黃立明 黃中元 茅立安

    〖摘要〗在參照國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備的基礎(chǔ)上研制而成的EMOS自動(dòng)化技術(shù)工業(yè)涂裝生產(chǎn)線，通過測試，試用及改進(jìn)，性能指標(biāo)均達(dá)到國標(biāo)和企業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。且在關(guān)鍵技術(shù)（性能）上有所創(chuàng)新，是一種推進(jìn)我國涂裝自動(dòng)化生產(chǎn)流水線實(shí)行清潔生產(chǎn)中的節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保技術(shù)進(jìn)步，為低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到積極推動(dòng)作用的比較實(shí)用的涂裝設(shè)備。

    作者簡介：

    黃立明（1957－），男，工程師，主要從事靜電涂裝設(shè)備的設(shè)計(jì)與研究。

    黃中元（1961－），男，工程師，主要從事涂裝生產(chǎn)線自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)與研究。

    茅立安（1958－），男，工程師，主要從事靜電涂裝設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化研究。

    （浙江明泉工業(yè)涂裝有限公司，浙江德清313200）

    *(E-mail)mla508@163.com，(Tel)0572–8011119

    一．前言

    EMOS自動(dòng)化技術(shù)工業(yè)涂裝生產(chǎn)線是自動(dòng)化流水線涂裝生產(chǎn)方式的一種，以EMOS（人機(jī)界面）自動(dòng)化（信息）技術(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)噴涂生產(chǎn)線的全自動(dòng)信息化管理。

    隨著涂裝工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)行現(xiàn)場中心監(jiān)控，分區(qū)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接運(yùn)行的思想會(huì)越來越廣泛地被涂裝工業(yè)自動(dòng)化工程技術(shù)人員所青睞，并被正在逐漸應(yīng)用于新增的大型工件（電梯部件、車類部件等）涂裝技改項(xiàng)目中，但傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般由專業(yè)廠家生產(chǎn)，具有一定的專有性；另外，傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)一般來講其控制成本費(fèi)用比較高；因此，對(duì)噴涂生產(chǎn)線自控系統(tǒng)項(xiàng)目中的應(yīng)用存在著制約性，帶著這一問題，我們?cè)陂喿x了大量技術(shù)資料的基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有噴涂生產(chǎn)線上的控制系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)對(duì)比，提出了在規(guī)模（噴涂生產(chǎn)線總價(jià)在500萬元以上）的噴涂生產(chǎn)線上采用EMOS（EquipmentMonitoringandOperatingSystem）人機(jī)界面系統(tǒng)和PLC軟件、硬件控制系統(tǒng)相結(jié)合的控制方式的構(gòu)思，實(shí)行中心監(jiān)控，現(xiàn)場分區(qū)操作。而操作站的各種功能可以通過“實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件”+“PC機(jī)”來實(shí)現(xiàn)，在安裝有實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的PC機(jī)上可以方便對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，有效提高被噴工件的質(zhì)量。

    目前國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、銷售的自動(dòng)控制噴涂生產(chǎn)線設(shè)備的單位很多，但其全自動(dòng)化技術(shù)含量欠高，僅為一般的PLC，或者PLC+PT，與國外同類產(chǎn)品及工藝相比，還存在著相當(dāng)多的缺陷。從涂裝生產(chǎn)線而言，使用戶的產(chǎn)品在表面處理與防護(hù)質(zhì)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到高質(zhì)量、高品位的要求，其附加值大大降低，直接影響了經(jīng)濟(jì)效益。鑒于上述現(xiàn)狀，改進(jìn)傳統(tǒng)的噴涂生產(chǎn)流水線中自動(dòng)控制，根據(jù)當(dāng)今高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，必需要求我們研制開發(fā)出與之技術(shù)、質(zhì)量相適應(yīng)配套的用于噴涂生產(chǎn)流水線上的EMOS（人機(jī)界面）自動(dòng)化（信息）技術(shù)，已成為提高我國涂裝業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)流水線運(yùn)行正常率所必需配置的系統(tǒng)，為提高用戶的產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)品附加值和經(jīng)濟(jì)效益作出一份努力。

    二．基本原理

    將流程工業(yè)的自動(dòng)控制過程與操作管理人員對(duì)自動(dòng)控制過程的管理過程相對(duì)分離；流程工業(yè)的自動(dòng)控制過程由各控制站相對(duì)獨(dú)立地自動(dòng)完成，而操作人員對(duì)自動(dòng)控制過程的管理則由中央控制臺(tái)的操作站來完成。中央操作站與各現(xiàn)場控制點(diǎn)一方面各自相對(duì)獨(dú)立地運(yùn)行，從而將各種故障限制在局部范圍內(nèi)，極大地提高了自動(dòng)控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性；另一方面又相互進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊和信息交換，實(shí)現(xiàn)了操作人員在中央控制臺(tái)對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制過程進(jìn)行管理和調(diào)整。

    現(xiàn)場控制點(diǎn)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)控制，因此它必需要能夠自動(dòng)采集各工序中的工藝參數(shù)（如：溫度、線速度、液位高度、水洗噴淋量、噴粉量、干燥度等）以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（如：閥門的開度、機(jī)泵的開停）等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的控制程序進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，最后輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)）去驅(qū)動(dòng)各種閥門、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)各工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制；另外還要與操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將采集到的各生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時(shí)接收操作人員通過操作站發(fā)出的各指令實(shí)時(shí)調(diào)整自動(dòng)控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過程。因此它還需要具有標(biāo)準(zhǔn)化通訊接口。目前的各種PLC均具有這樣的功能，而且其容量彈性大，擴(kuò)充方便，控制方案的組態(tài)簡單易學(xué)，性能價(jià)格比較優(yōu)越，因此是噴涂生產(chǎn)線的理想選擇。

    中央控制臺(tái)，操作站通過人機(jī)界面機(jī)器和人交流，把控制點(diǎn)采集的各生產(chǎn)信息進(jìn)行加工處理，然后以操作人員所習(xí)慣和熟悉的各種流程畫面、生產(chǎn)報(bào)表、發(fā)展趨勢和聲光報(bào)警等形式提供給操作人員。另一方面把操作人員的各指令進(jìn)行編碼后傳送給操作站，機(jī)器對(duì)控制方案進(jìn)行實(shí)施，以優(yōu)化生產(chǎn)過程或?qū)μ厥馇闆r的緊急處理。

    用EMOS控制系統(tǒng)時(shí)，PLC承擔(dān)了現(xiàn)場各控制點(diǎn)的工作，PC機(jī)承擔(dān)了操作站的工作。在系統(tǒng)軟件的PC機(jī)上可以離線（或在線）編輯PLC的控制應(yīng)用軟件（一般稱為梯形圖），控制應(yīng)用軟件下載到PLC后，PLC完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各功能可以通過“實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件”+“PC機(jī)”來實(shí)現(xiàn)，在安裝有實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的PC機(jī)上可以方便對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。

    三．主要特點(diǎn)及指標(biāo)

    1．主要特點(diǎn)

    ①多學(xué)科配置優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究；通過智能識(shí)別不同工件分道輸送、解決懸鏈多驅(qū)動(dòng)在烘道內(nèi)熱脹冷縮原因和異步電機(jī)的不同步；提高噴涂上漆（粉）率、吸附力（一次上粉率）和粉末（漆）回收率，以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

    ②智能積放式控制研究及控制系統(tǒng)開發(fā)；解決積放式輸送的工件噴涂后在烘干固化箱內(nèi)的固化時(shí)間和溫度一致性.(即達(dá)到精確的工藝要求)。

    ③智能涂裝生產(chǎn)線和物流結(jié)合點(diǎn)控制的開發(fā)�？刂品秶�更廣，從涂裝線擴(kuò)展成全車間全工序的物流輸送控制�？刂瞥潭雀�深，各監(jiān)控工位信息點(diǎn)采集、輸送、處理和反饋控制進(jìn)行全面管理。

    2．主要技術(shù)指標(biāo)

    電壓380V/220V；控制主通道5路；故障通道8路；傳感通道16路；測溫-18~+100℃；測濕0-99%RH；控溫≤±5℃；噴房粉塵濃度≤10g/m3；噪聲≤83dB；中控室實(shí)時(shí)監(jiān)控；監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行完好率≥99.8%；涂層附著力≥1級(jí)。

四．實(shí)施方案

    1）工藝路線

    噴涂線工藝流程：工件（產(chǎn)品）上線→脫脂→清洗→表調(diào)→磷化→清洗→烘干→噴涂→固化→工件（產(chǎn)品）下線。

    廠房應(yīng)有強(qiáng)制性通風(fēng)換氣、自然光照及局部人工照明的采光方式，主房布置工藝流程線，輔房安置輔助設(shè)施及貯存生產(chǎn)輔料，并在主要出入通道設(shè)置了風(fēng)淋潔凈室，以利于維護(hù)現(xiàn)場工作環(huán)境，保持現(xiàn)場的潔凈度。

    車間工藝生產(chǎn)線主要由前處理清洗系統(tǒng)、噴涂系統(tǒng)、及其烘干系統(tǒng)組成。全線工件輸送系統(tǒng)采用空中懸掛（積放式等）或地面滑橇相結(jié)合的機(jī)械化輸送方式，運(yùn)行平穩(wěn)、快速便捷；采用EMOS可控編程，根據(jù)生產(chǎn)工藝的實(shí)際要求編程控制——實(shí)行現(xiàn)場中心監(jiān)控，分區(qū)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接運(yùn)行。

    全線各烘干系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參照德國相關(guān)公司的設(shè)計(jì)理念和參數(shù)，烘道室體均采用橋式結(jié)構(gòu)，保證了爐溫的均勻性和穩(wěn)定性，提高了熱能的效益性；供熱裝置選用意大利、德國等公司的燃燒器和控制系統(tǒng)，目前經(jīng)測試各烘干系統(tǒng)運(yùn)行良好穩(wěn)定，溫度曲線平滑持續(xù)，完全滿足目前工藝產(chǎn)能的要求，并可滿足今后提高產(chǎn)能的要求。

    噴涂系統(tǒng)采用本公司研發(fā)的國家重點(diǎn)新產(chǎn)品——OMTC噴房。

    涂裝車間的前處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沿用當(dāng)今涂裝先進(jìn)工藝--懸掛（積放鏈等）輸送、“C”型吊具懸掛、脫脂除油、磷化除渣、懸液分離、電泳過濾以及超濾和陽極等附屬設(shè)施配置。

    噴涂生產(chǎn)線全長為100米～1000米（含烘干及轉(zhuǎn)換工位），設(shè)立多個(gè)工位，最高節(jié)拍可達(dá)2.5分鐘/臺(tái)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足目前的實(shí)際產(chǎn)能和今后提升產(chǎn)能的需求。噴涂系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換、穩(wěn)壓調(diào)置、不間斷補(bǔ)給、連續(xù)供料等功能，確保了生產(chǎn)銜接性和持續(xù)性。

    2）控制系統(tǒng)

    涂裝生產(chǎn)線配備了EMOS（EquipmentMonitoringandOperatingSystem）人機(jī)界面系統(tǒng)和西門子PLC軟件、硬件控制系統(tǒng)，PLC從現(xiàn)場設(shè)備采集設(shè)備參數(shù)、工藝參數(shù)、報(bào)警信息等數(shù)據(jù)，通過EMOS操作和監(jiān)控車間的所有設(shè)備。

    圖形化的EMOS人機(jī)界面系統(tǒng)分層面、分窗口顯示生產(chǎn)線上所有設(shè)備的運(yùn)行狀況，可以遠(yuǎn)程自動(dòng)開啟、關(guān)閉生產(chǎn)線和手動(dòng)開啟、關(guān)閉生產(chǎn)線上的風(fēng)機(jī)、閥門、水泵、電機(jī)等單個(gè)設(shè)備、濕度、液位等參數(shù)，顯示其變化趨勢曲線。圖形化的軟件界面便于準(zhǔn)時(shí)和正常啟動(dòng)設(shè)備，快速發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備故障，及時(shí)修改和實(shí)時(shí)控制設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)。

    生產(chǎn)線上的EMOS人機(jī)界面系統(tǒng)，可以分析故障信息和操作信息發(fā)生的頻率，分析設(shè)備開動(dòng)率、動(dòng)能消耗、各班次的工件噴涂產(chǎn)量，實(shí)時(shí)查詢生產(chǎn)線上工件所處位置；加快生產(chǎn)信息的傳遞，快速應(yīng)對(duì)生產(chǎn)異常能顯示現(xiàn)場各工位上的工件數(shù)量，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的報(bào)警信息和工藝參數(shù)，監(jiān)控溫度。

    3）系統(tǒng)分析

    ①自動(dòng)化水平確保了品質(zhì)的一致性、穩(wěn)定性及高合格率。

    人機(jī)界面軟件EcoScreen可以離線優(yōu)化工件的仿形程序，控制噴涂霧化，調(diào)整出粉量、整形空氣流量、高壓值；修改過的程序和參數(shù)下載到PLC后，可以立即在線使用，大大提高了對(duì)外界因素影響的反應(yīng)能力，隨時(shí)可保證工件膜厚和外觀達(dá)到工藝要求。

    ②自動(dòng)化水平直接影響生產(chǎn)效率和制造成本

    自動(dòng)化水平對(duì)小時(shí)產(chǎn)量高、節(jié)拍時(shí)間短的生產(chǎn)線的生產(chǎn)影響很大，如西子奧的斯的涂裝線節(jié)拍時(shí)間是90s，自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)讀入讀出生產(chǎn)信息、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)轉(zhuǎn)接、自動(dòng)噴涂、設(shè)備運(yùn)行狀況自動(dòng)顯示、參數(shù)自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)、故障指示及診斷等大大提高了生產(chǎn)效率，為生產(chǎn)的良性循環(huán)提供了保障。

    自動(dòng)化水平提升過程品質(zhì)的同時(shí)降低了處理過程品質(zhì)問題的成本。前處理電泳自動(dòng)計(jì)數(shù)加料，高壓自動(dòng)靜電粉末噴涂利用率一般為95％～99％。同時(shí)，也避免了人為因素對(duì)成本的影響，工藝參數(shù)自動(dòng)控制、品質(zhì)穩(wěn)定一致、大大降低了修補(bǔ)噴涂成本。

    4）控制方式

    ①按表面處理鍵，加熱控制系統(tǒng)打開，分別為脫脂槽、磷化槽加溫，溫度控制儀顯示設(shè)定溫度值，自動(dòng)關(guān)閉加溫控制系統(tǒng)。工件到位后各級(jí)噴淋依次進(jìn)行噴淋。

    ②按烘爐鍵，烘干、固化爐循環(huán)風(fēng)電機(jī)啟動(dòng)（電機(jī)采用Y-Δ啟動(dòng)），電機(jī)啟動(dòng)完成后PLC檢測到信號(hào)，啟動(dòng)加熱器，烘干、固化爐溫度控制儀顯示溫度到設(shè)定值，比如：烘干、固化爐中有六組加熱器，斷開四組，保留二組維持爐內(nèi)溫度。

    ③按噴粉房鍵，粉房PC機(jī)開啟，PC檢測壓縮空氣的壓力，供粉桶粉位正常，PC機(jī)開啟回收循環(huán)風(fēng)機(jī)。PC識(shí)別工件到位開關(guān)信號(hào)后，打開噴槍順序控制器，噴槍依次進(jìn)行噴涂和停止。

    ④主控柜上置自動(dòng)位置，整條生產(chǎn)線全自動(dòng)狀態(tài)如下：

    PLC檢測表面處理脫脂槽、磷化槽、烘干爐、固化爐各溫度控制儀的控制值，自動(dòng)控制脫脂槽、磷化槽加熱系統(tǒng)，給槽液加溫；自動(dòng)控制烘干、固化爐循環(huán)風(fēng)機(jī)，PLC檢測到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)完成開關(guān)信號(hào)，按順序起動(dòng)加熱系統(tǒng)。

    多道噴淋都配有檢測工件的光電開關(guān)，PLC得到信號(hào)后按順序啟動(dòng)各級(jí)噴淋泵，同時(shí)PLC打開空氣壓縮機(jī)及壓縮空氣靜化系統(tǒng)電源。粉房前的光電開關(guān)發(fā)工件到位信號(hào)給PLC，PLC打開粉房PC電源，粉房PC機(jī)按程序運(yùn)行。

工作狀態(tài)循環(huán)流程圖如下：

流程圖

    多工藝分段EMOS（人機(jī)界面）控制自動(dòng)化（信息）技術(shù)應(yīng)用在車類或車類部件制造等涂裝生產(chǎn)線的實(shí)例一角

實(shí)例

    五．技術(shù)創(chuàng)新程度

    1）涂裝生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)解決懸鏈多驅(qū)動(dòng)在烘道0-200℃內(nèi)由于熱脹冷縮和異步電機(jī)的原因造成的不同步，以及在噴涂中一次上粉率和粉末（漆）回收率的提高，以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

    2）智能控制解決積放式輸送的工件噴涂后在烘干固化箱內(nèi)的固化時(shí)間一致性(即達(dá)到較精確的工藝要求)；

    3）控制范圍更廣，從涂裝線擴(kuò)展成全工序的物流輸送控制�？刂瞥潭雀�深，各監(jiān)控工位信息點(diǎn)采集、輸送、處理和反饋控制進(jìn)行全面管理。

    4）中央控制室通過EMOS收集現(xiàn)場工藝和設(shè)備的各種數(shù)據(jù)，有故障時(shí)及時(shí)通知工作人員排除位置及原因,使工作人員及時(shí)排除故障，還可對(duì)生產(chǎn)起到組織和調(diào)度的作用。

    5）工件在高溫烘道內(nèi)通過識(shí)別,確保每件工件在高溫烘道內(nèi)停留時(shí)間,滿足工藝要求.中央控制室實(shí)時(shí)監(jiān)控烘道內(nèi)的工件。

    六．結(jié)論

    EMOS自動(dòng)化技術(shù)工業(yè)涂裝生產(chǎn)線比傳統(tǒng)的涂裝生產(chǎn)線更具創(chuàng)新實(shí)效。

    以EMOS技術(shù)方式來實(shí)現(xiàn)噴涂生產(chǎn)線全自動(dòng)信息化管理，實(shí)施滯流、均流智能調(diào)節(jié)，各工位信息采集、輸送和多域變速噴涂，涂膜均勻，附著力強(qiáng)。通過智能識(shí)別不同工件分道輸送，解決懸鏈多驅(qū)動(dòng)在烘道內(nèi)由于熱脹冷縮和異步電機(jī)造成的不同步；通過滯流裝置、均流裝置的設(shè)計(jì)、TEFLON涂料的配方設(shè)計(jì)、TEFLON涂敷技術(shù)與纖維微孔直徑的控制，提高粉末回收（利用）率，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

    總之，涂裝業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，采用EMOS和PLC軟件、硬件控制系統(tǒng)相結(jié)合的控制方式，通過“實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件”+“PC機(jī)”來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場中心監(jiān)控、分區(qū)自動(dòng)轉(zhuǎn)接運(yùn)行，有效提高被噴工件的質(zhì)量，為促進(jìn)涂裝業(yè)生產(chǎn)線升級(jí)換代的技術(shù)改造進(jìn)程起到了帶動(dòng)作用。