汽車涂裝電氣自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究

（1.一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司，廣東 佛山 528237；2.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，廣東 佛山 528137）

在如今的汽車生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)中，汽車涂裝的質(zhì)量直接關(guān)系到汽車外部防腐蝕性能和整體美觀度，從而在很大程度上影響了汽車的銷量。而要讓汽車涂裝達(dá)到更好的效果，就必須要對(duì)涂裝設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)、高效的控制。汽車涂裝電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過系統(tǒng)自動(dòng)地讀取工序中的每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)部分的相應(yīng)信息，并且通過控制系統(tǒng)的反饋，使其按照設(shè)定進(jìn)行下一步的工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車涂裝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

1 汽車涂裝電氣自動(dòng)化的基本原理

汽車涂裝工藝的主要作用是對(duì)焊裝完成后的白車身進(jìn)行噴漆，為汽車涂上特制而成的防腐涂料，從而使其具備耐腐蝕的性能，同時(shí)，也讓汽車具有更加鮮艷的色彩和光澤的外觀。汽車涂裝電氣自動(dòng)化的過程包括涂裝前的處理，電泳、烘干、中涂、中涂烘干、PVC膠裝、面涂、面涂烘干等工序，自動(dòng)化輸送系統(tǒng)貫穿整個(gè)涂裝線工序，能夠根據(jù)相應(yīng)的涂裝工藝需求，按照一定的步驟完成升降、傾斜、變速、選擇等操作。首先，白車身在涂裝前要先經(jīng)過電泳處理，才能夠進(jìn)入涂裝的地面鏈，在這期間，工件的運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)用了動(dòng)輥、轉(zhuǎn)臺(tái)、輸送鏈、升降器等設(shè)備，這個(gè)過程中的每一步驟都在PLC程序的監(jiān)控下完成。其中最為重要的設(shè)備就是轉(zhuǎn)臺(tái)站，這一設(shè)備主要由交流電機(jī)、傳感器、輥床、導(dǎo)軌、繼電器等零件組成，它能夠控制滑撬帶動(dòng)車身完成工序中所需要的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等一系列動(dòng)作，這也是汽車撞涂自動(dòng)化生產(chǎn)線中的基礎(chǔ)。具體到汽車涂裝的流程中，先是由輥床電動(dòng)滑撬執(zhí)行一系列的涂裝操作，隨后回到最初的上件點(diǎn)，然后在繼續(xù)執(zhí)行下一部的操作，這個(gè)過程需要在兩個(gè)直角彎處多次往返，因此需要兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)站同時(shí)工作才能完成相應(yīng)的操作。

在視窗控制中心的顯示模塊上，能夠顯示轉(zhuǎn)臺(tái)在工作過程中的運(yùn)動(dòng)速度、選擇角度和裝載白車身的數(shù)目。轉(zhuǎn)臺(tái)在交流電機(jī)的帶動(dòng)之下，承載著輥床進(jìn)行移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度由電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，而電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)又受到變頻器的控制。在輥床工作的過程中，相應(yīng)的定位工作則是受到PLC系統(tǒng)的控制。其中一部電機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)同步帶輪，以此來控制輥輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，而另外一部電機(jī)則是要控制輥床在設(shè)定好的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，讓轉(zhuǎn)臺(tái)按照工序的要求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。輥床入口位置由電感式傳感器1來實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，當(dāng)傳感器監(jiān)測到滑撬上的物料后，就會(huì)在PLC控制系統(tǒng)中產(chǎn)生特定的信號(hào)，再控制轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90度。轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度則是由電感式傳感器2來監(jiān)測，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到設(shè)定好的角度時(shí)，也會(huì)在PLC系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)特定的信號(hào)，讓輥床停止運(yùn)動(dòng)。繼電器的主要作用是控制兩部電機(jī)的啟動(dòng)和停轉(zhuǎn)以及相應(yīng)的正反切換，繼電器只有在接受到PLC系統(tǒng)給出的信號(hào)時(shí)，電機(jī)才會(huì)啟動(dòng)。PLC控制系統(tǒng)的主要作用是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的每一部分設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，讓每個(gè)零部件都能夠按照設(shè)定好的程序運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車涂裝的自動(dòng)化控制。

2 爐溫PID控制

在汽車涂裝電氣自動(dòng)化工作的過程中，溫控儀表使用的頻率比較高，一般情況下，油漆的烘干爐風(fēng)幕區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)溫度是100～140℃，只有精準(zhǔn)的控溫，才能形成符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的涂膜。如果在烘干的過程中，烘干爐的溫度被調(diào)得過高，或者停留的時(shí)間過長，就會(huì)產(chǎn)生一系列不良的后果，輕則黏膜的附著力不足，重則使得涂膜破碎或者脫落，嚴(yán)重影響最終的涂裝效果。冷卻室的作用是運(yùn)用冷風(fēng)對(duì)汽車表面涂裝的附著物進(jìn)行降溫，但前提是必須剛剛從烘干室內(nèi)輸出的，只有這樣，才能夠讓汽車對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的下一個(gè)程序進(jìn)行適應(yīng)，而不至于影響外部的溫度。冷卻室應(yīng)當(dāng)設(shè)置在烘干室的出口附近，一般情況下，應(yīng)當(dāng)間隔兩個(gè)車身的距離，因此，就要有PID來控制溫度。通過自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)字溫度控制儀表，顯示汽車車身的溫度，并且根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的溫度標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)地對(duì)運(yùn)送到這一部分的車身溫度進(jìn)行檢測，并且與標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍進(jìn)行對(duì)比。溫度控制儀表能夠?qū)⒈粰z測的對(duì)象和電流信號(hào)主動(dòng)地傳輸給PLC控制系統(tǒng)中的模擬輸入模塊，經(jīng)過軟件進(jìn)行相應(yīng)的處理之后，再將信號(hào)傳送到變頻器，從而控制風(fēng)門電動(dòng)機(jī)，通過控制風(fēng)門開關(guān)的大小來精確地控制溫度的升降。

3 變頻器的應(yīng)用

變頻器的工作原理，就是通過改變電源原本的頻率和電壓，從而改變?nèi)?xiàng)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。變頻器的使用，能夠大范圍、高效、連續(xù)得控制設(shè)備調(diào)整速度，達(dá)到控制電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)切換的目的，從而讓電機(jī)能夠高頻度地啟停運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，變頻器自身具有較強(qiáng)的保護(hù)功能，不僅能夠保護(hù)變頻器自身的安全，同時(shí)還能夠保護(hù)電機(jī)在高頻率的轉(zhuǎn)動(dòng)、啟停和正反切換過程中不被損壞。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，通過PLC控制系統(tǒng)，控制變頻器改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而讓電動(dòng)帶動(dòng)升降臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)等設(shè)備根據(jù)需要進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，讓整個(gè)涂裝過程更為自動(dòng)化、簡單化。以升降機(jī)的運(yùn)作為例，通過雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器來輸出兩組香味差為90度的A、B兩相脈沖，對(duì)比A相在前或是B相在前，從而來判斷編碼器的轉(zhuǎn)向?yàn)檎€是反，利用這兩組脈沖來精準(zhǔn)的監(jiān)測三項(xiàng)電機(jī)的轉(zhuǎn)角及方向，就能夠得知皮帶的直線位移距離和方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)升降平臺(tái)勻速輥床移動(dòng)的精準(zhǔn)監(jiān)控。當(dāng)升降機(jī)位于初始位置的時(shí)候，啟動(dòng)變頻器，如果能夠在升降機(jī)上監(jiān)測到滑撬承載著車身，則啟動(dòng)升降機(jī)，使其向上運(yùn)行，當(dāng)編碼器錄脈沖達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，那么，變頻器就會(huì)控制電機(jī)進(jìn)行減速，當(dāng)編碼器記錄脈沖數(shù)值達(dá)到峰值，就會(huì)控制升降機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)輥床電機(jī)，將載有車身的滑撬輸送到下一個(gè)工位，這一環(huán)節(jié)完成之后，變頻器又會(huì)自動(dòng)控制空滑撬回到最初的位置，從而形成一個(gè)完整的循環(huán)。

4 車身信息識(shí)別系統(tǒng)

在汽車涂裝電氣自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)中，MOBY的鑒別系統(tǒng)被分為了兩個(gè)部分，一是移動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MDS，二是讀寫裝置SLG。MDS和SLG這兩個(gè)部分應(yīng)當(dāng)面對(duì)面安裝，其中SLG能夠?qū)φ麄€(gè)工序中的任意一個(gè)區(qū)域進(jìn)行逆向掃描，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這一部分需要對(duì)借口進(jìn)行掃描，從而獲取對(duì)應(yīng)的信息，從而根據(jù)需求發(fā)布相應(yīng)的操控質(zhì)量。在汽車涂裝電氣自動(dòng)化生產(chǎn)線上，各個(gè)工位的監(jiān)測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)元器件，都是采用安裝在西門子ET200S遠(yuǎn)程站接口的方式。汽車涂裝過程中，車身上帶有的自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)的識(shí)別系統(tǒng)，能夠通過電泳、噴漆、存儲(chǔ)等對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化工藝過程中取貨到本身所需要的動(dòng)作信號(hào)以及相應(yīng)的控制信息，并且結(jié)合汽車本身的車型情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)白車身的運(yùn)動(dòng)路線、電泳參數(shù)、噴漆的次數(shù)和顏色等各方面的自動(dòng)化控制。運(yùn)用PROFINET 現(xiàn)場總線，把通訊技術(shù)與信息數(shù)據(jù)的獲取及處理系統(tǒng)合二為一，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的系統(tǒng)運(yùn)行。

5 結(jié)語

綜上所述，汽車涂裝技術(shù)對(duì)于汽車的制造與銷售而言是極為關(guān)鍵的。當(dāng)前，汽車涂裝生產(chǎn)線上，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用和引進(jìn)的范圍都非常廣，并且涉及的工作范圍也很大，因此，我國較為先進(jìn)的涂裝生產(chǎn)工藝基本都采用了三層控制網(wǎng)絡(luò)布局，運(yùn)用組態(tài)軟件將監(jiān)控畫面?zhèn)鬏數(shù)接?jì)算機(jī)，同時(shí)，采用S7-300CPU來作為過程控制器，運(yùn)用光纖網(wǎng)絡(luò)以及MOBY讀寫器來構(gòu)成一個(gè)較為復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅能夠提高汽車涂裝的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，還能夠讓汽車的生產(chǎn)過程更為靈活更為可靠。在未來的工作中，我們要繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)汽車涂裝電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究力度，從理論研究和實(shí)踐兩方面為汽車涂裝行業(yè)的升級(jí)發(fā)展提供更多的支持，以此實(shí)現(xiàn)我國汽車制造行業(yè)在新時(shí)期的技術(shù)升級(jí)與改造，為其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。