样品自动传送装置的分析与调试
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摘 要
样品自动传送装置在整个分析工艺过程中，承担着将物料由始端运送到不同的手套箱工位及各手套箱之间物料转运的任务，在整个工艺中发挥着传输纽带的作用。由工艺要求可知，转运小车能否实现准确定位，将决定着该装置功能的实现和工作效率的高低。本文通过对样品自动传送装置各个模块的结构、工作原理及工艺操作流程的分析，确定了可能产生定位偏差的影响因素：转运小车不同阶段的运行速度、磁力拖动结构、激光测距仪的测量偏差、接近开关的安装位置等。通过开展空载实验和载荷实验，确定了转运小车的缓冲速度、正常运行速度及接近开关的安装位置。
关键词
转运小车;偏差;接近开关;速度
中图分类号： U455.39 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.059
0 引言
随着我国工业自动化的不断发展，运料小车成为了工业运料的主要设备之一。样品自动传送装置是我公司产品分析工艺线中用于物料自動传送的一套装置，在整个分析工艺过程中，承担着将物料由始端通过转运装置运送到不同的手套箱工位及各手套箱之间物料转运的任务。在某工艺中，由于转运通道与手套箱的接口处衔接口较为紧密，故要求转运小车必须能够准确的停靠在指定的地点。
1 系统组成与原理分析
样品转运通道呈U型结构，包含转运通道A、转运通道B、转运通道C三条转运通道和电控、驱动系统等。每条转运通道均较长，且有多个站点，每条转运通道内均配备有转运小车，系统由上位机及可编程控制器PLC、操作箱、驱动系统、磁力拖动结构、接近开关等组成，其中：
1.1 磁力拖动结构
转运小车是自动传送装置具体任务的执行机构，由于工艺的特殊性，转运由在箱体内运行的上车、箱体底部运行的中车和下车组成，上车和中车上各有一组磁性相对的永磁磁铁，电机带动下车和中车运行，同时通过磁力耦合作用带动上车运行，由此实现箱体内部的物料的转移。经分析该模块硬件结构可以看出，由于上车是下车通过磁力耦合作用拖动的，所在转运小车在停车和启动的过程中上车和下车会发生不同程度的位置交错晃动，这将导致在小车后期运行过程中无法避免会存在一定的位置测量偏差。
1.2 接近开关
为了更加准确、稳定的实现小车停车定位功能，防止出现因惯性力导致产生偏差的现象，样品自动传送装置采用了在与手套箱连接的每个站点处均增加两个接近开关的方法。设置2个接近开关和一个到位开关（通道两端站点处设置2个接近开关），接近开关分别布置于站点的两侧，处于中间位置的为到位开关，两侧的为接近开关。接近开关的具体位置根据程序设定的数值和调试的结果调试确定，位置可调。
2 系统分析及调试
2.1 系统运行情况分析
当通道某一站点发出呼叫信号时，转运小车以设定的运行速度前往该站点。当小车即将到站时，在站点之前将检测到接近信号并提前减速，为小车提供一段减速缓冲区间。由于接近开关安装的位置影响到转运小车能否完成充分减速，故需通过实验不断调整，确定出适合的安装位置。在检测到到位信号时转运小车需立即停止运动，为了尽可能减小运动惯性力对定位精度的影响，转运小车减小后的速度必须是在可控范围内，而该缓冲速度（即检测到接近开关减小后的速度）需通过多次载荷实验来确定。当检测到到站开关信号时，转运小车停止运动;完成该站点的工艺作业后，小车以较低的速度起步，这样可以防止小车在恢复不到位时发生严重碰撞情况的出现。当检测到右侧接近开关后，开始加速，快速运动到下一个作业站点。这样不但可以节约运行时间，而且可以保证小车在以低速运行接近呼叫站点时定位的准确性。
2.2 可能产生偏差的原因分析
通过对样品自动传送装置的系统组成、各模块的功能结构及系统运行情况的分析可以得知，在转运小车运行的过程中，以下因素将会对小车的定位精度产生影响：
1）转运小车的运行速度。转运小车在轨道上以较高的速度运动，当检测到到位信号后需立即停车，由动力学定律可知，此时转运小车将产生较大的惯性力，使得小车无法在第一时间停车，仍会向前滑行一段距离，从而产生偏差。
2）磁力拖动结构。电机带动下车和中车运行，同时通过磁力耦合作用带动上车运行，由此实现箱体内部物料的转移，无法像硬连接结构那样实现上车与下车的同时启停，故当小车在检测到到位信号后停车的过程中，上车由于惯性力的作用，将与下车发生一定幅度的错位偏差。更严重者，若该惯性力较大时，上车与下车则有可能发生脱车现象。
3）接近开关。各个站点均设置了2个接近开关和一个到位开关，接近开关分别布置于站点的两侧，当检测到接近开关信号后，转运小车需减小运行速度。故站点两侧接近开关的安装位置及减速后的运行速度将对定位产生影响。若接近开关安装较近、减速后速度仍较高，则无法让小车完成充分减速并减小惯性力的影响;若接近开关安装较远、减速后速度若较小，又会影响转运装置的工作效率。
2.3 系统调试
针对可能产生偏差的原因，对样品自动传送装置的不同站点反复进行空载试验及载荷试验。
第一步：测定缓冲速度。在不考虑接近开关及减速阶段，通过调整控制程序中相应模块的参数，调整伺服驱动电机的转速，从而改变转运小车的运行速度，让转运小车以不同的速度运行并在目标站点稳定停车，然后读取激光测距仪的测量数据，并与站点实际距离作对比，计算出小车定位偏差。确定出定位精度在允许范围内，转运小车接近目标站点的最佳运行速度，即缓冲速度。
第二步：测定转运小车运行速度及接近开关安装位置。当测定出缓冲速度后，让转运小车以不同的速度从起始点开始运行，当检测到接近开关后，通过调用相关程序，减速到缓冲速度后继续运行;当检测到到位开关信号后停车。读取激光测距仪测量数据，与实际位置数据对比，计算出定位偏差。可通过改变接近开关的安装位置，调整测量偏差，使之满足工艺要求。对每个不同的运行速度及接近开关安装位置分别开展多次载荷实验，确定出接近开关的安装位置及最佳运行速度。
3 调试总结
通过上述调试方法，可确定出较为合理有效的转运小车的运行速度、接近开关安装位置及缓冲速度，通过对相关调试数据的分析，可得出相应的运行方案，使得小车定位精度满足工艺要求的同时，大大提高转运通道的运行效率。
参考文献
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