在轿车涂装生产线上,工艺设备控制的先进性可以通过优化开/关机、运行功能和工艺参数等来降低能耗,从而来降低车身制造成本。
在轿车涂装生产线上,工艺设备主要分如下几大类:前处理设备、电泳设备、烘房设备(电泳/PVC/中涂/面漆/水性漆烘房)、喷房设备(由供风空调、室体和除渣系统组成)、厂房及工位供风系统设备、输调漆/供胶/供蜡系统设备、制冷系统设备和DI水(去离子水)系统设备。由于工艺设备分布广泛,且大多分布在不同的楼层层面,有鉴于此,目前国内先进涂装生产线工艺设备大多采用了三层控制网络布局(以太网、现场总线和分布式I/O),图1是目前涂装工艺设备较典型的先进控制系统图。

图1 工艺设备控制系统图
工艺设备PLC控制分组
根据工艺路线布局以及就近控制原则,涂装车间整个工艺设备大致可以分成如下控制组:
控制组1:前处理设备;
控制组2:电泳设备;
控制组3:电泳整流电源设备;
控制组4:电泳烘房设备;
控制组5:PVC烘房设备;
控制组6:中涂喷房(供风空调、室体照明、排风和除渣系统)+中涂水性漆烘房;
控制组7:中涂烘房设备;
控制组8:面漆BC/CC喷房(供风空调、室体照明、排风和除渣系统)+BC水性漆烘房;
控制组9:面漆烘房设备;
控制组10:厂房供风/排风;
控制组11:工位(供风/照明/排风);
控制组12:制冷系统设备;
控制组13:DI水系统设备;
控制组14:输调漆系统设备。
每个控制组都单独设有PLC,系统较大的可以选用如SIMENSE S7 414-2DP/PN PLC,系统较小的可以选用如SIMENSE S7 317-2DP/PN,以上两类PLC都可以兼容SIMENSE Profinet网络。控制组内的各模块单元控制柜设有分布式I/O,如SIMENSE ET200S。控制组与上层中控室通讯采用工业以太网,控制组之间通讯采用现场总线耦合器,如SIMENSE DP/DP COUPLE。控制组内的模块单元通过现场总线与PLC进行通讯,如SIMENSE Profibus-DP现场总线。

图2 烘房温控系统
先进的启动方式及控制模式
在轿车涂装车间,相对输送设备来说,工艺设备上的水泵、风机电机功率和启动电流普遍都较高,如前处理、电泳槽体主循环泵电机功率大都是18.5kW、22kW,有些可达到30kW或45kW;烘房系统主循环风机电机功率大都是45kW,有的可达到75kW;喷房系统供、排风风机电机单台可达到160kW。软启动器/变频器具有启动平稳、启动电流小和节能等特点,可以选用以下控制原则,对于功率≤18.5kW的水泵、风机电机采用空气开关+接触器直接启动方式;对于功率>18.5kW的水泵、风机电机采用软启动器启动方式,如DANFOSS MCD2800、MCD3000系列软启动器;对于一些工艺参数需要自动调整的风机、水泵,如前处理磷化除渣主循环泵,烘房废气燃烧循环风机,喷房系统供风空调加湿喷淋泵,喷房系统供、排风循环风机等,需要采用变频器进行控制,如DANFOSS VLT5000系列变频器,变频器带Profibus-DP现场总线接口。
根据工艺的要求,工艺设备上的水泵、风机启停有其固有的先后循序,并且启动后其运行是连续、不间断的,工艺参数也是根据所设定的参数值自动进行调整的,针对此特点,可以对涂装车间所有工艺设备在中控室采用中央启、停控制模式,通过对不同的工艺设备设定不同的启、停时间来自动启、停工艺设备。除了设定远程中央启、停控制模式外,为防止控制组PLC与中控室之间通讯发生故障,在控制组PLC也要设有本地控制模式用于自动启、停其所控制的设备。