Softlog軟件在杜爾機器人轉速故障分析中的應用

卞奇立，呂振宇，張佳樑

（上汽大眾汽車有限公司，上海 202110）

0 引言

Softlog軟件是德國杜爾公司推出的一款機器人應用分析軟件，主要功能是記錄機器人RPC（Remote Process Call，機器人過程控制器）內部信號值，包括工藝單元、運動單元等。Softlog軟件對于現場故障判斷以及問題分析有很大幫助，可以圖形化顯示機器人在工作過程中各信號的變換，以及故障發生時信號的實時情況，維修人員可以根據這些信號波形以及參數設置來判斷報警產生的邏輯，為故障分析提供強大的數據支撐。

轉速控制系統是杜爾機器人非常重要、較為復雜的系統，故障率也較高，一旦發生故障就會對產量和質量產生很大影響。通過現場多次故障的分析、經驗的積累，總結出轉速系統內不同元件出現問題時RPC接收到的轉速變化的波形特征，故障發生時通過Softlog軟件對轉速進行監控，找到故障特點之后快速解決問題，可以有效縮短故障判斷時間。

1 噴涂機器人轉速控制原理

杜爾噴涂機器人轉速控制系統主要包括轉速調節部分和轉速反饋部分，其中比例閥是轉速控制的核心部件，它根據光電轉換器反饋的實際轉速來控制驅動空氣的量，對氣馬達轉速進行調節。軸承空氣類似于機械轉軸的軸承，將空心轉軸平衡地支撐在石墨套中，降低空心軸和石墨套的摩擦力。剎車空氣電磁閥也由比例閥控制，當設定轉速突然降低時剎車電磁閥打開，剎車空氣對高轉速中的氣馬達進行制動，保證氣馬達在短時間內轉速下降到設定值。為了防止大流量的驅動空氣流過氣馬達時帶走熱量，霧化器溫度降低，導致霧化器外表產生冷凝水，比例閥輸出的驅動空氣是需要經過加熱的，空氣加熱器溫度設定在50℃。轉速反饋由氣馬達測速碼盤、光纖、光電轉換器組成，其中光電轉換器將一定頻率的光波轉換為對應的電信號傳送給比例閥。

圖1 轉速控制系統原理[1]

現場軸承空氣的手調閥壓力設置在6.5～7.0 bar（0.65～0.70 MPa），壓力檢測開關的報警下限值設定在5.5 bar（0.55 MPa）。氣馬達如果石墨套磨損嚴重，轉軸和石墨套縫隙會變大，導致軸承空氣泄漏，軸承空氣管路里面的壓力下降，壓力檢測開關檢測到的實際壓力小于5.5 bar（0.55 MPa），從而觸發報警“YMLL1 is on but there is no pressure on initiator BMLD1”。

剎車空氣壓力設置約為5.0 bar（0.50 MPa）：大于5.5 bar（0.55 MPa）則旋杯容易在減速時松動脫開；小于4.5 bar（0.45 MPa），則旋杯減速時間過長、容易觸發轉速高報警。

2 常見的轉速故障及影響因素

常見的轉速故障主要有3種：①轉速偏低，“Device BML has reached lower alarm limit”；②轉速偏高，“Device BML has reached upper alarm limit”；③轉速低于主頂針打開所需要的轉速，“HN1 can not be turned on because no speed release”。

現場常見的轉速故障大體可以分為兩大類，分別是檢測回路故障和調節回路故障：前者的影響因素有光電轉換器、測速光纖、光波導管、氣馬達等，后者的影響因素有比例閥、空氣管路（ML1、ML2、MLL、BR）、氣馬達、旋杯等。

3 Softlog軟件在轉速問題分析中的應用

下面根據現場發生的轉速故障情況，分析轉速故障時RPC接收到的轉速波形變化的兩種規律。

3.1 情形1：轉速上下波動很大，瞬時變化，周期為毫秒（ms）級

這種情況可以斷定是轉速反饋回路故障。

（1）RPC接收到的轉速瞬時變低的，可重點考慮光纖或光波導管問題。若報警是固定位置，優先考慮光纖問題，機器人運動到某個特定位置時，光纖彎折或者受擠壓，影響了光波信號的傳輸。

從圖2可以發現，在RPC接收到的轉速第一次發生瞬時變低時機器人出現轉速報警，霧化器使能關閉，設定轉速降為0。經過多次的瞬時上下振蕩之后，RPC接收到的轉速呈平滑的曲線下降。在這個過程中，旋杯實際轉速肯定是緩慢下降的，應該和圖中呈下降趨勢的平滑曲線接近，RPC接收到的多次瞬時降低的轉速不能代表當時旋杯實際的轉動速度，此時是由于轉速反饋回路出現了故障。故障復位之后，霧化器使能開啟，設定轉速恢復，機器人繼續開始工作。

圖2 二線BC ESTA R21測速光纖故障時RPC接收到的轉速波形圖

從圖3可以發現，RPC接收到的轉速在周期性地發生瞬時變化，但是機器人沒有出現報警（設定值沒變），這和BML1監控參數設置有關。但是此時需要注意，比例閥從光電轉換器接收到的轉速也和上圖一樣，此時比例閥肯定會對轉速進行調節，旋杯實際轉動的速度雖然不會與圖3的曲線一致，但是肯定會發生波動，實際波動多大無法得知，波動的轉速就會對噴涂質量產生影響。車間生產過程中發生過光電轉換器損壞時機器人無轉速報警，相關噴涂區域色差超標的問題無法徹底解決，但是可以優化BML1監控參數設置（圖4）。

圖3 二線BC ESTA R22光波導管損壞時RPC接收到的轉速波形圖

圖4 BML1報警參數設置

對轉速監控的參數主要包括兩部分，PCU1/AirFlows/BML1里面定義了MinTurbineSpeed，這個值代表主頂針打開需要的最低轉速。PCU1/AirFlows/BML1/MonitorStatic主要監控實際轉速相對于設定轉速的偏差。圖3中機器人不出現轉速報警是由于機器人設置的超時時間較長，而轉速變化的周期很短，不會激活報警。此時可以降低TimeoutUpperAlarm和TimeoutLowerAlarm的值，為避免設定轉速變化時誤觸發報警，同時需要增大TimeIgnoreDifference－Down和TimeIgnoreDifferenceUp。

（2）RPC接收到的轉速波形在設定值附近上下震蕩現象明顯的，可以重點考慮光電轉換器問題。現場光電轉換器損壞時，轉速波形如圖5所示。

圖5 BC ESTA R11轉速光電轉換器故障時RPC接收到的轉速波形圖

3.2 情形2：RPC接收到的轉速變化平緩，波形平滑，不存在劇烈振蕩

此時RPC接收到的轉速能夠真實反映旋杯的實際轉速（圖6）：如果是轉速下降速度太慢，可以考慮檢查比例閥、剎車空氣管、剎車空氣壓力等；如果是轉速難以上升到設定值，可以考慮檢查旋杯、霧化器（氣馬達）、比例閥、驅動空氣管，順序由易到難。如果報警是固定位置，優先考慮驅動空氣管。

圖6 BC ESTA R22旋杯損壞時RPC接收到的轉速波形圖

從圖6可以發現，由于旋杯中心塊損壞，旋杯在高速旋轉時嚴重影響氣馬達動平衡，導致氣馬達難以達到設定轉速。經過幾秒時間，實際轉速就出現下降，機器人出現報警，設定轉速變為0。這種情況下尤其需要注意，多次復位會對旋杯和氣馬達造成不可逆轉的損傷甚至徹底報廢。

4 總結與提高

以前出現轉速故障時，一般是直接更換部件，由易到難依次為旋杯、霧化器、光電轉換器、光纖、比例閥等，直到換好為止。

采用Softlog軟件后，故障發生時可以對RPC接收到的轉速進行監控，觀察機器人出現轉速故障時轉速波形，根據轉速波形情況將轉速故障分“瞬時變化”和“緩慢變化”兩類，分別可以歸結為“反饋回路故障”和“調節回路故障”。旋杯的實際轉速存在變化，但是需要時間，無法在幾毫秒之內出現幾萬轉的突變。反饋回路故障時，RPC接收到的瞬時變化的轉速不能代表旋杯實際轉速，此時反饋系統無法將實際的旋杯轉速進行轉換，光信號和電信號可能存在時有時無的情況。例如：光纖損壞時，無法將光波信號傳遞給光電轉換器；光電轉換器內部電子元器件老化，無法正常將光信號轉換為電信號。

根據上述經驗總結，同時兼顧更換各部件的時間，盡量縮短總的故障搶修時間，制定了如圖7所示的轉速故障排查思路。在遇到轉速故障時，建議采用用時較短的Softlog軟件協助故障分析。

圖7 轉速故障排查思路[2]

噴涂機器人不僅是油漆車間的重要設備，同時也是影響車間OEE（Overall Equipment Effectiveness，設備綜合效率）的主要因素，降低故障率非常重要。在日常故障搶修中，有些技術人員經常會走一些彎路，或者說在故障發生時沒有進行深入分析，只是對可能原因逐個排查，這其實是個很大的問題。Softlog軟件功能很強大，目前被人們接觸、應用的只是其中很小一部分，在今后的工作中有望被進一步深入使用。