使能与急停
机器人是所有 PLC 外设中最危险的, 一次误动作可能造成人身伤害。Darra 机器人平台遵循 ISO 10218 (工业机器人安全) 和 ISO 15066 (协作机器人), 强制要求三位使能开关 + 急停 + 安全门三路独立回路, 任一回路断开都立即刹车断电。
本页介绍使能开关、急停、安全门、模式切换的操作, 以及标准上电 / 断电流程。
使能回路架构
安全 PLC (SIL 3)
├─ CH1: 急停按钮 (NC, 双路, 交叉监测)
├─ CH2: 三位使能开关 (NC+NO+NC, 三位逻辑)
├─ CH3: 安全门 (NC, 门磁 + 锁)
├─ CH4: 光幕 (OSSD)
├─ CH5: 安全速度 (T1 模式 250 mm/s)
└─ OSSD → 伺服使能 / KM1 接触器
所有回路都是双路冗余 (ISO 13849 PLe), 任何单点故障也不会导致危险状态。
三位使能开关
三位使能开关 (Three-position Enabling Device) 位于示教器侧面或背面, 是人机安全的核心:
| 档位 | 触发 | 机器人状态 |
|---|---|---|
| 1 档 (松开) | 手完全松开 | 伺服断电, 机器人停止 |
| 2 档 (半按) | 轻按到中间 | 伺服使能, 可以 JOG / 拖动 |
| 3 档 (按死) | 用力按到底 | 伺服断电 (等同于急停) |
设计原理: 正常操作时手"半按"使能, 受惊 / 失控时人本能会松手或握死, 两种情况都断电保护。
使能按键位置
| 示教器类型 | 位置 |
|---|---|
| 标准悬挂式 | 背面两侧各一个, 必须同时按住 |
| 手持式 | 手柄背面一个 |
| 虚拟示教器 (软件) | 物理按键不可替代, 软件示教器只允许 T1 模式低速 |
急停按钮
急停按钮 (Emergency Stop) 是红色蘑菇头, 典型位置:
- 示教器上方
- 控制柜门上
- 围栏周围 (间距 < 5 m)
按下后:
- 伺服瞬时断电 (< 10 ms)
- 机械抱闸机械锁死
- 控制柜 KM1 主接触器断开
- 系统进入急停锁定状态
解除急停
- 旋转释放急停按钮 (顺时针转 30° 弹起)
- 确认所有急停都已弹起 (控制柜 + 围栏 + 示教器)
- 示教器按 复位 (Reset) 按钮
- 等待系统自检 (2~5 秒)
- 示教器显示就绪后可重新上电
急停按下后程序不会自动恢复, 必须人工复位 + 重新启动。
安全门 / 光幕 / 安全扫描仪
工作区外 (Safe zone) ────── 工作区内 (Operating zone)
│
┌─ 围栏 + 安全门磁 (机械)
├─ 光幕 (光学, 面防护)
└─ 激光扫描仪 (区域防护 + 分区减速)
安全门
- 门磁 (Safety switch) 双路 NC
- 门打开 → 自动模式自动停止
- 门关闭 → 需人工按 Reset 才能继续
光幕 (Safety Light Curtain)
- OSSD 双路输出
- 某束光被遮挡 → 停机
- 常用在开放操作区 (装卸工位)
激光扫描仪 (Safety Laser Scanner)
- 分区监控, 典型 2 个区:
- 警告区 (Warning): 减速到 T1 速度
- 保护区 (Protective): 停机
- 常用在协作机器人工作区
响应时间要求
| 触发类型 | 机器人最大制动时间 |
|---|---|
| 急停按下 | ≤ 500 ms (ISO 10218) |
| 安全门打开 | ≤ 500 ms |
| 光幕中断 | ≤ 100 ms |
| 扫描仪保护区进入 | ≤ 100 ms |
| 三位使能松开 | ≤ 200 ms |
运行模式
| 模式 | 速度限制 | 安全门要求 | 使能要求 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| T1 (示教慢速) | 250 mm/s | 可开 | 三位使能按住 | 示教 / 调试 |
| T2 (示教全速) | 无限速 | 必须关闭 | 三位使能按住 | 高级示教 (仅安全员) |
| Auto (自动) | 无限速 | 必须关闭 + 锁门 | 不需要 | 生产运行 |
模式切换
- 示教器 Mode Key 物理钥匙开关: T1 / T2 / Auto
- 钥匙拔下后其他人无法切换
- 切换到 Auto 后, 示教器上的使能按键无效, 机器人由外部启动信号控制
上电流程 (标准)
详细步骤
- 外部主电源: 合上控制柜主空开, 内部 DC 24V / 伺服 AC 380V 上电
- 等待 PLC 启动: 大约 30 秒, 示教器启动到主界面
- 检查硬安全: 所有急停弹起、安全门关闭、光幕无遮挡、扫描仪无人
- 清除报警: 示教器 → 诊断 → 清除所有可清除报警
- 伺服上电: 示教器 Power On (或物理按钮)
- 伺服励磁: 听到抱闸 "啪" 的松开声, 末端会轻微下沉 1~2 mm (正常)
- 回零: 首次使用或编码器丢失 →
MC_Home回零 - 模式选择: 钥匙切到 T1 (示教) 或 Auto (生产)
断电流程 (标准)
- 停止所有运动程序:
MC_Stop或示教器 Stop - 移动到折叠姿态: 示教器 JOG 到 Home 点 (机械稳定姿态, 不会下坠)
- 伺服断电: 示教器 Power Off → 抱闸锁紧
- 控制柜断电: 分开主空开
非标准断电 (直接拉闸) 会损坏减速器和抱闸, 严禁。
紧急情况处理
机器人失控撞物
- 按下任一急停
- 手动拖动 / JOG 退开 (需先复位)
- 检查工件、工具、机械是否损伤
- 查日志定位原因, 修复后才能重启
停电
- UPS 会延迟 5 秒断电 (给机器人抬到安全位的时间)
- 如果配了 UPS → 系统自动执行软停机序列: 停程序 → 减速到 0 → 断伺服 → 抱闸
- 无 UPS → 伺服立即断电, 重力下会下坠 → 减速器有损伤风险
单轴卡死 / 编码器丢
- 急停 → 断伺服
- 手动松开抱闸 (示教器上有"抱闸释放"按钮, 需双重确认)
- 把关节手动推回安全范围
- 重新上电 + 回零
安全配置参数
| 参数 | 类型 | 单位 | 默认 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| EStopCat | ENUM | - | CAT_1 | 急停类别 (CAT_0 = 立即断电 / CAT_1 = 减速后断电 / CAT_2 = 减速不断电) |
| SafetySpeedT1 | LREAL | mm/s | 250 | T1 模式最大 TCP 速度 |
| SafetyForce | LREAL | N | 140 | 协作模式最大碰撞力 (ISO 15066) |
| SafetyArea | ZONE[] | - | - | 预定义的禁入 / 限速区域 |
| EnableBypass | BOOL | - | FALSE | 使能旁路 (维护用, 需授权) |
| AutoRestart | BOOL | - | FALSE | 急停复位后是否自动恢复程序 (默认关) |
排错清单
| 现象 | 可能原因 | 解决 |
|---|---|---|
| 按 Power On 不上电 | 急停未弹起 / 安全门开 / 使能未按 | 依次检查三路 |
| 按使能无反应 | 模式为 Auto (使能此时无效) | 切到 T1 |
| 上电后马上报警 | 伺服驱动器故障 | 查报警码, 通常是编码器通讯或过流 |
| JOG 速度跑不满 | T1 模式限速 | 需要全速时切 T2 (有安全员) |
| 急停复位后机器人仍不动 | 需要示教器按 Reset 软复位 | 按复位键 |
| 安全门关了还报警 | 门磁接线松 / 双路不同步 | 检查门磁冗余回路 |
| 抱闸发出"咔咔"响 | 抱闸磨损或润滑不足 | 记录进维保单, 长期会失效 |
最佳实践
- 急停触手可及: 示教者手臂长度内必有一个急停
- 使能开关不能锁: 绝不用胶带或弹簧顶住使能开关, 违背安全设计
- 模式钥匙管理: Auto 钥匙只交给生产班长, T2 钥匙只给安全员
- 每班安全检查: 开机前按一下每个急停, 看是否都能停机
- 定期安全功能测试: ISO 13849 要求 PLe 回路每 1 年做一次验证
- 写清 SOP: 工位上贴上电 / 断电标准流程图
- 报警不屏蔽: 不要用"清除"按钮一把清掉所有报警, 要看原因