先进控制技术在涂装工艺设备上的应用

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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。

先进的工艺参数管理控制系统

在轿车四大工艺当中，涂装工艺是较为复杂的，有很多环节、工序和工艺参数影响着车身油漆质量，水、电和气等各种公用动力几乎贯穿整个涂装工艺，具体来说，在以下领域先进控制技术被广泛应用以实现对涂装工艺参数进行设定、修改。

1. 槽液液位的自动控制：在前处理、电泳槽，喷房刮渣系统槽，制冷设备、纯水设备水箱，设有液位计，用于测量液位，可以与电磁阀、电动阀或水泵进行联锁从而实现对液位的自动控制。目前用的较多的是静压式液位计，部分污水坑用的是电极式液位计。

2. 温度的自动控制：在前处理脱脂、磷化和表调槽槽液，电泳槽槽液，烘房的气封、加热、保温区，空调机组的制冷、加热区，输漆系统油漆温度、液压泵液压油温度需要根据设定值进行控制，一般设有感温热电耦PT100用于测量温度，并与电动阀、伺服电机等进行联锁，从而实行对温度的控制。烘房温控系统如图2所示。

3. 湿度的自动控制：喷房湿度需要根据设定值进行控制，一般在供风机组出风区设有湿度传感器用于测量供风湿度，并与供风机组喷淋区变频控制的水泵进行联锁，从而实行对湿度的控制。

4. 电压、电流的自动控制：在电泳工艺，一般直流电源供给是分多段的，不同的车型在每一段上其电压、电流值都是可设定的，车型在入电泳槽前识别后，然后根据设定的电压、电流程序，在每一段供给车身所需的不同电压、电流值。

5. 工艺参数的设定、修改：目前较为简便、快捷的方式是通过中央控制室EMOS监控机监控画面进行工艺参数的设定、修改，监控画面一般设有权限等级，工艺人员要先登陆且具备一定权限等级才能对工艺参数进行设定或修改。为防止误操作及人为擅自更改，监控画面自动记录登陆用户名及其所作的工艺参数设定或修改。

先进的供电系统

一般来说，涂装车间的工艺设备供电系统由以下几个部分组成：10kV高压、变压器、400V低压、母排或电缆、电柜、水泵和风机上电机等执行元件，其中低压端负荷率影响着涂装车间的电能使用效率，因而合理地选择及布局变电间、优化各工艺设备供电配置显得尤为重要。

1.变电间的变压器选择及布局：变电间要就近布置在用电设备较为集中、装机容量大的设备附近，如前处理、电泳区域，烘房区域，喷房排风机区域，供风空调机组区域。接着要选择合理的变压器容量，目前涂装车间使用较多的有1600kVA、2000kVA两种规格的变压器。

2.变压器低压柜与电柜之间的连接：对于母排或电缆的选择，一般建议电柜内设备装机容量≤100kW的从母排插接箱接线；电柜内设备装机容量＞100kW，直接从变压器低压配电柜接线。

3.电柜与电机等执行元件之间的连接，一般从电柜端子排直接引线接到水泵、风机电机接线盒，如水泵、风机与电柜距离过远或不在同一楼层，在进水泵、风机电机接线盒之前要设有维修开关，用于维修、检修时，切断水泵、风机电机电源。