CN111413920A - 一种喷涂机器人防爆柜电控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷涂机器人安全技术领域，具体是一种喷涂机器人防爆柜电控系统及其控制方法，包括防爆柜、主电模块、控电模块、按钮模块、气动元件模块，控制方法步骤如下：S1；启动机器人控制柜；通过防爆航插线缆为防爆柜供220V交流电；S2；开关指示灯亮；S3；按下启动按钮指示灯，防爆柜开始工作，蓝色指示灯亮起；S4；吹扫工作开始；S5；观察流量；S6；传递吹扫信号；S7；防爆系统安全计时清扫工作完成，则安全PLC会发出反馈信号；S8；防爆功能准备；S9；控制柜内通电；通过采用安全PLC在安全继电器和防爆隔离栅类元器件的的配合下，使得相关反馈信号和对应控制指令更加稳定、安全的接收和发出，提高防爆柜电控系统的整体稳定性、抗干扰性和安全性。

Description

一种喷涂机器人防爆柜电控系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及喷涂机器人安全技术领域，具体是一种喷涂机器人防爆柜电控系统及其控制方法。

背景技术

随着工业4.0时代的到来和国民经济的飞速发展，各行业采取自动化生产制造来代替人工作业已是大势所趋，各种工业机器人应运而生且普遍使用。喷涂机器人作为工业机器人的重要一员，近些年来在国内各行业，如家居、建材、汽车陶瓷等行业的普遍应用。然而，喷涂机器人由于工作内容的特殊和环境的恶劣，若相关安全防护设计不到位，则存在非常大的安全隐患，易造成生产事故。

国内现有的喷涂机器人要么无防爆系统，要么防爆电控系统结构较为简陋，一般采用机器人主控制器配合继电器与电磁阀实现相关防爆功能，此方式安全系数较低、通用性不高、对环境适应能力差、使用寿命短，绝大多数无法通过国内外的相关防爆认证。随着人们对于安全生产的越来越重视，喷涂机器人防爆的相关研发与设计变成了一个热点问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种喷涂机器人防爆柜电控系统及其控制方法。

一种喷涂机器人防爆柜电控系统，包括与机器人连接的防爆柜，所述的防爆柜内设置有：

主电模块，与防爆柜内连接，用来为防爆柜内元器件提供电源；

控电模块，设置在防爆柜内内，用来控制防爆柜内元器件的工作状态和电路的通断；

按钮模块，设置在防爆柜内外表面，用来显示防爆柜的工作状态；

气动元件模块，安装在机器人本体内，用来监测机器人本体内进出气的状态和含量并实时反馈到控电模块进行控制调整。

所述的主电模块包括用来将220V交流电整流转化为24V直流电的开关电源、用于防止供给电流过载导致损坏相关元器件的熔断器。

所述的控电模块包括用于接收处理防爆柜内相关元器件的反馈信号并发出对应的控制指令或信号的安全PLC、用于将流量计反馈的防爆系统清扫工作完成信号转化成一个安全信号传递给安全PLC的防爆隔离栅、与安全PLC配合的安全继电器。

所述的主电模块和控电模块均包括用来控制防爆柜电控系统的通断的开关旋钮、用于传递信号或24V电的接线端子，所述的主电模块的熔断器为FU1和FU2，所述的控电模块的熔断器为FU3；所述的主电模块的接线端子为X1-X3，所述的控电模块的接线端子为X4-X8，所述的安全PLC的功能需在安全继电器、防爆隔离栅、接线端子X4-X8元器件的配合下实现。

所述的按钮模块包括开关指示灯、启动按钮指示灯、恒压指示灯、用于显示防爆柜的工作状态并给操作人员实时反馈对应信息便于检查和维护的故障指示灯。

所述的气动元件模块包括用来实时监测显示机器人腔体内气压大小并将相关数据信息反馈给安全PLC的数显压力表、用来控制机器人本体内进出气含量的防爆电磁阀和调压阀、装在机器人本体内用于防爆系统对机器人腔体清扫时进气量的检测并将相关信息反馈给防爆隔离栅的流量计。

一种喷涂机器人防爆柜电控系统的控制方法，其具体步骤如下：

S1：启动机器人控制柜：通过防爆航插线缆为防爆柜供220V交流电；

S2：开关指示灯亮：打开防爆柜旋钮开关给防爆柜上电，若无接线问题或其他故障，此时防爆柜外侧面板上的绿色开关指示灯亮起；

S3：按下启动按钮指示灯，防爆柜开始工作，蓝色指示灯亮起；

S4：吹扫工作开始：安全PLC控制防爆系统进入吹扫工作状态，安装在机器人本体内的两个流量计开始实时监测工作，同时防爆柜内和机器人本体内的防爆电磁阀打开；

S5：观察流量：观察防爆柜内两个数显压力表反馈的机器人腔体内进气与出气的流量和压力数值，可根据数显压力表的反馈值手动调节防爆柜内的调压阀控制进气量；

S6：传递吹扫信号：防爆隔离栅会将流量计反馈的吹扫完成信号转换成一个安全的信号传递至安全PLC：

a：安全PLC接收相关信号后经过处理会控制防爆系统进入安全计时清扫工作状态，此时启动按钮指示灯蓝灯闪烁；

b：在此之前安全PLC长时间未接收到防爆隔离栅反馈的吹扫完成信号，则会发出报警，故障指示灯亮起，此时需要对防爆系统进行检修消除故障；

S7：防爆系统安全计时清扫工作完成，则安全PLC会发出反馈信号；

S8：防爆功能准备：启动按钮指示灯蓝灯停止闪烁、白色恒压指示灯亮起，防爆柜内和机器人本体内防爆电磁阀同时关闭，此时机器人腔体内进气和出气达到平衡，防爆功能准备完毕；

S9：控制柜内通电：安全PLC也会反馈防爆功能完成信号至安全继电器，控制其进入工作状态。

所述的步骤S4中的两组流量计用于洁净气体的注入，防爆电磁阀用于泄掉机器人腔体内原有的不安全气体。

所述的步骤S5中的机器人腔体内的进气和出气量基本保持一致达到流量计所设置的监测阈值时，流量计所设置的监测阈值与选用的产品型号有关，此时流量计会反馈一个信号给防爆隔离栅表明吹扫工作已完成并且流量计停止监测工作。

所述的步骤S9中的安全继电器通过柜内X4接线端子和防爆航插线缆将防爆功能完成信号传递至机器人控制柜内接触器，便于控制柜内电路上24V电，至此相关操作人员可控制机器人开始喷涂工作；反之，若安全PLC监测防爆系统未完成安全计时清扫工作，则会发出报警信号，故障指示灯亮起，此时需要对防爆系统进行检修消除故障。

本发明的有益效果是：通过采用安全PLC在安全继电器和防爆隔离栅类元器件的的配合下，使得相关反馈信号和对应控制指令更加稳定、安全的接收和发出，提高防爆柜电控系统的整体稳定性、抗干扰性和安全性，符合国内外喷涂机器人相关防爆设计标准，结构与操作简单、通用性和抗干扰能力较强、安全系数和工作效率较高、成本相对低廉、使用寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统结构示意框图；

图2是本发明的元器件布局图；

图3是本发明的电控系统主电路图；

图4是本发明的安全继电器和防爆隔离栅电路图；

图5是本发明的安全PLC电路图；

图6是本发明的系统控制与工作流程图。

附图中的标记为：

1、开关电源；2、熔断器FU1；3、熔断器FU2；4、接线端子X1；5、接线端子X2；6、接线端子X3；7、开关旋钮；8、安全PLC；9、安全继电器；10、防爆隔离栅；11、熔断器FU3；12、接线端子X4；13、接线端子X5；14、接线端子X6；15、接线端子X7；16、接线端子X8；17、开关指示灯；18、启动按钮指示灯；19、恒压指示灯；20、故障指示灯；21、数显压力表；22、防爆电磁阀；23、调压阀；24、流量计。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1和图2所示，一种喷涂机器人防爆柜电控系统，包括与机器人连接的防爆柜，所述的防爆柜内设置有：

主电模块，与防爆柜内连接，用来为防爆柜内元器件提供电源；

控电模块，设置在防爆柜内内，用来控制防爆柜内元器件的工作状态和电路的通断；

按钮模块，设置在防爆柜内外表面，用来显示防爆柜的工作状态；

气动元件模块，安装在机器人本体内，用来监测机器人本体内进出气的状态和含量并实时反馈到控电模块进行控制调整。

所述的主电模块包括用来将220V交流电整流转化为24V直流电的开关电源1、用于防止供给电流过载导致损坏相关元器件的熔断器。

所述的熔断器起到保护电路作用。

如图3所示，当机器人控制柜启动后通过防爆航插线缆为防爆柜提供220V交流电；当防爆柜开关旋钮7打开时，防爆柜电控系统导通，交流电通过接线端子X1，先经过熔断器FU1防止供给电流过载确保柜内元器件和电路安全，再经过开关电源1将220V交流电整流转化为24V直流电，通过熔断器FU2和接线端子X2、X3为防爆柜内相关元器件供电，由于防爆柜内相关负载较小，开关电源1的功率不用太大500W即可。

如图4-图6所示，防爆隔离栅10的1-4号引脚通过防爆航插线缆及机器人控制柜内相关接线端子与安装在机器人腔体内的2个流量计24连接；当防爆系统吹扫工作完成时，防爆隔离栅10会将流量计24反馈的吹扫完成信号转换成一个安全的信号通过5号和7号引脚传递至安全PLC8的I9号和I8号引脚，安全PLC8接收相关信号后经过处理会控制防爆系统进入安全计时清扫工作状态，具体的清扫时间设置需要根据机器人腔体容积、工作环境、国内外防爆标准等因素制定。安全继电器9的A1号引脚与安全PLC8的O0号引脚连接，传递安全PLC8反馈的防爆系统安全计时清扫工作完成信号，控制安全继电器9电路的通断；安全继电器913号、14号引脚与防爆柜内的接线端子X4连接，通过防爆航插线缆反馈防爆功能完成信号至机器人控制柜内接触器，便于控制柜内电路上24V电；安全继电器9的23号、24号引脚与防爆柜内的接线端子X5连接，是预留的一组安全信号，可用于连接外围喷涂设备；安全继电器932号引脚与安全PLC8的IM2号引脚连接，主要是将安全继电器9的工作状态反馈给安全PLC8。

所述的控电模块包括用于接收处理防爆柜内相关元器件的反馈信号并发出对应的控制指令或信号的安全PLC8、用于将流量计24反馈的防爆系统清扫工作完成信号转化成一个安全信号传递给安全PLC8的防爆隔离栅10、与安全PLC8配合的安全继电器9。

通过采用安全PLC8在安全继电器9和防爆隔离栅10类元器件的的配合下，使得相关反馈信号和对应控制指令更加稳定、安全的接收和发出，提高防爆柜电控系统的整体稳定性、抗干扰性和安全性，符合国内外喷涂机器人相关防爆设计标准，结构与操作简单、通用性和抗干扰能力较强、安全系数和工作效率较高、成本相对低廉、使用寿命长。

如图5所示，安全PLC8的24V引脚与熔断器FU3连接，防止供给安全PLC8的电流过载，保护器件安全、提高防爆电控系统的安全系数。安全PLC8的IM0号和T0号引脚与启动按钮指示灯18的常开端口3和端口1连接，当按下启动按钮指示灯18时安全PLC8接收到反馈信号，经过处理后发出控制指令，防爆系统进入吹扫工作状态，同时蓝色指示灯亮起。

安全PLC8的I4-I7号引脚分别与防爆柜内的接线端子X7、X8连接，2个数显压力表21通过接线端子X7、X8将实时监测到的机器人腔体内气压大小相关数据信息反馈给安全PLC8，以便安全PLC8实时调节防爆柜内和机器人本体内的防爆电磁阀22通断，控制机器人腔体内的气压值在安全范围，防止发生生产事故。安全PLC8的T1号、T2号引脚分别于与恒压指示灯19、故障指示灯20的端口1连接，当安全PLC8控制的防爆系统安全计时清扫工作完成时，启动按钮指示灯18蓝灯停止闪烁，安全PLC8会发出反馈信号，此时白色恒压指示灯19亮起，表明防爆功能准备完毕。在防爆柜电控系统工作过程中，安全PLC8会实时监测整个电控系统是否发生故障，若发生故障则安全PLC8会立刻发出指令让电控系统停止工作，同时故障指示灯20亮起，反之则不亮；安全PLC8的O1号、O2号引脚分别于与防爆柜内的X4、X6接线端子连接，前者通过X4接线端子控制柜内防爆电磁阀22在防爆系统进行吹扫和清扫工作状态时的通断，后者通过X6接线端子并借助防爆航插线缆控制机器人本体内防爆电磁阀22，在防爆系统进行吹扫和清扫工作状态时的通断。

防爆柜电控系统中安全PLC8、数显压力表21和流量计24类相关电路均采用双回路冗余设计，防止电控系统在运行过程中某一路信号反馈或检测出现故障影响系统工作，使得该电控系统科学性能较好，对于环境适应能力强。

所述的防爆隔离栅10提高防爆柜电控系统元器件之间信号传递的稳定性、抗干扰性和安全性，符合国内外喷涂机器人相关防爆设计标准。

如图2所示，所述的主电模块和控电模块均包括用来控制防爆柜电控系统的通断的开关旋钮7、用于传递信号或24V电的接线端子，所述的主电模块的熔断器为FU1和FU2，在图上的附图标记分别为标记2和标记3，所述的控电模块的熔断器为FU3，在图上的附图标记为标记11；所述的主电模块的接线端子为X1-X3，在图上的附图标记分别为标记4、标记5和标记6；所述的控电模块的接线端子为X4-X8，在图上的附图标记分别为标记12、标记13、标记14、标记15、标记16,所述的安全PLC8的功能需在安全继电器9、防爆隔离栅10、接线端子X4-X8元器件的配合下实现。

所述的按钮模块包括开关指示灯17、启动按钮指示灯18、恒压指示灯19、用于显示防爆柜的工作状态并给操作人员实时反馈对应信息便于检查和维护的故障指示灯20。

所述的气动元件模块包括用来实时监测显示机器人腔体内气压大小并将相关数据信息反馈给安全PLC8的数显压力表21、用来控制机器人本体内进出气含量的防爆电磁阀22和调压阀23、装在机器人本体内用于防爆系统对机器人腔体清扫时进气量的检测并将相关信息反馈给防爆隔离栅10的流量计24。

一种喷涂机器人防爆柜电控系统的控制方法，其具体步骤如下：

S1：启动机器人控制柜：通过防爆航插线缆为防爆柜供220V交流电；

S2：开关指示灯17亮：打开防爆柜旋钮开关给防爆柜上电，若无接线问题或其他故障，此时防爆柜外侧面板上的绿色开关指示灯17亮起；

S3：按下启动按钮指示灯18，防爆柜开始工作，蓝色指示灯亮起；

S4：吹扫工作开始：安全PLC8控制防爆系统进入吹扫工作状态，安装在机器人本体内的两个流量计24开始实时监测工作，同时防爆柜内和机器人本体内的防爆电磁阀22打开；

S5：观察流量：观察防爆柜内两个数显压力表21反馈的机器人腔体内进气与出气的流量和压力数值，可根据数显压力表21的反馈值手动调节防爆柜内的调压阀23控制进气量；

S6：传递吹扫信号：防爆隔离栅10会将流量计24反馈的吹扫完成信号转换成一个安全的信号传递至安全PLC8：

a：安全PLC8接收相关信号后经过处理会控制防爆系统进入安全计时清扫工作状态，此时启动按钮指示灯18蓝灯闪烁；

b：在此之前安全PLC8长时间未接收到防爆隔离栅10反馈的吹扫完成信号，则会发出报警，故障指示灯20亮起，此时需要对防爆系统进行检修消除故障；

S7：防爆系统安全计时清扫工作完成，则安全PLC8会发出反馈信号；

S8：防爆功能准备：启动按钮指示灯18蓝灯停止闪烁、白色恒压指示灯19亮起，防爆柜内和机器人本体内防爆电磁阀22同时关闭，此时机器人腔体内进气和出气达到平衡，防爆功能准备完毕；

S9：控制柜内通电：安全PLC8也会反馈防爆功能完成信号至安全继电器9，控制其进入工作状态。

所述的步骤S4中的两组流量计24用于洁净气体的注入，防爆电磁阀22用于泄掉机器人腔体内原有的不安全气体。

所述的步骤S5中的机器人腔体内的进气和出气量基本保持一致达到流量计24所设置的监测阈值时，流量计24所设置的监测阈值与选用的产品型号有关，此时流量计24会反馈一个信号给防爆隔离栅10表明吹扫工作已完成并且流量计24停止监测工作。

所述的步骤S9中的安全继电器9通过柜内接线端子X4和防爆航插线缆将防爆功能完成信号传递至机器人控制柜内接触器，便于控制柜内电路上24V电，至此相关操作人员可控制机器人开始喷涂工作；反之，若安全PLC8监测防爆系统未完成安全计时清扫工作，则会发出报警信号，故障指示灯20亮起，此时需要对防爆系统进行检修消除故障。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种喷涂机器人防爆柜电控系统，其特征在于：包括与机器人连接的防爆柜，所述的防爆柜内设置有：

主电模块，与防爆柜内连接，用来为防爆柜内元器件提供电源；

控电模块，设置在防爆柜内内，用来控制防爆柜内元器件的工作状态和电路的通断；

按钮模块，设置在防爆柜内外表面，用来显示防爆柜的工作状态；

气动元件模块，安装在机器人本体内，用来监测机器人本体内进出气的状态和含量并实时反馈到控电模块进行控制调整。

2.根据权利要求1所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统，其特征在于：所述的主电模块包括用来将220V交流电整流转化为24V直流电的开关电源(1)、用于防止供给电流过载导致损坏相关元器件的熔断器。

3.根据权利要求1所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统，其特征在于：所述的控电模块包括用于接收处理防爆柜内相关元器件的反馈信号并发出对应的控制指令或信号的安全PLC(8)、用于将流量计(24)反馈的防爆系统清扫工作完成信号转化成一个安全信号传递给安全PLC(8)的防爆隔离栅(10)、与安全PLC(8)配合的安全继电器(9)。

4.根据权利要求3所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统，其特征在于：所述的主电模块和控电模块均包括用来控制防爆柜电控系统的通断的开关旋钮(7)、用于传递信号或24V电的接线端子，所述的主电模块的熔断器为FU1和FU2，所述的控电模块的熔断器为FU3；所述的主电模块的接线端子为X1-X3，所述的控电模块的接线端子为X4-X8，所述的安全PLC(8)的功能需在安全继电器(9)、防爆隔离栅(10)、接线端子X4-X8元器件的配合下实现。

5.根据权利要求1所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统，其特征在于：所述的按钮模块包括开关指示灯(17)、启动按钮指示灯(18)、恒压指示灯(19)、用于显示防爆柜的工作状态并给操作人员实时反馈对应信息便于检查和维护的故障指示灯(20)。

6.根据权利要求1所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统，其特征在于：所述的气动元件模块包括用来实时监测显示机器人腔体内气压大小并将相关数据信息反馈给安全PLC(8)的数显压力表(21)、用来控制机器人本体内进出气含量的防爆电磁阀(22)和调压阀(23)、装在机器人本体内用于防爆系统对机器人腔体清扫时进气量的检测并将相关信息反馈给防爆隔离栅(10)的流量计(24)。

7.利用权利要求1至6中任一项所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统的控制方法，其特征在于：其具体步骤如下：

S1：启动机器人控制柜：通过防爆航插线缆为防爆柜供220V交流电；

S2：开关指示灯(17)亮：打开防爆柜旋钮开关给防爆柜上电，若无接线问题或其他故障，此时防爆柜外侧面板上的绿色开关指示灯(17)亮起；

S3：按下启动按钮指示灯(18)，防爆柜开始工作，蓝色指示灯亮起；

S4：吹扫工作开始：安全PLC(8)控制防爆系统进入吹扫工作状态，安装在机器人本体内的两个流量计(24)开始实时监测工作，同时防爆柜内和机器人本体内的防爆电磁阀(22)打开；

S5：观察流量：观察防爆柜内两个数显压力表(21)反馈的机器人腔体内进气与出气的流量和压力数值，可根据数显压力表(21)的反馈值手动调节防爆柜内的调压阀(23)控制进气量；

S6：传递吹扫信号：防爆隔离栅(10)会将流量计(24)反馈的吹扫完成信号转换成一个安全的信号传递至安全PLC(8)：

a：安全PLC(8)接收相关信号后经过处理会控制防爆系统进入安全计时清扫工作状态，此时启动按钮指示灯(18)蓝灯闪烁；

b：在此之前安全PLC(8)长时间未接收到防爆隔离栅(10)反馈的吹扫完成信号，则会发出报警，故障指示灯(20)亮起，此时需要对防爆系统进行检修消除故障；

S7：防爆系统安全计时清扫工作完成，则安全PLC(8)会发出反馈信号；

S8：防爆功能准备：启动按钮指示灯(18)蓝灯停止闪烁、白色恒压指示灯(19)亮起，防爆柜内和机器人本体内防爆电磁阀(22)同时关闭，此时机器人腔体内进气和出气达到平衡，防爆功能准备完毕；

S9：控制柜内通电：安全PLC(8)也会反馈防爆功能完成信号至安全继电器(9)，控制其进入工作状态。

8.根据权利要求7所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤S4中的两组流量计(24)用于洁净气体的注入，防爆电磁阀(22)用于泄掉机器人腔体内原有的不安全气体。

9.根据权利要求7所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤S5中的机器人腔体内的进气和出气量基本保持一致达到流量计(24)所设置的监测阈值时，流量计(24)所设置的监测阈值与选用的产品型号有关，此时流量计(24)会反馈一个信号给防爆隔离栅(10)表明吹扫工作已完成并且流量计(24)停止监测工作。

10.根据权利要求7所述的一种喷涂机器人防爆柜电控系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤S9中的安全继电器(9)通过柜内X4接线端子和防爆航插线缆将防爆功能完成信号传递至机器人控制柜内接触器，便于控制柜内电路上24V电，至此相关操作人员可控制机器人开始喷涂工作；反之，若安全PLC(8)监测防爆系统未完成安全计时清扫工作，则会发出报警信号，故障指示灯(20)亮起，此时需要对防爆系统进行检修消除故障。

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