工业UPS电源在汽车焊接机器人中的应用

目前，工业制造领域应用普偏的机器人是焊接机器人，尤其是在汽车制造行业，机器人的使用量约占所有工业机器人的30%，焊接机器人的数量约占60%。汽车焊接机器人生产过程复杂，联锁装置多，各种检测信号相互影响。如果生产线上的任何一台机器人因为电气故障而停机，都会影响整条生产线的运行。

2022-12-02 12:32:23

工业UPS电源在汽车焊接机器人上的应用，目前，工业制造领域应用普偏的机器人是焊接机器人，尤其是在汽车制造行业，机器人的使用量约占所有工业机器人的30%，焊接机器人的数量约占60%。汽车焊接机器人生产过程复杂，联锁装置多，各种检测信号相互影响。如果生产线上的任何一台机器人因为电气故障而停机，都会影响整条生产线的运行。
传统手工焊接存在劳动量大、人工成本高、工作环境恶劣、效率低、焊接精度受工人素质影响等诸多弊端，已不能满足现代高科技产品的质量和产量要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率、改善工作条件成为现代焊接制造技术发展中亟待解决的问题，工业制造领域的焊接机器人应运而生。目前，工业制造领域应用***的机器人是焊接机器人，尤其是在汽车制造行业，机器人的使用量约占所有工业机器人的30%，焊接机器人的数量约占60%。汽车焊接机器人生产过程复杂，联锁装置多，各种检测信号相互影响。如果生产线上的任何一台机器人因为电气故障而停机，都会影响整条生产线的运行。
2015年，在某**汽车厂新开工的焊接工厂，生产线上的焊接机器人频频出现故障。之所以这样分析，是因为：进口原厂工业机器人厂商在控制器输入前增加的稳压电源，无法解决数十台焊接机器人同时工作时，伺服电机数量多而导致的电压骤降，即“电晃荡”。
在图1中，工业机器人控制器的主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序和动作时间。机器人的自由度取决于其活动关节的数量。关节越多，自由度越高，位移精度越好，所以要使用的伺服电机数量相对较多。换句话说，工业机器人越复杂，伺服电机就越多。伺服电机有三种：
液压气动驱动：响应速度慢，精度低。随着焊接机器人伺服驱动系统对响应速度和控制精度要求的提高，液压和气动驱动逐渐退出市场。
DC电机伺服： DC伺服具有精度高、控制系统简单的优点，是目前伺服系统的主流。但是有一个刷子的机械换向齿轮，换向时可能会对工作现场的安全造成危害。同时，机械换向齿轮容易磨损，不利于伺服系统的连续可靠工作，维护困难。
交流永磁同步电机伺服：质量功率比小，无机械换向齿轮，易于维护，但其控制系统复杂，难以实现高精度控制。随着技术的发展，交流同步电机逐渐具备调速范围宽、速度稳定精度高、动态响应快、四象限运行等良好的技术性能，正在逐步取代DC电机。每个多轴机器人都由一套控制系统控制，这也意味着控制器要求更高的性能。一旦控制器因电源问题(断电、浪涌、过压、低电压等)而出现故障、停机甚至导致数据丢失。)，就会造成重大事故。对控制器输入前加的稳压电源故障进行分析后发现，98%的稳压电源故障不能正常工作，是电压骤降引起的，即“电晃荡”。稳压电源的配置存在固有缺陷，应选用工业UPS。
我们知道，无论供电局花多少钱改善电网，仍然无法避免电压凹陷或浪涌、电压浪涌、谐波干扰、频率漂移、暂态峰值/高电压、市电停电等电能质量问题的发生，给电力用户带来不利影响。这是因为电网上有大量的负荷，它们的一些工作状态和故障状态，以及自然灾害，都会影响电网的安全可靠性。如：雷电风暴、大风大雪、施工中吊车、挖掘机人员误操作、动物接触线、其他大型电机启动、短路故障、线路开关配电设备故障等。
据统计，电压暂降大多为额定值(剩余电压值)的70% ~ 90%，典型持续时间为10ms ~ 1s，每个用户一年遇到的暂降次数从十几次到上百次不等。在各种电能质量问题中，导致电气设备异常运行或停机的因素大多是电压跌落。根据EPRI的统计，超过90%的电能质量事件是电压骤降。电压暂降具有频率高、事故原因难以检测的特点。
1“抖电”的概念
电压暂降(电压暂降；电压骤降)，俗称“抖电”，是指电源电压有效值突然急剧下降并在短时间内恢复正常的紧急情况。电压暂降在我国又称为电压暂降、电压暂降、瞬时电压波动、电压暂降等。大部分是雷击、短路、重载起动等引起的。电源电压急剧下降或短时间中断几秒钟，使电气设备不能正常工作。为了描述电压暂降，通常使用三个特征量，即暂降、持续时间和出现频率，有时还会考虑突然的相位变化。国际电气与电子工程师协会(IEEE)将电压骤降定义为电源电压有效值迅速下降到额定值的90% ~ 10%，然后再升回正常值。但国际电工委员会(IEC)将其定义为10ms~1min降至额定值的90% ~ 1%。
2“电”的危害
大多数电机由交流接触器、软起动器和变频器控制。当出现“抖电”时，交流接触器会释放，软启动器和变频器会停止，所以工业生产中很多重要的低压电机都会因为“抖电”而停止。关键机组的停运会导致大型机组甚至整个生产装置连锁停运，*终导致连续生产过程被迫中断，生产装置被迫紧急停运，给企业造成巨大的经济损失，有时还会引发火灾、**等恶性事故。图2显示了“电闪烁”的原因、影响和后果。根据用户需求，我们采用一体化解决方案，解决了原分体式解决方案中不同电压等级、不同频率等级、不受UPS主机监控的问题，不仅减少了占地面积，提高了可用性，也为用户节省了成本。通过现场负荷分析和现场环境调查，坚持“高度工程化组件”的方法，顺应“工业4.0”潮流，发扬“工匠精神”的态度，抨击关克难，重新设计和调整UPS系统中部分组件的电气参数，按时为用户提供“量身定制”的解决方案。该方案具有稳定性强、可靠性高、扩展性强等优点。它满足了用户防护等级、系统架构简单、操作方便、系统可靠性高等特殊要求，保证了UPS在停电时能够持续为现场供电系统提供高可靠性的UPS电源。
用工业UPS替代进口原装机器人稳压电源后，两年运行良好，从未出现过紧急抢修情况，受到用户高度好评。
3工频工业不间断电源解决方案的特点
(1)高级工程组件系统解决方案
以用户为中心，可以共同研究用电环境、负荷环境、空间和气候环境，**提高了UPS系统的可靠性和适用性。
(2)安全性和可靠性
系统的安全可靠运行是每个工业系统*根本的要求，电源(备用电源或保安电源)系统的安全可靠是系统的命脉，对于自动化程度高的工业设备尤为重要。根据上述原则，在初步设计中，选择工业UPS系统作为系统装置，保证了组件的安全性和可靠性。在机柜的设计中，充分考虑了机柜的接地、通风和防潮设计，在硬件上**提高了整个系统的可靠性。UPS在软件上采用结构化、模块化设计，增强了系统的分层容错设计，防止系统进入被动失控状态，强化了故障检测、报警和应急处理功能，提高了系统的安全性。
(3)实时性
工业UPS**控制芯片采用原装进口高性能数字信号处理器和分布式控制系统。与传统的由微处理器组成的设备相比，UPS的输出电压质量更高、动态性能更好、实时性更好，具有更快速处理突发事件的能力。因此更适合恶劣的电网环境，整机的可靠性得到了质的提升。
(4)易于操作
系统的人机操作设计充分考虑其便捷性、美观性和实用性，用户界面和界面设计充分考虑人体的结构特征和视觉特征进行优化设计。界面美观大方，操作方便实用液晶显示界面采用全中文显示。(5)易于维护
工业UPS采用可插拔模块设计，提高系统维护和故障检测速度，缩短系统平均维护时间(MTTR小于0.5小时)。
(6)先进性
在满足整体运行、安全可靠要求的前提下，系统主要设备的选择符合计算机技术和电力电子技术的发展趋势，可以保证未来很长一段时间内不需要更新，从而实现系统未来顺利升级扩容的要求。
(7)开放性
系统主要设备的选择考虑了与计算机监控系统的联网。监控系统具有良好的硬件和软件接入功能，硬件和软件都具有良好的开放性，保证了供电系统与其他系统的互联性和系统扩展性。
(8)抗干扰
电力系统主要设备外部接口设计采用**防静电、防高压脉冲串和防雷击设计，所有电气设备可靠接地，软件采用自诊断措施，采用超隔离技术等。有效防止电磁波、无线电、静电等干扰侵入电力系统主要设备，避免系统设备损坏和误操作。

未来，机器人数字化工厂将是制造业中机器人、智能设备和信息技术的完美融合，覆盖制造的生产、质量、物流等环节。主要解决工厂、车间、生产线、数字化工厂采用智能无人车间的问题，主要解决从工厂、车间、生产线、产品的设计到制造实现的转化过程。是智能制造的典型**。机器人数字化工厂**了世界上***的制造模式，已应用于汽车制造、航空航天、船舶制造和电子等行业，是未来制造业的发展趋势。但是，对于占机器人总数60%左右的焊接机器人来说，电压骤降的问题，也就是“电晃荡”的问题，仍然会被工业UPS电源彻底解决。