家用空調(diào)蒸發(fā)器U型折彎全自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧 辰

（遼寧省機(jī)械研究院有限公司，遼寧 沈陽110032）

0 引言

隨著家用空調(diào)產(chǎn)品的更新，由原有的方形立式室內(nèi)柜機(jī)衍生出了一種全新的圓形立式室內(nèi)柜機(jī)，相應(yīng)地家用空調(diào)室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器的形狀也發(fā)生了變化，由原來方形柜機(jī)的雙列銅管平直型變?yōu)楝F(xiàn)在的雙列銅管U型（圖1），同時(shí)加大了蒸發(fā)器寬度及高度，這樣一來大大提高了蒸發(fā)器的熱交換效率，既節(jié)省了室內(nèi)機(jī)的占地面積又提高了其換熱效能。但隨之而來的問題是原先的單機(jī)設(shè)備生產(chǎn)模式可以滿足小批量定制化生產(chǎn)需要，而無法適應(yīng)大批量生產(chǎn)，再加上人力資源緊張以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等新情況的出現(xiàn)，于是研發(fā)了新型的全自動(dòng)化U型折彎生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線主要由自動(dòng)傳送裝置、自動(dòng)折彎機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人三大部分組成，針對(duì)全自動(dòng)化生產(chǎn)線的工藝要求設(shè)計(jì)了相應(yīng)控制系統(tǒng)，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

圖1 家用空調(diào)U型蒸發(fā)器外形示意圖

1 生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)簡介

蒸發(fā)器U型折彎全自動(dòng)生產(chǎn)線由蒸發(fā)器冷卻輸送線體、定位歸整機(jī)構(gòu)、上料機(jī)器人、1＃折彎機(jī)、2＃折彎機(jī)、下料機(jī)器人、蒸發(fā)器緩存機(jī)構(gòu)、管組插裝工作臺(tái)、蒸發(fā)器成品輸送線體共計(jì)九大部分組成，圖2為其基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 蒸發(fā)器U型折彎全自動(dòng)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖

其中蒸發(fā)器冷卻輸送線體的作用是將從焊接機(jī)出來的蒸發(fā)器運(yùn)送到上料機(jī)器人側(cè)，并對(duì)銅管進(jìn)行降溫處理，防止對(duì)機(jī)器人的夾具造成損傷；定位歸整機(jī)構(gòu)的作用是對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行精確定位，以便機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)精確抓取，這樣折彎后的工件才能保證彎曲尺寸的一致性；上料機(jī)器人的作用是將蒸發(fā)器抓取到定位歸整機(jī)構(gòu)上進(jìn)行定位，然后再準(zhǔn)確地放到折彎機(jī)上，另外其還要判斷折彎機(jī)工作狀態(tài)，如果兩臺(tái)折彎機(jī)均不在原位，上料機(jī)器人需將蒸發(fā)器放置到緩存機(jī)構(gòu)上備用，確保生產(chǎn)線工作節(jié)拍穩(wěn)定；下料機(jī)器人的作用是將彎曲成型后的蒸發(fā)器準(zhǔn)確放置到插裝工作臺(tái)上；插裝工作臺(tái)的作用是給人工提供安裝蒸發(fā)器管組的工作平臺(tái)。

2 生產(chǎn)線的工藝流程

正常工作時(shí)蒸發(fā)器從燃?xì)庾詣?dòng)焊接機(jī)出來后進(jìn)入冷卻輸送線體，經(jīng)過冷卻后蒸發(fā)器被送入指定位置，上料機(jī)器人將冷卻后的蒸發(fā)器抓取到定位歸整機(jī)構(gòu)上，蒸發(fā)器在定位歸整機(jī)構(gòu)上由左右、前后夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊定位，夾緊到位后上料機(jī)器人抓緊蒸發(fā)器，定位工作臺(tái)夾緊機(jī)構(gòu)松開，均松開到位后機(jī)器人將蒸發(fā)器取出放到1＃折彎機(jī)的工作平臺(tái)上，1＃折彎機(jī)對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行折彎；與此同時(shí)上料機(jī)器人返回繼續(xù)抓取另外一件蒸發(fā)器，送入定位歸整機(jī)構(gòu)上進(jìn)行定位，經(jīng)過定位后再將其取出放到2＃折彎機(jī)的工作平臺(tái)上，對(duì)其進(jìn)行折彎。這樣兩臺(tái)折彎機(jī)均處于工作狀態(tài)，大大提高了生產(chǎn)線的工作效率。1＃折彎機(jī)折彎結(jié)束后，下料機(jī)器人將折彎完成的蒸發(fā)器抓取到插裝工作臺(tái)上，由人工將其余管組插裝到蒸發(fā)器上，完成最終的蒸發(fā)器拼裝工作，再由成品輸送線體轉(zhuǎn)運(yùn)到下一工位。

3 控制系統(tǒng)硬件部分

綜合上述蒸發(fā)器U型折彎全自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝要求，采用三菱Q系列PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。使用三菱CC－Link現(xiàn)場總線協(xié)議作為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)，與兩臺(tái)那智不二越工業(yè)機(jī)器人SRA166及兩臺(tái)折彎機(jī)進(jìn)行信號(hào)交互。輸送線體部分的速度控制使用三菱D740系列變頻器，與PLC之間的信號(hào)交互采用RS485通訊協(xié)議。系統(tǒng)的人機(jī)交互界面使用三菱GS2110－WTBD觸摸屏，與PLC之間的信號(hào)交互使用RS232通訊協(xié)議。

3．1 PLC單元

U型折彎機(jī)全自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、兼容性要求較高，所以采用了三菱MELSEC－Q系列可編程邏輯控制器。Q系列PLC是三菱公司從原有的A系列PLC的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)變過來的大中型PLC系列產(chǎn)品，Q系列PLC采用了模塊化的結(jié)構(gòu)形式，產(chǎn)品組成與規(guī)模靈活多變，最大輸入／輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)4 096點(diǎn)，最大程序存儲(chǔ)容量可達(dá)252K步，基本指令的處理速度可達(dá)34 ns，其基本組成包括電源模塊、CPU模塊、I／O模塊等，通過擴(kuò)展各種特殊功能模塊可以提高PLC的性能，擴(kuò)大PLC的應(yīng)用范圍。正是考慮了上述性能特點(diǎn)才選用該系列的PLC，因?yàn)镕X系列PLC的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性能遠(yuǎn)不如Q系列PLC，無法滿足與工業(yè)機(jī)器人、折彎機(jī)間自由通訊的控制要求。PLC單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中CPU模塊選擇了Q06UDEHCPU，主要是考慮到要與工廠級(jí)的MES系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞，其本身自帶Ethernet接口能滿足該功能，QX40為輸入模塊，QY10為輸出模塊，QJ71C24N模塊為兩通道串口通訊模塊，具有一個(gè)通道的RS232接口及一個(gè)通道的RS422／RS485接口，QJ61BT11N為CC－Link主站／本地站模塊，該模塊作為主站負(fù)責(zé)與工業(yè)機(jī)器人及折彎機(jī)通訊。

圖3 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3．2 與工業(yè)機(jī)器人、折彎機(jī)間的通訊

全自動(dòng)生產(chǎn)線使用了兩臺(tái)那智不二越SRA166工業(yè)機(jī)器人和兩臺(tái)折彎機(jī)，二者均是具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備，那么隨之而來的問題就是需要將二者與總控系統(tǒng)鏈接到一起，使其成為一個(gè)整體，相互協(xié)調(diào)工作。決定使用三菱CC－Link現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，由生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的CC－Link模塊作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主站，機(jī)器人及折彎機(jī)作為從站，實(shí)現(xiàn)二者與總控系統(tǒng)的無縫連接?？刂葡到y(tǒng)的CC－Link網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)CC－Link網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3．2．1 CC－Link現(xiàn)場總線簡介

CC－Link（Control ＆Communication Link）是為了滿足自動(dòng)化系統(tǒng)用戶的各種需求，實(shí)現(xiàn)高速同步控制和信息數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了限位開關(guān)、光電傳感器、操作面板、機(jī)器人等工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，還可對(duì)各設(shè)備的輸入／輸出（網(wǎng)絡(luò)I／O）進(jìn)行邏輯訪問，由此原本難以進(jìn)行硬件配線的裝置間不僅通信得到了改善，還可進(jìn)行裝置等級(jí)的診斷。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)最大可達(dá)64，通信速度可從156 kb／s～10 Mb／s中選擇，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

3．2．2 與工業(yè)機(jī)器人的通訊

那智不二越機(jī)器人控制系統(tǒng)連接CC－Link網(wǎng)絡(luò)需要在控制器內(nèi)安裝CC－Link基板。機(jī)器人控制器作為從站使用時(shí)為智能從站，占有站數(shù)固定為4，輸入／輸出點(diǎn)數(shù)為112點(diǎn)。

3．2．3 與折彎機(jī)的通訊

兩臺(tái)U型折彎機(jī)均有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，采用三菱FX3U系列PLC，所以在原有PLC基本單元右側(cè)擴(kuò)展了一塊FX3U－64CCL，使其成為CC－Link智能從站，完成與主站PLC的信號(hào)交互。

4 控制系統(tǒng)軟件部分

4．1 PLC控制程序設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)線工藝要求可將控制程序分成以下六大部分，分別是主程序、單機(jī)手動(dòng)程序、單機(jī)自動(dòng)程序、聯(lián)機(jī)自動(dòng)程序、RS485通訊程序、CC－Link通訊程序。其中主程序負(fù)責(zé)調(diào)用其他子程序，輸出報(bào)警及設(shè)備狀態(tài)；單機(jī)手動(dòng)程序的作用是調(diào)試設(shè)備各機(jī)構(gòu)是否正常；單機(jī)自動(dòng)程序是為防止機(jī)器人故障導(dǎo)致整條生產(chǎn)線無法生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的；聯(lián)機(jī)自動(dòng)程序?yàn)檎９ぷ鲿r(shí)使用的控制程序；RS485通訊程序用于與變頻器交互控制信號(hào)；CC－Link程序的作用是與機(jī)器人及折彎機(jī)進(jìn)行信息交互。

4．2 觸摸屏界面

使用三菱GS2110觸摸屏作為人機(jī)界面，用于顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息，對(duì)設(shè)備的各個(gè)部分進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制。組態(tài)軟件為三菱公司的GT Designer3，該軟件操作簡單、靈活性強(qiáng)。

系統(tǒng)中的主要操作界面如下：（1）系統(tǒng)功能選擇界面（圖5）。通過該界面可進(jìn)入折彎機(jī)手動(dòng)調(diào)試界面、自動(dòng)測試界面、自動(dòng)監(jiān)控界面、報(bào)警界面、機(jī)器人調(diào)試界面、冷卻線插裝臺(tái)操作界面。（2）自動(dòng)監(jiān)控界面（圖6）。在該界面上顯示了生產(chǎn)的實(shí)時(shí)產(chǎn)量、冷卻輸送線及成品輸送線運(yùn)行狀態(tài)、折彎機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)等信息。

圖5 系統(tǒng)功能選擇界面

圖6 自動(dòng)監(jiān)控界面

5 結(jié)語

蒸發(fā)器U型折彎自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)已正常運(yùn)行兩年時(shí)間，很好地滿足了控制工藝的要求，運(yùn)行上穩(wěn)定，操作上方便，維護(hù)簡單，易學(xué)易懂，克服了家用空調(diào)企業(yè)人員流動(dòng)性大、操作人員水平參差不齊等對(duì)安全生產(chǎn)的影響，得到了用戶的認(rèn)可及好評(píng)。

［1］王薔，程冬梅．空調(diào)換熱器芯體全自動(dòng)折彎生產(chǎn)線［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2015（5）：265－267．

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