摘要： 本文介紹了菲尼克斯電氣的無線藍(lán)牙模塊在上海大眾涂裝車間機(jī)械手上的應(yīng)用，該模塊的使用省去了不定期的數(shù)據(jù)線的替換，減少了設(shè)備故障，提升了設(shè)備的開動率，同時也降低了維修工時及設(shè)備維護(hù)的備件消耗。
上海大眾一廠油漆車間DVD機(jī)械手涂膠站由KUKA機(jī)械手和DVD膠水供應(yīng)系統(tǒng)組成。該工位主要是對白車身油漆報交結(jié)束后即將進(jìn)入總裝的車身，進(jìn)行車頂內(nèi)側(cè)粘貼防振紙板的工藝，該紙板可以達(dá)到消音降噪的作用。
該工作站的機(jī)械手?jǐn)y帶了一個抓取工具，用于抓取防振紙板并對其涂膠后送入車身內(nèi)部，將其粘貼于車頂。該工具上安裝攜帶了數(shù)個位置傳感器和電磁閥等裝置，位置信號、執(zhí)行信號等均通過3根19芯的電纜連接到機(jī)械手底座上的重載接線盒，再從接線盒經(jīng)過地面線槽連接到INTERBUS現(xiàn)場總線的輸入輸出控制模塊上。
改造背景
在實際生產(chǎn)過程中，由于機(jī)械手為了完成抓取、涂膠以及貼板的整個過程，在每完成一輛車身的工藝內(nèi)容的過程中均要數(shù)次來回運動，姿態(tài)轉(zhuǎn)換很大，每天的工作頻率很高。與此同時，安裝在機(jī)械手上的3根19芯的高柔性電纜跟隨機(jī)械手一起運動。經(jīng)過長時間的振動與扭曲，該3根高柔電纜的連接口就出現(xiàn)了不同程度的松動。在生產(chǎn)過程中，時常因接口處連接不牢固，工具上的各種信號無法準(zhǔn)確與INTERBUS現(xiàn)場總線模塊通信，導(dǎo)致設(shè)備故障，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。該工位成了一個造成長時間停機(jī)的高故障工位。
在經(jīng)多方考證和資料分析后，我們認(rèn)為使用無線通信技術(shù)是降低線纜接口故障的最好方法，認(rèn)為菲尼克斯電氣的無線藍(lán)牙技術(shù)可以滿足需求，其在德國大眾、奔馳均有過成功應(yīng)用。菲尼克斯電氣的無線MUX模塊，使用簡單，無需做任何設(shè)定，甚至不用修改原PLC程序，可以通過無線藍(lán)牙傳輸技術(shù)在室內(nèi)100m距離之間實現(xiàn)點對點的數(shù)字和模擬信號的傳輸。
方案設(shè)計
我們經(jīng)過大量資料分析，發(fā)現(xiàn)一對無線MUX模塊可以實現(xiàn)16個數(shù)字信號和2個模擬信號的雙向傳輸，因而可以取代至少一根信號電纜。該模塊支持IEEE802.15.1藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的1.2版本，運行于國際認(rèn)可的2.4G免費頻段，首先不會與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網(wǎng)絡(luò)發(fā)生干擾，其次2.4G頻段遠(yuǎn)離工廠自動化中常用的變頻、弧焊等各種不同設(shè)備的工作頻段和諧波頻段，同時使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的藍(lán)牙通信協(xié)議保證了通信的實時性，使系統(tǒng)抗干擾，穩(wěn)定可靠。
經(jīng)過對現(xiàn)場DVD機(jī)械手涂膠站連接到抓取工具上的3根19芯電纜的各種信號進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)該3根電纜傳輸了輸入、輸出信號共48個，因而需要用2對無線MUX模塊進(jìn)行替代。總體方案確定后，項目小組成員分析了現(xiàn)場的情況，并確定了無線MUX模塊的安裝與替換位置。
方案一：將現(xiàn)場所有輸入感應(yīng)開關(guān)的信號直接連接到無線模塊的各個輸入端，而無線模塊的輸出信號則直接傳給電磁閥；另外一側(cè)無線模塊安裝在機(jī)械手底座的重載接線盒處（見圖1），這樣就取代了抓取工具到機(jī)械手底座之間的高柔性電纜。
圖1 機(jī)械手底座電纜的連接
方案二：從位于機(jī)械手的抓取工具上的3根電纜連接口處，進(jìn)行接線替代，通過抓取工具上3個19針接口（見圖2），做硬接線到過渡端子，再連接到無線模塊上。而無線MUX模塊的另一側(cè)模塊則直接連接到現(xiàn)場INTERBUS模塊上，這樣就替換掉從機(jī)械手抓取工具到機(jī)械手底座的高柔性電纜，以及機(jī)械手底座連接到INTERBUS站之間的信號電纜。
圖2 工具上原電纜的連接
我們對電氣圖紙和現(xiàn)場的電纜布線情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)方案一將在抓取工具上增加許多連接線，因為每個傳感器都需要供電電源，且在機(jī)械手底座處無另一側(cè)模塊的安裝位置。最終我們決定采取方案二。
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準(zhǔn)備工作
首先，我們根據(jù)設(shè)計圖紙和線纜分布情況分析了線纜接口底座的接線原理（見圖3）。在該接線盒上，6號為電源負(fù)，19號為電源正，12號為接地，一個接線盒連接了16個信號端，而外部線纜連接為：6號接負(fù)，12號接電源正。接下來我們統(tǒng)計并測量了3根19芯電纜的各個線纜的信號連接情況（見圖4）。XS112線纜連接了8個輸入輸出信號，XS114電纜連接了16個輸入信號，XS116連接了16個輸出信號。線纜信號測量分配完成后，我們對無線模塊的輸入輸出點也做了合理的分布（見圖5）。
圖3 抓取工具上接線盒的接線分布圖
圖4 3根19芯線纜的線束分布
a）機(jī)械手抓取工具上無線模塊的I/O分布
b）INTERBUS模塊端無線MUX模塊的I/O分布
圖5 無線模塊的輸入輸出點分布
數(shù)據(jù)信號的分布完成后，接下來將完成所有硬件方面的制作。首先制作三根19芯的電纜插接頭（見圖6）。然后進(jìn)行機(jī)械手工具端的無線MUX模塊的安裝與接線（見圖7）、INTERBUS總線端的無線MUX模塊的安裝與接線（見圖8），方案設(shè)計完成和基本硬件安裝完成后，接下來就是現(xiàn)場的安裝及調(diào)試。
圖6 改造后的3根19芯電纜接線
圖7 機(jī)械手端的無線模塊
圖8 新加裝的室內(nèi)固定處無線MUX模塊
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現(xiàn)場安裝與測試
經(jīng)過安排，小組成員在停產(chǎn)期間對DVD機(jī)械手涂膠站的現(xiàn)場進(jìn)行了改造，將無線MUX模塊替代了原來的3根19芯電纜，并將INTERBUS端的輸入輸出端與無線模塊進(jìn)行了連接。
兩端的無線模塊安裝完成后，經(jīng)過多次測試，各類信號的傳輸完全正常。在機(jī)械手的整個運動過程中，抓取工具上的3個19針的插件口不再存在受到電纜的扭曲而出現(xiàn)松動的隱患。
結(jié)語
改造前，該線纜接口經(jīng)常松動，并且導(dǎo)致19針線纜接頭處部分線纜斷裂，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。而且，維修人員更換該電纜的工作量非常大，需要進(jìn)行接頭的焊接、線纜穿管等工作。經(jīng)過這次改造，DVD機(jī)械手涂膠站因線纜松動導(dǎo)致信號不正確的故障已經(jīng)完全消除，省去了可能的線纜更換工作量，各個信號的狀態(tài)清楚直觀，便于維修人員維修維護(hù)。
目前該機(jī)械手無線改造（見圖9）已安全無故障運行2年多，通過此項目證明了這種無線通信方式方便可靠，應(yīng)用在機(jī)器人涂膠、搬運過程中可以充分發(fā)揮無線的優(yōu)勢，方案的性價比很高，為生產(chǎn)、維修部門降低了資金成本和時間成本。
圖9 改造后的機(jī)械手
（原創(chuàng)）
