ABB机器人在纯碱生产中的故障分析及处理方法
发布时间：2021-03-05
摘要：我公司使用瑞典进口ABB(IRB660)专用堆垛机器人。由于我公司因地处高海拔地区、生产区环境条件差等因素导致生产初期故障频发。通过将机器人控制柜移入空调房间，周期性的用酒精清洗控制柜内的电路板等举措，消除低温原因的机器人急停/超载、电路板吸附碳元素引起的各类故障等，提高了机器人的使用效率和电气元件的使用寿命。
关键词：码垛机;机器人;故障分析;PLC控制
我们厂是110万t纯碱生产企业，有六台全自动码垛机，平均日产3300多t，码垛机的高效、安全可靠为企业减少人工工作量，节约企业成本。
1系统概述
1.1机器人介绍
我公司使用的机器人为瑞典进口ABB(IRB660)工业机器人，IRB660是一款专用堆垛机器人，其速度、到达距离和有效荷载在同类产品中一枝独秀。该机器人臂展3.15m，机器人是4轴多自由度运动系统，通过4轴的联合运动来完成手臂水平前后运动，垂直升降运动，实现程序设定好的空间位置点。
机器人控制平台本身对机器人所能达到的空间位置有软限位，对机器人起限位保护的作用。机器人4个轴的四台伺服电机能精确的到达空间定位，保障机器人的精确度。
如果取袋输送机处没有料袋，则码垛机器人在抓取位置处一直等待，直到有料袋后，自动继续运行。如果取袋输送机处有料袋而码垛位置没有托盘，则码垛机器人抓取料袋后在取袋位置上位一直等待，直到托盘准备好后，自动继续运行。
1.2码垛机工艺流程
电控系统的核心部分包括机器人控制系统IRC5，可编程控制器PLC、检测元件、操作面板、控制元件以及执行元件等。
PLC控制柜上的触摸屏作为操作人员与设备之间的交互界面，接收来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态;检测元件检测输送机、托盘、垛盘、袋子的位置状态以及机械各部机的动作状态;PLC程序自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据程序所确定的逻辑关系刷新输出点的状态，通过电磁阀和交流接触器来控制相应气缸的动作和电机的启停;机器人控制系统通过计算机单元扫描内部总线状态，结合内部运动程序和逻辑判断程序来控制码垛机器人的各个动作，同时通过总线与外部PLC进行通讯，从而完成整个码垛流程的自动控制。
控制系统结构简图如图1所示。
1.3电源及可编程控制器
1.3.1电源部分
三相(380V)电源接入到PLC控制柜经端子引入到ABB控制柜，因控制部分的电路对电源的性能要求较高，故由隔离变压器(380V变220V)为PLC、直流电源等提供220VAC电源，24VDC电源模块供给PLC及检测元件，因而提高了设备运行及人员操作的安全性。
码垛机组的每个电机为保证电机的安全运行，都有单独的电机保护断路器对其进行保护，断路器辅助触点全部串联起来进入到PLC，便于在发生故障的情况下查找故障点。
1.3.2可编程控制器
码垛机器人外围辅助设备控制单元采用欧姆龙CJ系列PLC，型号为CJ1M-CPU11。
输入点用于接收现场检测元件(光电开关、接近开关、限位开关)、操作面板(触摸屏、按钮开关和指示灯)以及码垛机器人控制输出的信号等。输出点用于控制操作盘指示灯、电磁阀(气缸)、输送电机和报警装置的控制以及输出给码垛机器人控制器的信号。
码垛机系统的状态有五种：急停状态、停止状态、自动运行状态、手动运行状态和全手动运行状态。码垛机运行速度可以通过触摸屏来设置，也可以通过连接示教器来设置运行速度。
2常见故障分析
机器人控制柜可以连接示教器，而示教器就是用来调校机器人零点、机器人程序的备份恢复、故障的查看、机器人空间位置设置等功能。机器人所有的故障每次都会被记录保存，并且每一个故障都会有故障原因及处理方法，因此我们就能通过连接示教器来查看故障。
2.1低温
我们厂地处高原地区，海拔高、冬天气温低。地理坏境对于码垛机的正常使用也有一定的影响。冬天气温零下二十几度时，码垛机机器人各轴的润滑油在低温下粘稠，失去正常的润滑性能，阻力增大，这时在正常速度下码垛机开启就会在触摸屏上报故障：急停/超载/超程。
这种情况处理方法：把码垛机速度调到最低，在最低速度下运行一段时间后调到生产线所需的速度。
2.2高温和粉尘
码垛机工作有它的环境温度要求，当温度超过保护温度时码垛机将自停，尤其是在夏天，环境温度高再加上本身控制柜散出的热量，很容易导致码垛机自停。
码垛机在我们生产线的最末端，因安装环境和运输工具等因素会产生较大的粉尘，粉尘会通过控制柜的通风散热吸附在风扇和驱动板散热片上，导致控制柜散热不良致使码垛机自停。处理方法：
1)检查ABB控制柜后面的散热风扇，定时清理更换风扇。
2)清理ABB控制柜驱动板后面的散热片。
3)ABB控制柜安装时离地面保持一定的距离，保证通风顺畅，避免大量灰尘吸入。
4)有条件的可以将ABB控制柜安装在室内，加装空调，既降温还防粉尘。
2.3碳粉
码垛机码垛完成后，叉车要将码垛机堆码后的产品运走，运输过程中叉车产生的尾气会进入到ABB控制柜吸附在电路板表面，致命的是尾气含有碳元素，碳元素具有导电性，所以当大量的尾气吸附在电路板表明后，电路不能正常运行导致码垛机不能开启。
常见现象：ABB控制柜内的使能接触器不吸合，马达灯闪烁不常亮;电脑主板运行不正常，运行指示灯黄色。处理方法：
1)由于叉车尾气引起的电路不能正常，在示教器上查看时故障种类比较多，故障也不好处理，所以定期使用酒精清洗电路板就显得很重要，清洗完后晾干安装。
2)有条件的可以将ABB控制柜安装在室内，隔绝叉车尾气。
2.4碰撞
码垛机在运行过程中受到外力，与其他设备发生碰撞、急停按钮、控制柜电路原因等引起的机器人自停，触摸屏报出故障：急停/超载/超程。故障原因及处理方法：
1)机器人手抓松动或偏移与抓取位的托辊或袋子发生碰撞。处理方法：①固定手抓及调整两个手抓之间的距离;②用示教器调整合适的抓取位。
2)物料厚度设置不适当与上一层袋子发生碰撞。处理方法：①在触摸屏上设置物料厚度;②用示教器调整托盘上面每个袋子的空间位置。
3)垛盘输送接近开关故障时，手抓和垛盘发生碰撞。处理方法：①调整垛盘;②接近开关或更换。
4)检查外围辅助设备的急停按钮。处理方法：复位急停按钮。
5)检查机器人控制柜里的安全板。处理方法：用酒精清洗。
6)叉车尾气引起机器人控制柜驱动板内电路不正常。处理方法：用酒精清洗。
2.5通讯故障
可编程控制器PLC的通讯卡正常显示F6，出现其他显示的故障代码后的主要故障有：
1)CPU不在运行状态，运行指示灯不亮，处理方法：利用电脑通过编程软件运行CPU或重新下载程序。
2)机器人控制柜电脑主板运行不正常，通讯卡指示灯黄色，处理方法：因为我们的环境原因主要还是叉车尾气造成的，所以用酒精清洗主板后都能正常。
2.6外围辅助设备
机器人的外围辅助设备主要有：皮带输送机、垛盘输送、托盘输送、光电开关、接近开关等，当外围辅助设备故障时，PLC触摸屏上都有显示，只要按照触摸屏上的显示去处理就行。
如果可编程控制器CPU损坏更换时，一定要记得更换完成后首先要在触摸屏上设置码垛垛盘的参数，不然机器人不能开启，在示教器上故障显示为：轴1整数不除以0。
3总结
ABB机器人在我们厂投产使用初期，由于经验不足，加上使用环境粉尘大、叉车尾气严重的因素，故障频出，并且故障不好处理，经常是一个故障处理一晚上，后来通过经验累积，确定故障来源主要就是叉车尾气和粉尘所造成，所以为了减少尾气和粉尘原因的故障，我们给机器人控制柜盖上了房子并安装空调，然后周期性的每一年用酒精清洗一次控制柜内的电路板，通过这几项措施的实施，现在我们的机器人因为尾气、高温和粉尘的故障已经完全消除，大大提高了机器人的使用效率和电气元件的使用寿命。——论文作者：马宝龙
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