先進(jìn)控制技術(shù)在涂裝工藝設(shè)備上的應(yīng)用

在轎車涂裝生產(chǎn)線上，工藝設(shè)備主要分如下幾大類：前處理設(shè)備、電泳設(shè)備、烘房設(shè)備（電泳/PVC/中涂/面漆/水性漆烘房）、噴房設(shè)備（由供風(fēng)空調(diào)、室體和除渣系統(tǒng)組成）、廠房及工位供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備、輸調(diào)漆/供膠/供蠟系統(tǒng)設(shè)備、制冷系統(tǒng)設(shè)備和DI水（去離子水）系統(tǒng)設(shè)備。由于工藝設(shè)備分布廣泛，且大多分布在不同的樓層層面，有鑒于此，目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)涂裝生產(chǎn)線工藝設(shè)備大多采用了三層控制網(wǎng)絡(luò)布局（以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式I/O），圖1是目前涂裝工藝設(shè)備較典型的先進(jìn)控制系統(tǒng)圖。

圖1 工藝設(shè)備控制系統(tǒng)圖

工藝設(shè)備PLC控制分組

根據(jù)工藝路線布局以及就近控制原則，涂裝車間整個(gè)工藝設(shè)備大致可以分成如下控制組：

控制組1：前處理設(shè)備；
控制組2：電泳設(shè)備；
控制組3：電泳整流電源設(shè)備；
控制組4：電泳烘房設(shè)備；
控制組5：PVC烘房設(shè)備；
控制組6：中涂噴房（供風(fēng)空調(diào)、室體照明、排風(fēng)和除渣系統(tǒng)）＋中涂水性漆烘房；
控制組7：中涂烘房設(shè)備；
控制組8：面漆BC/CC噴房（供風(fēng)空調(diào)、室體照明、排風(fēng)和除渣系統(tǒng)）＋BC水性漆烘房；
控制組9：面漆烘房設(shè)備；
控制組10：廠房供風(fēng)/排風(fēng)；
控制組11：工位（供風(fēng)/照明/排風(fēng)）；
控制組12：制冷系統(tǒng)設(shè)備；
控制組13：DI水系統(tǒng)設(shè)備；
控制組14：輸調(diào)漆系統(tǒng)設(shè)備。

每個(gè)控制組都單獨(dú)設(shè)有PLC，系統(tǒng)較大的可以選用如SIMENSE S7 414-2DP/PN PLC，系統(tǒng)較小的可以選用如SIMENSE S7 317-2DP/PN，以上兩類PLC都可以兼容SIMENSE Profinet網(wǎng)絡(luò)。控制組內(nèi)的各模塊單元控制柜設(shè)有分布式I/O，如SIMENSE ET200S。控制組與上層中控室通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，控制組之間通訊采用現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器，如SIMENSE DP/DP COUPLE。控制組內(nèi)的模塊單元通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC進(jìn)行通訊，如SIMENSE Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。

圖2 烘房溫控系統(tǒng)

先進(jìn)的啟動(dòng)方式及控制模式

在轎車涂裝車間，相對(duì)輸送設(shè)備來(lái)說(shuō)，工藝設(shè)備上的水泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)功率和啟動(dòng)電流普遍都較高，如前處理、電泳槽體主循環(huán)泵電機(jī)功率大都是18.5kW、22kW，有些可達(dá)到30kW或45kW；烘房系統(tǒng)主循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)功率大都是45kW，有的可達(dá)到75kW；噴房系統(tǒng)供、排風(fēng)風(fēng)機(jī)電機(jī)單臺(tái)可達(dá)到160kW。軟啟動(dòng)器/變頻器具有啟動(dòng)平穩(wěn)、啟動(dòng)電流小和節(jié)能等特點(diǎn)，可以選用以下控制原則，對(duì)于功率≤18.5kW的水泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)采用空氣開(kāi)關(guān)＋接觸器直接啟動(dòng)方式；對(duì)于功率＞18.5kW的水泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式，如DANFOSS MCD2800、MCD3000系列軟啟動(dòng)器；對(duì)于一些工藝參數(shù)需要自動(dòng)調(diào)整的風(fēng)機(jī)、水泵，如前處理磷化除渣主循環(huán)泵，烘房廢氣燃燒循環(huán)風(fēng)機(jī)，噴房系統(tǒng)供風(fēng)空調(diào)加濕噴淋泵，噴房系統(tǒng)供、排風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)等，需要采用變頻器進(jìn)行控制，如DANFOSS VLT5000系列變頻器，變頻器帶Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口。

根據(jù)工藝的要求，工藝設(shè)備上的水泵、風(fēng)機(jī)啟停有其固有的先后循序，并且啟動(dòng)后其運(yùn)行是連續(xù)、不間斷的，工藝參數(shù)也是根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)值自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整的，針對(duì)此特點(diǎn)，可以對(duì)涂裝車間所有工藝設(shè)備在中控室采用中央啟、停控制模式，通過(guò)對(duì)不同的工藝設(shè)備設(shè)定不同的啟、停時(shí)間來(lái)自動(dòng)啟、停工藝設(shè)備。除了設(shè)定遠(yuǎn)程中央啟、停控制模式外，為防止控制組PLC與中控室之間通訊發(fā)生故障，在控制組PLC也要設(shè)有本地控制模式用于自動(dòng)啟、停其所控制的設(shè)備。

先進(jìn)的工藝參數(shù)管理控制系統(tǒng)

在轎車四大工藝當(dāng)中，涂裝工藝是較為復(fù)雜的，有很多環(huán)節(jié)、工序和工藝參數(shù)影響著車身油漆質(zhì)量，水、電和氣等各種公用動(dòng)力幾乎貫穿整個(gè)涂裝工藝，具體來(lái)說(shuō)，在以下領(lǐng)域先進(jìn)控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)涂裝工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、修改。

1. 槽液液位的自動(dòng)控制：在前處理、電泳槽，噴房刮渣系統(tǒng)槽，制冷設(shè)備、純水設(shè)備水箱，設(shè)有液位計(jì)，用于測(cè)量液位，可以與電磁閥、電動(dòng)閥或水泵進(jìn)行聯(lián)鎖從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的自動(dòng)控制。目前用的較多的是靜壓式液位計(jì)，部分污水坑用的是電極式液位計(jì)。

2. 溫度的自動(dòng)控制：在前處理脫脂、磷化和表調(diào)槽槽液，電泳槽槽液，烘房的氣封、加熱、保溫區(qū)，空調(diào)機(jī)組的制冷、加熱區(qū)，輸漆系統(tǒng)油漆溫度、液壓泵液壓油溫度需要根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行控制，一般設(shè)有感溫?zé)犭婑頟T100用于測(cè)量溫度，并與電動(dòng)閥、伺服電機(jī)等進(jìn)行聯(lián)鎖，從而實(shí)行對(duì)溫度的控制。烘房溫控系統(tǒng)如圖2所示。

3. 濕度的自動(dòng)控制：噴房濕度需要根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行控制，一般在供風(fēng)機(jī)組出風(fēng)區(qū)設(shè)有濕度傳感器用于測(cè)量供風(fēng)濕度，并與供風(fēng)機(jī)組噴淋區(qū)變頻控制的水泵進(jìn)行聯(lián)鎖，從而實(shí)行對(duì)濕度的控制。

4. 電壓、電流的自動(dòng)控制：在電泳工藝，一般直流電源供給是分多段的，不同的車型在每一段上其電壓、電流值都是可設(shè)定的，車型在入電泳槽前識(shí)別后，然后根據(jù)設(shè)定的電壓、電流程序，在每一段供給車身所需的不同電壓、電流值。

5. 工藝參數(shù)的設(shè)定、修改：目前較為簡(jiǎn)便、快捷的方式是通過(guò)中央控制室EMOS監(jiān)控機(jī)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定、修改，監(jiān)控畫(huà)面一般設(shè)有權(quán)限等級(jí)，工藝人員要先登陸且具備一定權(quán)限等級(jí)才能對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定或修改。為防止誤操作及人為擅自更改，監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)記錄登陸用戶名及其所作的工藝參數(shù)設(shè)定或修改。

先進(jìn)的供電系統(tǒng)

一般來(lái)說(shuō)，涂裝車間的工藝設(shè)備供電系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：10kV高壓、變壓器、400V低壓、母排或電纜、電柜、水泵和風(fēng)機(jī)上電機(jī)等執(zhí)行元件，其中低壓端負(fù)荷率影響著涂裝車間的電能使用效率，因而合理地選擇及布局變電間、優(yōu)化各工藝設(shè)備供電配置顯得尤為重要。

1.變電間的變壓器選擇及布局：變電間要就近布置在用電設(shè)備較為集中、裝機(jī)容量大的設(shè)備附近，如前處理、電泳區(qū)域，烘房區(qū)域，噴房排風(fēng)機(jī)區(qū)域，供風(fēng)空調(diào)機(jī)組區(qū)域。接著要選擇合理的變壓器容量，目前涂裝車間使用較多的有1600kVA、2000kVA兩種規(guī)格的變壓器。

2.變壓器低壓柜與電柜之間的連接：對(duì)于母排或電纜的選擇，一般建議電柜內(nèi)設(shè)備裝機(jī)容量≤100kW的從母排插接箱接線；電柜內(nèi)設(shè)備裝機(jī)容量＞100kW，直接從變壓器低壓配電柜接線。

3.電柜與電機(jī)等執(zhí)行元件之間的連接，一般從電柜端子排直接引線接到水泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)接線盒，如水泵、風(fēng)機(jī)與電柜距離過(guò)遠(yuǎn)或不在同一樓層，在進(jìn)水泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)接線盒之前要設(shè)有維修開(kāi)關(guān)，用于維修、檢修時(shí)，切斷水泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)電源。

4.備用供電系統(tǒng)，在涂裝車間，有一些工藝設(shè)備是需要24h連續(xù)不間斷工作的，如：電泳槽循環(huán)泵、輸調(diào)漆系統(tǒng)上的用于油漆循環(huán)的液壓泵站及其油溫控制系統(tǒng)、水噴淋或CO2消防設(shè)備、調(diào)漆間供風(fēng)空調(diào)機(jī)組和制冷機(jī)組，這些設(shè)備需要2路不同的供電（2路10kV來(lái)自不同的配電所），一用一備，供電切換可以在變電間低壓配電柜聯(lián)絡(luò)柜進(jìn)行手動(dòng)切換，也可以在設(shè)備電柜設(shè)置雙電源自動(dòng)切換裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。

先進(jìn)的動(dòng)能管理控制系統(tǒng)

在涂裝車間使用的公用動(dòng)力種類有很多，包括：電、蒸汽、天燃?xì)狻嚎s空氣、冷凍水、工業(yè)水和DI水，對(duì)這些公用動(dòng)力進(jìn)行在線日、周和月耗量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中意義非常大，它可以非常及時(shí)地顯示涂裝車間的所有動(dòng)能消耗，通過(guò)各種統(tǒng)計(jì)列表，技術(shù)人員可以及時(shí)了解動(dòng)能動(dòng)態(tài)消耗或動(dòng)能的異常情況發(fā)生，為制定各種動(dòng)能節(jié)省計(jì)劃、設(shè)備開(kāi)關(guān)計(jì)劃提供了豐富理論數(shù)據(jù)，也可起到部分預(yù)知設(shè)備運(yùn)行異常的功效。

公用動(dòng)力耗量計(jì)量統(tǒng)計(jì)主要有以下幾種途徑：對(duì)于電耗量統(tǒng)計(jì)，在每組總電柜設(shè)有帶遠(yuǎn)傳信號(hào)數(shù)字式電量表；對(duì)于蒸汽、壓縮空氣、冷凍水、工業(yè)水和DI水，可在主管道設(shè)有帶遠(yuǎn)傳信號(hào)數(shù)字式流量計(jì)；對(duì)于天燃?xì)猓诿颗_(tái)燃燒器主管路上設(shè)有帶遠(yuǎn)傳信號(hào)數(shù)字式流量計(jì)。這些數(shù)字式電量表或流量計(jì)既可現(xiàn)場(chǎng)顯示當(dāng)前數(shù)值，也可將模擬量信號(hào)傳給PLC，PLC將處理數(shù)據(jù)傳給中控室服務(wù)器，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)處理之后能在中控室或現(xiàn)場(chǎng)EMOS監(jiān)控機(jī)上在線顯示動(dòng)能耗量，也可以對(duì)動(dòng)能耗量進(jìn)行日、周和月等各種統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，從而制成統(tǒng)計(jì)列表并打印成文。

先進(jìn)的故障診斷系統(tǒng)

通過(guò)分布在涂裝車間內(nèi)或中控室的EMOS監(jiān)控機(jī)可以方便地查看整個(gè)涂裝車間工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，EMOS監(jiān)控機(jī)所監(jiān)控、顯示的具體內(nèi)容如下：各工藝設(shè)備動(dòng)態(tài)工藝流程圖；水泵、風(fēng)機(jī)等的運(yùn)行狀態(tài)；溫度、濕度和液位等工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)值，以及歷史曲線；故障報(bào)警，故障設(shè)備，故障地址顯示，故障原因顯示，記錄涂裝車間公用動(dòng)力耗量并制成統(tǒng)計(jì)列表。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線模塊（I/O接口模塊、中繼器和耦合器）上接口可以方便連接上筆記本電腦，對(duì)本組工藝設(shè)備進(jìn)行在線編程、監(jiān)控和診斷；另外也可以利用分布在總柜以太網(wǎng)HUB口上的以太網(wǎng)接口對(duì)涂裝車間整個(gè)工藝設(shè)備進(jìn)行在線編程、監(jiān)控和診斷。

前處理、電泳設(shè)備主要控制技術(shù)

電泳工藝對(duì)車身油漆質(zhì)量影響是較為關(guān)鍵的，影響電泳漆膜質(zhì)量的工藝環(huán)節(jié)很多，主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)影響較大：如除油、除鐵屑、除磷化渣、電泳超濾和陽(yáng)極液等。除油系統(tǒng)現(xiàn)大多采用蒸汽加熱油水分離技術(shù)來(lái)進(jìn)行除油，其較為關(guān)鍵的控制是對(duì)除油槽槽溫的控制，通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可以實(shí)現(xiàn)不同的溫度需求，而蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由槽液液位計(jì)、感溫?zé)犭娕脊餐峁┓答佇盘?hào)進(jìn)行運(yùn)行控制的；對(duì)于除鐵屑系統(tǒng)，現(xiàn)用的較為先進(jìn)的是由旋液分離器和磁性分離器組成的，旋液分離器是純機(jī)械方式的，其利用水和鐵屑不同的離心力進(jìn)行分離，而磁性分離器是通過(guò)幾根磁棒吸住鐵屑，然后自動(dòng)定期清除磁棒上鐵屑來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的；除磷化渣系統(tǒng)現(xiàn)較為先進(jìn)的有連續(xù)通過(guò)式板框壓濾機(jī)，其較關(guān)鍵控制是對(duì)主循環(huán)水泵的控制，一般采用變頻器恒壓控制模式進(jìn)行控制；對(duì)于電泳超濾系統(tǒng)，其與電泳槽液一樣需要24h連續(xù)運(yùn)動(dòng)，這就要求電泳超濾系統(tǒng)主循環(huán)泵需要備用泵及備用電源；對(duì)陽(yáng)極液的控制主要是對(duì)其濁度、電導(dǎo)率和PH值進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果補(bǔ)充DI水或排放部分陽(yáng)極液；前處理、電泳設(shè)備其他的控制主要是對(duì)槽液液位、溫度的控制。前處理溫控系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 前處理溫控系統(tǒng)

烘房系統(tǒng)主要控制技術(shù)

對(duì)烘房系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最為關(guān)鍵的是對(duì)燃燒器點(diǎn)火系統(tǒng)（見(jiàn)圖5）的控制，它一般有如下步驟：首先是壓縮空氣吹掃，3路0.6MPa壓縮空氣分別從點(diǎn)火電極、火焰探測(cè)器和火焰觀察口進(jìn)入燃燒器進(jìn)行吹掃，接著天燃?xì)饨?jīng)過(guò)穩(wěn)壓閥，低壓/高壓檢測(cè)，泄露檢測(cè)，然后高壓使電極放電產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃天燃?xì)猓鹧嫣綔y(cè)器檢測(cè)火焰，如檢測(cè)失敗，燃燒器立刻熄火，快速閥門(mén)立刻關(guān)閉天燃?xì)狻?duì)烘房系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還有2項(xiàng)較為關(guān)鍵的是烘房加熱區(qū)、保溫區(qū)室體溫度控制和循環(huán)風(fēng)量平衡控制。對(duì)烘房室體溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)對(duì)帶連桿絲桿機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，伺服電機(jī)由感溫?zé)犭娕继峁┓答佇盘?hào)進(jìn)行控制的，其運(yùn)行驅(qū)動(dòng)絲桿連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，2個(gè)連桿分別是主循環(huán)通道和旁通通道風(fēng)閥的主軸，它們開(kāi)、關(guān)運(yùn)行方向剛好相反。對(duì)于烘房循環(huán)風(fēng)量平衡控制，主要是新鮮空氣的吸入和廢氣燃燒后排放之間風(fēng)量的平衡，一般新鮮空氣的吸入量是恒定的，這就要求抽廢氣循環(huán)燃燒的風(fēng)機(jī)風(fēng)量能可調(diào)，主要有兩種方法：風(fēng)閥機(jī)械調(diào)整；風(fēng)機(jī)由變頻器控制，風(fēng)量可變頻調(diào)節(jié)。

圖5 烘房燃燒器點(diǎn)火控制系統(tǒng)

噴房系統(tǒng)主要控制技術(shù)

對(duì)于噴房的控制，主要是使其能很好地滿足噴涂工藝需求，其較為關(guān)鍵的是對(duì)噴房?jī)?nèi)供風(fēng)溫度、濕度、風(fēng)速以及供排風(fēng)風(fēng)量平衡的控制。對(duì)于溫濕度的控制，主要是在空調(diào)機(jī)組出風(fēng)口設(shè)有溫濕度傳感器，其提供反饋信號(hào)給表冷段、加熱段電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和噴淋段噴淋水泵（變頻器控制）；對(duì)于供排風(fēng)風(fēng)量平衡的控制，一般要求供風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量要大于排風(fēng)風(fēng)量，至少排風(fēng)風(fēng)機(jī)需用變頻器控制（用于調(diào)節(jié)風(fēng)量）。

電泳整流電源主要控制技術(shù)

圖6 整流電源系統(tǒng)示意圖

目前國(guó)內(nèi)轎車涂裝生產(chǎn)線基本上都采用陰極電泳工藝，且大多是多種車型混線生產(chǎn)，由于不同車型表面處理面積差別較大，這就要求對(duì)差別大的車型分別設(shè)置不同的電壓值。另為提高電泳漆膜質(zhì)量，現(xiàn)大都采用多段供電方式，這就要求對(duì)不同的車型分別在不同的段設(shè)置不同的電壓值，通常在電泳入槽前設(shè)置有車型識(shí)別段，提供車型信號(hào)給整流電源；在槽上沿著輸送軌道設(shè)有多個(gè)行程開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)車身在槽內(nèi)的位置，提供此信號(hào)給整流電源用于槽內(nèi)多段供電。考慮到電泳整流電源的關(guān)鍵性，一般設(shè)有一臺(tái)備用整流點(diǎn)源，當(dāng)正常工作中有一臺(tái)整流電源損壞后，備用整流電源能通過(guò)手動(dòng)操作切換馬達(dá)來(lái)進(jìn)行替換。整流電源系統(tǒng)示意圖如圖6所示。整流電源主要的用途是給電泳工藝提供0～450V可調(diào)的直流電，直流電源輸出的負(fù)極與導(dǎo)電銅排相連設(shè)在槽外，而正極與陽(yáng)極板相連豎直放在槽內(nèi)（用陽(yáng)極膜罩著）。導(dǎo)電銅排一般根據(jù)工藝需求分成幾段，每一段導(dǎo)電銅排都對(duì)應(yīng)著數(shù)量不等的陽(yáng)極板，一般導(dǎo)電銅排上電壓、電流值是不變的，通過(guò)改變陽(yáng)極板上電壓、電流值來(lái)達(dá)到工藝所要求的電壓、電流值，為了有效檢測(cè)接地性能，一般要求每個(gè)陽(yáng)極板都能顯示電流值。整流電源較為核心的部件是晶閘管以及6脈沖發(fā)生裝置、控制板（電壓、電流調(diào)整和顯示狀態(tài)值），還有一些保護(hù)單元如：過(guò)流限位開(kāi)關(guān)、溫度控制器以及欠壓斷路器等。