基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置制造方法
【專利摘要】一種基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置，包括一個(gè)主控安全可編程控制器和一個(gè)以上數(shù)目的安全輸入輸出模塊，安全輸入輸出模塊、主控安全可編程控制器均連接到一個(gè)安全通訊總線上，任意一個(gè)安全輸入輸出模塊各自連接有一個(gè)以上數(shù)目的工位安全設(shè)備。本實(shí)用新型采用安全總線取代現(xiàn)有技術(shù)中的硬接線安全回路，采用主控安全可編程控制器和安全輸入輸出模塊，取代現(xiàn)有技術(shù)中的可編程控制器和安全繼電器的組合方式，安全數(shù)據(jù)不受到普通總線中信息交換的影響，安全信息確保到達(dá)功能和信息到達(dá)之后進(jìn)行反復(fù)校對，可確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?？刂品绞接蓚鹘y(tǒng)分散控制更改集中控制，節(jié)約了安裝空間和投資成本，可縮短安裝時(shí)間，并且方便維護(hù)。
【專利說明】基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及電氣控制技術(shù)，特別涉及自動(dòng)化柔性焊裝生產(chǎn)線的控制技術(shù)，具體的是一種基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]在汽車制造工業(yè)中，汽車焊裝線將各車身沖壓件裝配、焊接成白車身。汽車焊裝線由機(jī)器人系統(tǒng)集成構(gòu)成。汽車焊裝線在結(jié)構(gòu)上包括地板線、側(cè)圍線、門蓋線和總拼線，地板線將前底板總成、后底板總成、發(fā)動(dòng)機(jī)艙總成焊接拼合成車身下部地板，總拼線是將地板線、車身左右側(cè)圍、前后頂橫梁、頂蓋組合成一個(gè)完整的白車身。各工位設(shè)置有相應(yīng)的焊裝夾具、點(diǎn)焊設(shè)備、輸送系統(tǒng)、點(diǎn)焊機(jī)器人、電氣控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)。車身拼接完成后，通過在線測量工位完成關(guān)鍵點(diǎn)精度檢測和質(zhì)量檢查，然后車身下線送至調(diào)整線進(jìn)行外觀檢查、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)倉蓋、行李箱蓋及其他工件的安裝，完成整個(gè)汽車焊裝的過程。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，汽車廠采用大中型PLC控制系統(tǒng)及大量焊接機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成自動(dòng)化柔性焊裝生產(chǎn)線。該自動(dòng)化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及設(shè)備繁多，為了協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備與機(jī)器人，以及設(shè)備之間的動(dòng)作時(shí)序，保證焊裝線安全、可靠運(yùn)行，所需的控制硬件系統(tǒng)和PLC程序十分龐大。特別是該生產(chǎn)線對安全防護(hù)的要求較高，因其執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是如機(jī)器人、升降機(jī)、夾具等大型設(shè)備，一旦安全系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將直接出現(xiàn)操作人員死傷的后果。因而，焊裝生產(chǎn)線的安全系統(tǒng)非常復(fù)雜，控制的安全設(shè)備非常多，如安全光柵、急停按鈕、雙手按鈕、安全地毪、安全激光掃描器等。
[0004]目前的安全系統(tǒng)由安全繼電器和硬接線回路與所有安全設(shè)備連接構(gòu)成，其接線繁雜，不便于維修及快速排查故障。
[0005]例如，在主流焊裝線的控制系統(tǒng)中，主控安全可編程控制器I 一般采用RockWell公司的ControlLogix、或Siemen公司的S7-300等大型PLC,安全系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的安全繼電器，把急停、光柵、安全地毯等安全設(shè)備，通過硬接線的方式串聯(lián)到一起，形成整個(gè)系統(tǒng)的安全回路。這種方式在生產(chǎn)中存在以下不足之處:
[0006](一)對安全控制回路中出現(xiàn)的短路和斷路無法檢測。當(dāng)安全回路中出現(xiàn)短路和斷路時(shí)，不能及時(shí)的顯示故障，需要對每個(gè)工位進(jìn)行排查，給維修人員檢修帶來很多不便。
[0007](二)采用普通的安全繼電器比如Pilz系列組成安全回路，不能進(jìn)行編程控制，需要手工搭接安全回路，安全互鎖導(dǎo)致硬件接線復(fù)雜、繁瑣，體積龐大，不利于維修人員進(jìn)行維修。
[0008](三)通過硬接線方式組成的安全回路，使系統(tǒng)故障點(diǎn)增加，不方便維修人員快速查找故障，增加故障處理時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置，所述的這種基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置要解決現(xiàn)有技術(shù)中由安全繼電器和硬接線回路連接的生產(chǎn)線安全系統(tǒng)接線繁雜、不便于維修及快速排查故障的技術(shù)問題。
[0010]本實(shí)用新型的這種基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置，包括一個(gè)主控安全可編程控制器和一個(gè)以上數(shù)目的安全輸入輸出模塊，其中，任意一個(gè)所述的安全輸入輸出模塊均連接到一個(gè)安全通訊總線上，所述的主控安全可編程控制器也連接在所述的安全通訊總線上，任意一個(gè)安全輸入輸出模塊各自連接有一個(gè)以上數(shù)目的工位安全設(shè)備，所述的工位安全設(shè)備包括急停裝置、或者安全光柵、或者安全地毯。
[0011]進(jìn)一步的，所述的安全通訊總線中包括有安全以太網(wǎng)絡(luò)。
[0012]進(jìn)一步的，所述的主控安全可編程控制器包括有一個(gè)主安全處理器和一個(gè)配對安全處理器。
[0013]本實(shí)用新型的工作原理是:主控安全可編程控制器執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)控制和安全控制程序，一些特殊的安全任務(wù)，包括TUV認(rèn)證的安全指令、數(shù)據(jù)、邏輯和訪問保護(hù)都被用于這些功能。對各種設(shè)備進(jìn)行安全控制，所有的安全設(shè)備，例如急停、安全光柵和安全地毯等均通過單一通訊電纜連接在安全輸入輸出模塊，主控安全可編程控制器通過安全總線來控制和監(jiān)視安全回路并檢查輸入輸出及工廠配線層面錯(cuò)誤。
[0014]主控安全可編程控制器包括一個(gè)由主安全處理器和配對安全處理器構(gòu)成的雙處理器架構(gòu)，配對安全處理器是系統(tǒng)的一部分，可自動(dòng)配置。
[0015]安全輸入輸出模塊上包括有4個(gè)脈沖測試端，4個(gè)脈沖測試端輸出電壓為24V的測試脈沖，用以檢測外部線路斷路故障。當(dāng)外部線路通的時(shí)候，測試脈沖發(fā)出測試信號來檢測內(nèi)部線路。當(dāng)輸入和電源端發(fā)生短路、兩個(gè)電源端發(fā)生短路或者某一輸入斷路時(shí)，安全輸出信號數(shù)據(jù)及其狀態(tài)將會被關(guān)閉。
[0016]安全總線的優(yōu)先級高于普通總線，安全數(shù)據(jù)不受普通總線中信息交換的影響。安全信息確保到達(dá)功能和信息到達(dá)之后進(jìn)行反復(fù)校對功能，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0017]本實(shí)用新型和已有技術(shù)相比較，其效果是積極和明顯的。本實(shí)用新型采用安全總線取代現(xiàn)有技術(shù)中自動(dòng)化柔性焊裝生產(chǎn)線中的硬接線安全回路，在安全總線上連接主控安全可編程控制器和安全輸入輸出模塊，取代現(xiàn)有技術(shù)中的可編程控制器和安全繼電器的組合方式，急停、安全光柵等安全信號直接接入安全輸入輸出模塊。安全總線的優(yōu)先級高于普通總線，安全數(shù)據(jù)不受到普通總線中信息交換的影響，安全信息確保到達(dá)功能和信息到達(dá)之后進(jìn)行反復(fù)校對，可確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。控制方式由傳統(tǒng)分散控制更改集中控制，節(jié)約了安裝空間和投資成本，可縮短安裝時(shí)間，并且方便維護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0018]圖1是本實(shí)用新型的基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型的基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置中的安全輸入輸出模塊的檢測原理圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0020]實(shí)施例1:[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型的基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置，包括，包括一個(gè)主控安全可編程控制器I和一個(gè)以上數(shù)目的安全輸入輸出模塊2，其中，任意一個(gè)所述的安全輸入輸出模塊2均連接到一個(gè)安全通訊總線3上，所述的主控安全可編程控制器I也連接在所述的安全通訊總線3上，任意一個(gè)安全輸入輸出模塊2各自連接有一個(gè)以上數(shù)目的工位安全設(shè)備4，所述的工位安全設(shè)備4包括急停裝置、或者安全光柵、或者安全地毪。
[0022]進(jìn)一步的，所述的安全通訊總線3中包括有安全以太網(wǎng)絡(luò)。
[0023]進(jìn)一步的，所述的主控安全可編程控制器I包括有一個(gè)主安全處理器和一個(gè)配對安全處理器。
[0024]具體的，安全通訊總線3上連接有計(jì)算機(jī)5，計(jì)算機(jī)5對主控安全可編程控制器I進(jìn)行編程控制。
[0025]本實(shí)用新型的工作原理是:主控安全可編程控制器I執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)控制和安全控制程序，一些特殊的安全任務(wù)，包括TUV認(rèn)證的安全指令、數(shù)據(jù)、邏輯和訪問保護(hù)都被用于這些功能。對各種設(shè)備進(jìn)行安全控制，所有的安全設(shè)備，例如急停、安全光柵和安全地毯等均通過單一通訊電纜連接在安全輸入輸出模塊2，主控安全可編程控制器I通過安全總線來控制和監(jiān)視安全回路并檢查輸入輸出及工廠配線層面錯(cuò)誤。
[0026]主控安全可編程控制器I包括一個(gè)由主安全處理器和配對安全處理器構(gòu)成的雙處理器架構(gòu)，配對安全處理器是系統(tǒng)的一部分，可自動(dòng)配置。
[0027]安全輸入輸出模塊2上包括有4個(gè)脈沖測試端,4個(gè)脈沖測試端輸出電壓為24V的測試脈沖，用以檢測外部線路斷路故障。當(dāng)外部線路通的時(shí)候，測試脈沖發(fā)出測試信號來檢測內(nèi)部線路。當(dāng)輸入和電源端發(fā)生短路、兩個(gè)電源端發(fā)生短路或者某一輸入斷路時(shí)，安全輸出信號數(shù)據(jù)及其狀態(tài)將會被關(guān)閉。
[0028]安全總線的優(yōu)先級高于普通總線，安全數(shù)據(jù)不受普通總線中信息交換的影響。安全信息確保到達(dá)功能和信息到達(dá)之后進(jìn)行反復(fù)校對功能，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0029]具體的，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，主控安全可編程控制器I采用RockWell公司的大型安全型PLC GuardLogix L62S，取代傳統(tǒng)的ControlLogix ;安全輸入輸出模塊2采用RockWell公司的1791DS系列安全輸入輸出模塊，取代傳統(tǒng)Pilz系列的安全繼電器。三、具體方案
[0030]主控安全可編程控制器I綜合了 Rockwell公司Logix平臺的靈活性和高性能，以及集成安全控制特性來提供行業(yè)針對安全控制應(yīng)用的保護(hù)的最高等級(安全集成等級3SIL3)。在控制器機(jī)架內(nèi)使用兩個(gè)槽位，紅色外殼很容易識別(圖2)?？刂破髂K執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)控制和安全控制程序，一些特殊的安全任務(wù)，包括TUV認(rèn)證的安全指令、數(shù)據(jù)、邏輯和訪問保護(hù)都被用于這些功能。對各種設(shè)備進(jìn)行安全控制，并能方便的安裝在ControlLogix機(jī)架內(nèi)，共用一個(gè)電源、1/0、通訊模塊和網(wǎng)絡(luò)。所有的安全設(shè)備，例如急停、安全光柵和安全地毯等通過使用DeviceNet Safety 1/0的單一通訊電纜來控制和監(jiān)視安全回路并檢查1/0及工廠配線層面錯(cuò)誤。
[0031]通過雙處理器架構(gòu)，它使用一個(gè)主安全處理器和一個(gè)配對安全處理器。這種系統(tǒng)類型的好處之一是它仍然是一個(gè)單一項(xiàng)目。配對安全處理器是系統(tǒng)的一部分，自動(dòng)配置，不用設(shè)置、配置或者下載到需要的配對安全處理器。通過方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，在安全應(yīng)用開發(fā)期間，可以有多個(gè)用戶編輯該項(xiàng)目，由于允許進(jìn)行在線編輯和強(qiáng)制。因此其開發(fā)過程類似于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用開發(fā)過程。一旦項(xiàng)目通過測試并準(zhǔn)備最后確認(rèn)，用戶要將該安全任務(wù)設(shè)置為SIL3安全級別,然后由GuardLogix控制器強(qiáng)制執(zhí)行。安全內(nèi)存被鎖定并被保護(hù)，安全邏輯不能被修改。一旦安全被鎖定到SIL3狀態(tài)，GuardLogix的標(biāo)準(zhǔn)則操作起來就一個(gè)普通的Logix0
[0032]另一個(gè)關(guān)鍵的時(shí)間優(yōu)勢是，由于安全被集成，安全內(nèi)存能被標(biāo)準(zhǔn)邏輯和外部設(shè)備讀取，不需要花費(fèi)時(shí)間從一個(gè)指定的安全設(shè)備設(shè)立或者讀取安全數(shù)據(jù)。從而使系統(tǒng)范圍內(nèi)的集成變得更加容易，而且能夠在顯示器或者選取框上方便地顯示安全狀態(tài)。
[0033]安全集成等級即Safety Integrity Levels,簡稱SIL (國際標(biāo)準(zhǔn))。根據(jù)在使用的安全設(shè)備每小時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性(PFH)，國際上對安全集成等級進(jìn)行劃分?？梢詣澐譃?個(gè)等級，如下表1所示。
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置，包括一個(gè)主控安全可編程控制器和一個(gè)以上數(shù)目的安全輸入輸出模塊，其特征在于:任意一個(gè)所述的安全輸入輸出模塊均連接到一個(gè)安全通訊總線上，所述的主控安全可編程控制器也連接在所述的安全通訊總線上，任意一個(gè)安全輸入輸出模塊各自連接有一個(gè)以上數(shù)目的工位安全設(shè)備，所述的工位安全設(shè)備包括急停裝置、或者安全光柵、或者安全地毯。
2.如權(quán)利要求1所述基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置，其特征在于:所述的安全通訊總線中包括有安全以太網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求1所述基于安全可編程邏輯控制器的焊裝線控制裝置，其特征在于:所述的主控安全可編程控制器包括有一個(gè)主安全處理器和一個(gè)配對安全處理器。
【文檔編號】G05B19/048GK203799217SQ201420125952
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】陳潔 申請人:上海成途自動(dòng)化工程有限公司