圖1 在電焊機(jī)器人應(yīng)用方面對(duì)其冷卻水量的監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)可提高價(jià)值和能源效率
在汽車工業(yè)的點(diǎn)焊機(jī)器人方面（圖1），針對(duì)各個(gè)焊接鉗的冷卻系統(tǒng)供水量盡可能精確的監(jiān)測(cè)和調(diào)控，出于各種考量這樣做都是意義重大的。這樣做的目的在于在車身制造過(guò)程中提升價(jià)值和能源效率：冷卻水量始終與實(shí)際需要量保持一致。這一要求不僅在正常工作狀態(tài)下，而且還包括在部分系統(tǒng)運(yùn)行模式下，以及設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展的情形下都要滿足。在降低冷卻水需要量的同時(shí)，也不能放棄最佳冷卻條件。因此泵的工作性能得到盡可能充分的利用，并且在新設(shè)備的情況下能夠做到實(shí)際需求的可計(jì)劃性 。此外通過(guò)流量的調(diào)節(jié)還可有效避免冷卻水管路中關(guān)斷沖擊的發(fā)生，這樣的沖擊有可能會(huì)引發(fā)系統(tǒng)中出現(xiàn)壓力浪涌和觸發(fā)實(shí)時(shí)流量低限值監(jiān)測(cè)功能的故障報(bào)警。
在機(jī)器人固定基座旁節(jié)省占位的安裝形式
圖2 這個(gè)緊湊的焊鉗冷卻Master Jet 系統(tǒng) 直接安置在機(jī)器人的固定基座邊上和供應(yīng)平臺(tái)相鄰
正因?yàn)樯鲜鲞@些Bürkert Fluid Control Systems 公司在數(shù)年前為實(shí)現(xiàn)可調(diào)式焊鉗冷卻，通過(guò)8821型系統(tǒng)解決方案開發(fā)出了符合實(shí)際的解決方案。該型冷卻單元相當(dāng)緊湊，可以直接將鄰近供應(yīng)平臺(tái)設(shè)置在機(jī)器人的固定基座旁 (圖2)。這樣在正常工作時(shí)機(jī)器人的工作區(qū)域不受該冷卻系統(tǒng)的限制（圖3）；相比之下傳統(tǒng)的系統(tǒng)為回避這個(gè)問(wèn)題往往須安置到其他地方。由于這一差異使該冷卻系統(tǒng)明顯地優(yōu)于通常冰箱般大小的過(guò)往方案。此外在機(jī)器人固定基底旁落位，還明顯縮短了走水冷卻軟管到點(diǎn)焊工具的距離。這樣的布置相比將系統(tǒng)設(shè)置在更遠(yuǎn)的保護(hù)柵欄附近的方案，可以使得調(diào)節(jié)和關(guān)斷等監(jiān)控操作反應(yīng)都顯著加快。冷卻裝置的手動(dòng)操作和目測(cè)檢查在此可以取消，因?yàn)樗械恼{(diào)節(jié)特征參數(shù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，全部都能夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)送往機(jī)器人的或可編程控制器的操作屏，同時(shí)在那加以設(shè)置和顯示。
圖3 在正常焊接工作時(shí)機(jī)器人的工作區(qū)域不受該冷卻系統(tǒng)的限制
這個(gè)緊湊系統(tǒng)單元由氣動(dòng)模塊，帶智能過(guò)程調(diào)節(jié)器（圖4）的控制模塊和一個(gè)冷卻介質(zhì)模塊所組成。各部分以節(jié)省占位的上下結(jié)構(gòu)形式組裝在一起。所有的測(cè)量技術(shù)部分都集中在控制模塊上，它們有非常好的開放性。通常在試車調(diào)試階段這部分要做的事不多，因?yàn)樵撓到y(tǒng)在出廠時(shí)已經(jīng)針對(duì)常見的帶16mm 焊罩的雙回路焊鉗做好了預(yù)設(shè)置。最大限值和設(shè)定值已經(jīng)設(shè)置到位。僅僅在特殊情況下需在控制器上借助菜單引導(dǎo)進(jìn)行人工調(diào)整。
圖4 設(shè)備出廠前過(guò)程調(diào)節(jié)器內(nèi)已經(jīng)預(yù)設(shè)置了調(diào)節(jié)參數(shù)，用于流量傳感器的K系數(shù)以及允許的流量界限值
為結(jié)合工業(yè)4.0規(guī)劃的基礎(chǔ)配置
系統(tǒng)中裝設(shè)的流量傳感器在參考條件下的重復(fù)性精度在流速0.3~10m/s范圍內(nèi)可達(dá)測(cè)量值的± 0.4 %。除了流量傳感器外，我們還集成了壓力和溫度傳感器。控制模塊直接與上位的機(jī)器人控制器或可編程控制器通信。在最新版本的焊罩冷卻系統(tǒng)方案中通信已能夠運(yùn)用 Profinet總線。這使其成為了一種面向未來(lái)的解決方案。
不僅僅是對(duì)于TCP/ IP，而且還包括基于標(biāo)準(zhǔn) Ethernet 技術(shù)的開放性使得 Profinet 成為一個(gè)確定無(wú)疑的未來(lái)架構(gòu)，這也為結(jié)合工業(yè)4.0-規(guī)劃奠定了基礎(chǔ)。過(guò)程數(shù)據(jù)不僅只是在現(xiàn)場(chǎng)的控制裝置內(nèi)處理，而且可以在云-應(yīng)用方面加以利用，比如遠(yuǎn)程診斷以及可對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化等，這樣一種方式使得設(shè)備的使用性得到提高。這個(gè)系統(tǒng)方案展現(xiàn)的不僅只限于Profinet-接口的增配，而且還在于借助附加的傳感器技術(shù)為使用者提供邁向工業(yè)4.0的進(jìn)程中能夠加以利用的相應(yīng)信號(hào)。
通過(guò)編碼接頭使運(yùn)行調(diào)試簡(jiǎn)單化
該焊接鉗冷卻系統(tǒng)的安裝十分簡(jiǎn)單，因?yàn)橛薪?jīng)編碼了的連接技術(shù)和各色軟管，使得氣動(dòng)單元和冷卻介質(zhì)單元的調(diào)試變得十分簡(jiǎn)易。不必用到固定用的地面錨固件。為了進(jìn)行調(diào)試只需通過(guò)一個(gè)位于氣動(dòng)單元輸入側(cè)的截止閥接通氣源供應(yīng)并檢查壓縮空氣連接情況。如果氣動(dòng)系統(tǒng)無(wú)泄漏并且有足夠的供氣壓力（輸入壓力檢測(cè)），就可啟動(dòng)冷卻介質(zhì)單元工作。
在運(yùn)行中可分為四種系統(tǒng)模式：
● 在調(diào)試模式下所有的元器件處在“輔助能源缺失”位置；各過(guò)程起始值通過(guò)Profinet 提供。
● 通過(guò)機(jī)器人控制裝置的“系統(tǒng)運(yùn)行”信號(hào)或者可編程控制器的指令 使焊罩冷卻過(guò)程啟動(dòng)并運(yùn)行。控制器在控制模式下按預(yù)設(shè)值作為設(shè)定值實(shí)施調(diào)節(jié)。
● 如果流量達(dá)到低位界限值以上，又沒(méi)有超過(guò)高位限值，將生成一個(gè)信號(hào)；正常冷卻工作狀態(tài)由一個(gè)LED顯示。
● 在手動(dòng)和維護(hù)模式下設(shè)置能夠直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
冷卻水流量調(diào)節(jié)價(jià)值凸現(xiàn)
一旦正式投入運(yùn)行，這種冷卻系統(tǒng)就能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)：通過(guò)十分敏感的流量傳感器和過(guò)程調(diào)節(jié)器與上級(jí)機(jī)器人控制器 或可編程控制器直接相連接，冷卻水流量任何時(shí)候都可被調(diào)節(jié)并且保持與實(shí)際需要量相一致。焊罩在一開始就被充分冷卻并且罩粘合得以降低。此外，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)平衡各個(gè)不同冷卻管路的水阻力或者識(shí)別它們，當(dāng)不恰當(dāng)時(shí)立刻當(dāng)做出錯(cuò)對(duì)待。同時(shí)在出廠前的預(yù)設(shè)置能保持統(tǒng)一的冷卻水循環(huán)，這樣最終也明顯減少了技術(shù)服務(wù)人員的工作量。除此之外，經(jīng)調(diào)節(jié)的冷卻水流量還使得在進(jìn)行設(shè)備改變或者擴(kuò)展之后的人工校準(zhǔn)成為多余。冷卻劑的量可再生添加，量不足能很快被識(shí)別。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)最終改善了焊接質(zhì)量和過(guò)程的可靠性。同時(shí)還節(jié)省了運(yùn)行成本，因?yàn)榘葱枨鬄閷?dǎo)向的調(diào)節(jié)降低了能耗。另外水泵能力不必再留出足夠的余量導(dǎo)致超額配置。在焊接工藝中對(duì)冷卻介質(zhì)循環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)是完全值得擁有的一項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)它能夠在短時(shí)間內(nèi)和借助Profinet接口以及附加的傳感器信號(hào)儲(chǔ)備向新工業(yè)4.0規(guī)劃靠攏。
