37.

[2]王飞跃，徐志胜，潘游，等.企业生产安全事故应急救援预案编制技术的研究[J].中国安全科学学报，2005（4）：25.

[3]佚名.传统制造思维必须做出变革以应对“智慧工厂”的新形势[J].智慧工厂，2017（8）：49.

[4]邢娟娟.重大事故的应急救援预案编制技术[J].中国安全科学学报，2004（1）：120.

Abstract：In this paper， according to the safety problems of flexible production line， combination with safety requirements， several electrical control safety measures are put forward， and applied to the platform construction. These measures effectively ensure the safety of equipment and personnel in the manufacturing process.

Key words：intelligent manufacturing; flexible production line; industrial safety