可编程控制加药机器手的应用技术研究

摘要：文章介绍了一种工业雷管自动装填生产线中的可编程控制加药机器手，阐述了加药机器手的硬件电路、门控系统、软件控制流程和视频监控系统。加药机器手的特点是连线简单，可靠性和可维护性好。

关键词：工业雷管；加药机器手；可编程控制器

中图分类号：TQ016文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0034-02

多工位雷管连续装压药的装置包括装药机、压药机、输送皮带、扣帽机、去模机、自动点漆机等。雷管装填生产线的工位主要包括排管、一遍装药、一遍压药、二遍装药、二遍压药、装起爆药、引压加强帽（压延期体）、扣模、点漆、抖浮药、松模等。

为保证装填生产线的连续作业，装药斗需要有一定的储存药量，而装药又是十分危险的工位，特别是装起爆药，由于起爆药感度较高，因此要求装药斗储存药量不能过多。传统的加药都是在停止雷管装药机的情况下由人工进行，加大了加药工的劳动强度，生产效率低，安全性差。

为了提高生产效率，保证加药工人身安全，设计出了一种可编程控制加药机器手，其与工业数字视频监控系统（DVR）构成了一套视频监控自动加药流水作业系统。

一、硬件电路工作原理

（一）结构与工作原理

加药机器手的结构由加药杯、驱动轮、导向轮、可编程控制器及传感器等组成，其同防爆箱、内防护门、外防护门、上导轨、下导轨及DVR组成了视频监控自动加药流水作业系统，该系统的结构如图1所示。加药机器手取送药的工作过程如图1所示：

1．加药机器手待机状态停放在防爆箱的取药处，此时防爆箱内外防护门均处于关闭状态。

2．加药机器手每完成一次送药过程，返回到取药处时，启动加药音响信号，提示加药工去给加药机器手上药杯，加药工开启外防护门，往加药机器手上药杯，然后关闭外防护门。

3．加药机器手上完药杯后，处于待机状态时，监控室的操作工通过视频监控系统能够观察到药斗里的药量，若需要往药斗里加药时，发出启动信号，先打开内防护门，接着启动加药机器手。

4．加药机器手启动后，将沿着上下导轨向送药方向运动。

5．加药机器手到达送药处时，将在缓冲装置的缓冲作用下迅速停止，加药杯翻转倒药，把药加到药斗里，延时几秒，可编程控制器驱动倒药电机向相反方向运动，实现加药杯的重新直立。

6．待加药杯重新直立，加药机器手沿着导轨向取药方向运动，加药机器手返回防爆箱并且到位后，内防护门自动关闭。

（二）可编程器控制系统

雷管自动装填生产线的每个装药工位由1台加药机器手加药。控制系统采用H型桥式驱动电路来控制直流电机的正反转，从而实现了加药机器手分别向送药方向运动、取药方向运动及加药杯的翻转与重新直立运动。

加药机器手上装配了蓄电池和两个金属传感器，两个传感器分别用于判断加药机器手是否到达取药处和加药机器手是否到达送药处。加药机器手的控制器是可编程控制器，可编程控制器输入输出I/O接口电路如图2所示：

（三）可编程器的输出与电机连接的实现

加药机器手要求能往返运动，加药杯要求能进行翻转与重新直立及加药杯的平稳倒药，都需要对运动电机和倒药电机进行正向与反向的驱动控制。具体电机电气控制电路如图3所示：

图3中采用4个继电器和一个直流电源来实现直流电机的正反转，4个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。具体控制过程如下：

1．当继电器1的线圈得电时，继电器1的触点J1-1和J1-2同时动作，而继电器2的触点状态不变，电流方向如I1所示，驱动倒药电机进行翻转运动。

2．当继电器2的线圈得电时，继电器2的触点J2-1和J2-2同时动作，而继电器1的触点状态不变，电流方向如I2所示，驱动倒药电机向复位的方向运动。

3．当继电器3的线圈得电时，继电器3的触点J3-1和J3-2同时动作，而继电器4的触点状态不变，电流方向如I3所示，驱动运动电机向送药方向运动。

4．当继电器4的线圈得电时，继电器4的触点J4-1和J4-2同时动作，而继电器3的触点状态不变，电流方向如I4所示，驱动运动电机向取药方向运动。

因此通过继电器1与继电器2的组合实现了对倒药电机翻转与重新直立的驱动控制，通过继电器3与继电器4的组合实现了对运动电机正反方向运动的驱动控制。

二、门控制系统

为了保证安全，在加药机器手取送药的过程中，严禁防爆箱和抗爆间连通，为此在防爆箱与抗爆间之间设置了两道可控制的气动防护门，门的开启、关闭由门控系统控制。

当加药机器手开启时，内防护门处于打开状态，外防护门处于关闭状态。加药机器手完成送药并返回防爆箱的取药处时，内防护门将自动关闭，此时可以开启外防护门对加药机器手上药杯。

在门控制系统的作用下，如果外防护门没有关闭，此时是不能启动加药机器手向送药方向运动的。如果内防护门没关闭时，此时是不能打开外防护门的，从而实现了防爆箱与抗爆间的隔离。门控系统的控制器也是可编程控制器，而且门控系统的控制器同加药机器手的控制器一起对装填生产线进行协调控制。

三、控制程序设计

初始化后，加药机器手处于待机状态。程序判断启动开关是否打开，加药机器手是否到达取药位置，外防护门是否打开，内防护门是否关闭。当启动开关打开，加药机器手到达了取药位置，外防护门打开且内防护门关闭，这4个条件同时满足时，则加药机器手启动，其将沿着上下导轨向送药方向运动。若其4个条件中有任何一个条件不满足，则加药机器手不能启动，程序将等待并继续进行判断。

当加药机器手启动后，通过安装在加药机器手上的金属传感器判断其是否到达送药位置。若加药机器手到达送药位置，那么驱动倒药电机进行倒药。为了使加药杯平稳倒药，接着制动倒药电机，延时几秒后，反向驱动倒药电机，然后驱动运动电机向取药方向运动。通过金属传感器判断加药机器手是否返回暂存室到位，若到位则关闭外防护门。

四、视频监控系统

在各个防爆箱加药点及流水线的各个工位点装药盒位置均安装了摄像头，为了与工业监控计算机系统在信号连接上同步，自动装填线上的视频监控采用了工业数字视频监控系统。

这个系统的核心是一台数字视频机，配备的视频输入板，将现场摄像头的视频信号经过A/D转换后，使用微机的各项数字技术处理，具有很大的图像编辑灵活性，图形经过压缩和信息化处理，能够很方便地进行图像的按时间坐标重放，记录也可以通过计算机网络进入工厂信息网进行发布。

通过视频监控系统，在雷管自动装填线控制室的操作工在监控室可清楚观看到装药机的装药斗内药量的多少，当某工位装药斗需要加药时，操作工通过语音提示加药工。加药工将药杯放进加药机器手加药杯里，然后操作工启动加药机器手，接着加药机器手和门控系统将会协调配合完成一次送药与倒药的过程。

五、结论

该可编程控制加药机器手在硬件电路与软件控制上都不同于以往的方式，设计更加合理，运行模式新颖，控制技术符合生产工艺要求。同时可编程控制加药机器手及视频监控系统与工业雷管自动装填生产流水线实现了无缝对接，危险工序无人操作，增强了生产线的安全可靠性，极大地提高了生产效率，改善了工作环境，降低了劳动强度。

参考文献

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作者简介：孙彦云（1975－），女，山西孝义人，汾西矿业集团化工公司机修分厂书记，工程师，研究方向：机械设计与制造。