某自動(dòng)化裝配線中的電氣設(shè)計(jì)案例介紹

林曉東，李紹峰，潘艷飛，周文鈺，劉 彤

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

某自動(dòng)化裝配線中的電氣設(shè)計(jì)案例介紹

林曉東，李紹峰，潘艷飛，周文鈺，劉 彤

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

本裝配線采用三菱Cclink現(xiàn)場總線對生產(chǎn)線內(nèi)各單元統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)劃，做到了各單機(jī)的模塊化，具有運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。簡明介紹了該生產(chǎn)線的具體配置及實(shí)現(xiàn)方法，希望對以后類似線體的電氣設(shè)計(jì)能有借鑒意義。

自動(dòng)化裝配線; PLC；cclink；模塊化

0　引言

隨著人工費(fèi)用提高，勞動(dòng)密集型企業(yè)提高設(shè)備自動(dòng)化率的愿望越來越強(qiáng)烈，本線體為空調(diào)室外配管的自動(dòng)化生產(chǎn)而開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了室外配管的全程自動(dòng)化生產(chǎn)。現(xiàn)在的工廠單機(jī)設(shè)備本身就是一個(gè)信息孤島，各個(gè)設(shè)備通訊困難，不方便統(tǒng)一的監(jiān)控管理。為此，本線體總控PLC內(nèi)置以太網(wǎng)口，可通過標(biāo)準(zhǔn)控件庫與工廠ERP相連，方便信息的交流，提高了管理效率。

1　工藝流程

空調(diào)室外機(jī)連接管自動(dòng)化線體工藝過程：

開料→套保溫管→兩端套螺母→兩端打喇叭口（自動(dòng)吹氣）→視頻檢喇叭口→上膠塞→盤管→套護(hù)套→放配件→封箱→貼型號(hào)標(biāo)貼→打扎帶→堆碼→進(jìn)倉。

開料機(jī)將穿好保溫管的空調(diào)配管放置到步進(jìn)鏈上，線體依次對其套左螺母，套右螺母，開左喇叭口，開右喇叭口，左視頻檢測，右視頻檢測，對于視頻檢測合格品進(jìn)入左封塞，右封塞，最后通過移載機(jī)進(jìn)入盤管機(jī)進(jìn)行盤管，之后由打包機(jī)打包；視頻檢測的不合格品，直接在步進(jìn)鏈的末端直接彈出，由此完成空調(diào)室外配管的生產(chǎn)。

工位分配：

1）總控系統(tǒng)，編號(hào)+A_TCC9

2）套塑料塞工位，編號(hào)：+A_SPP7 ，+B_SPP8

3）喇叭口壓機(jī)工位，編號(hào)：+A_BEP3 ，+B_BEP4

4）套螺母工位，編號(hào)：+A_CSN1 ，+B_CSN2

5）視頻檢測工位，編號(hào)：+A_IDM5 ，+B_IDM6

6）盤管工位，編號(hào)： +B_CCM10

1.1總控系統(tǒng)

控制任務(wù)：

1）材料輸送：上下板式鏈步進(jìn)運(yùn)行，配置定位模塊一個(gè)，伺服電機(jī)兩部。

2）理料：合格品移載至規(guī)定槽位；不合格品彈出。

3）監(jiān)控整線運(yùn)行。

4）通過燈塔及觸摸屏顯示整條線體的運(yùn)行狀態(tài)。

5）步進(jìn)鏈控制：

（1）輸送物：

下層：銅管外徑Φ6mm，壁厚0.5mm，長度3m；

對應(yīng)保溫管型號(hào)：外徑為Φ30mm，長度為2910mm；

每根帶保溫管銅管質(zhì)量總重為0.3kg。

上層：銅管外徑Φ9mm，壁厚0.6mm，長度3.06m；

對應(yīng)保溫管型號(hào)：外徑為Φ35mm，長度為2910mm；

每根帶保溫管銅管質(zhì)量總重為0.45kg。

（2）結(jié)構(gòu)形式：

選用不銹鋼鏈板輸送機(jī)，形式為平頂直鏈，上下雙層鋁合金型材框架結(jié)構(gòu)，三排并列布置；雙層線體上層輸送Φ9mm粗管，下層輸送Φ6mm細(xì)管；上下層獨(dú)立輸送。

（3）輸送形式：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)輸送，步進(jìn)距離152.4±1mm。

（4）輸送鏈節(jié)距：為38.1mm，一次步進(jìn)距離為4個(gè)節(jié)距，即38.1×4=152.4mm。

（5）工作節(jié)拍：每6s運(yùn)行一次，運(yùn)行時(shí)間為0.4s，等待工位工作時(shí)間為5.6s。

圖1　系統(tǒng)框圖

1.2套銅螺母工位

控制任務(wù)：

1）檢測是否有料，為后續(xù)的理料提供材料信息；2）推送螺母到銅管合適位置；

3）通過燈塔顯示本工位狀態(tài)是否正常。

1.3開喇叭口工位

控制任務(wù)：

1）檢測是否有料到達(dá)，為后續(xù)的理料提供材料信息；

3）通過燈塔顯示本工位狀態(tài)是否正常。

1.4視頻檢測工位

1）控制任務(wù)

（1）材料推送定位；

（2）照相判斷喇叭口是否合格，并通知總控在隊(duì)列中進(jìn)行標(biāo)記。

2）檢測要求

（1）檢測銅管的內(nèi)外直徑；

（2）檢測銅管開口處是否有劃痕；

（3）檢測銅管開口處是否有裂縫及缺口。

根據(jù)相關(guān)報(bào)道，并結(jié)合核電站二回路腐蝕產(chǎn)物的分布規(guī)律，可以用凝汽器中的磁性過濾器、除氧器筒體內(nèi)部及蒸汽發(fā)生器泥渣沉積量作為水質(zhì)控制優(yōu)劣的評(píng)價(jià)依據(jù)[4]。現(xiàn)以某核電站為例，對凝汽器磁性過濾器、除氧器筒體及蒸汽發(fā)生器的沉積物進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

3）檢測方法

（1）劃痕的檢測

采用環(huán)形光（短波長光）照射銅管。經(jīng)過位置補(bǔ)正，利用特征抽出、智能邊緣線檢測產(chǎn)品外觀是否正確；

（2）裂縫及缺口的檢測

關(guān)閉環(huán)形光，打開白光，打亮白色背景。形成銅管開口輪廓，然后利用特征輸出檢查是否有缺口及裂縫。

4）檢測結(jié)果

（1）檢測管口是否有缺口及裂縫；（2）檢測是否有劃痕；（3）檢測關(guān)口內(nèi)外徑。

1.6套塑料塞工位

控制任務(wù)：

1）檢測是否有料到達(dá)，為后續(xù)的理料提供材料信息；

2）推送銅管及螺母到固定位置，將膠塞推入螺母；

3）通過燈塔顯示本工位狀態(tài)是否正常。

1.7盤管輸送工位

控制任務(wù)：

1）將合格品進(jìn)行盤管操作；

2）將上下層的材料經(jīng)盤管后疊放送出。

2　電氣控制方案

工藝確定后，下一步來實(shí)現(xiàn)上述功能。控制上主要有兩種方案來供選擇：總控控制方式和模塊化控制方式。

總控方式：整線運(yùn)行于一套PLC系統(tǒng)下，每個(gè)工藝單元配置相應(yīng)的遠(yuǎn)程IO，各個(gè)工藝單元的動(dòng)作由總控PLC統(tǒng)一控制。優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)樵谝粋€(gè)PLC下線上各個(gè)工藝單元關(guān)聯(lián)緊密，總控可以讀取各個(gè)單元的所有信號(hào)，線體動(dòng)作調(diào)試方便。缺點(diǎn)：各個(gè)工藝單元脫離總控不能獨(dú)立運(yùn)行；總控的工作密度大，調(diào)試周期長。此方式適用于各個(gè)工藝過程關(guān)聯(lián)緊密的線體。

模塊化方式：將各個(gè)工藝單元分解成相對獨(dú)立的模塊，由單獨(dú)的PLC來完成，總控PLC負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的動(dòng)作。適于各個(gè)工藝過程關(guān)聯(lián)相對松散的線體。優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)單機(jī)可以脫離總控獨(dú)立運(yùn)行，單機(jī)如出現(xiàn)問題更換方便。單機(jī)調(diào)試方便，可實(shí)現(xiàn)多人的同時(shí)調(diào)試，分擔(dān)總控的工作量，節(jié)省調(diào)試時(shí)間。缺點(diǎn)：模塊與模塊、模塊與總控的關(guān)聯(lián)沒有總控方式緊密，線體調(diào)試時(shí)需要各個(gè)單機(jī)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。

鑒于裝配線單機(jī)設(shè)備較多，如采用集中控制方式則調(diào)試工作較繁重，且調(diào)試周期長。因此本線采用模塊化控制方式。各個(gè)工藝單元采用獨(dú)立PLC的進(jìn)行控制，這樣可解決調(diào)試工作量過于集中且調(diào)試周期長的問題。

調(diào)試方式：工藝單元首先進(jìn)行各自的單機(jī)調(diào)試；單機(jī)動(dòng)作無誤后單獨(dú)與總控進(jìn)行信號(hào)交互調(diào)試；單機(jī)與總控信號(hào)交互調(diào)試結(jié)束后，最后進(jìn)行整線聯(lián)調(diào)。

線體上工藝模塊的通訊基本有兩種方式：IO通訊，協(xié)議通訊。

IO通訊較簡單，只占用IO點(diǎn)，但通訊的信息量小，適合單元少，交互性不強(qiáng)的場所，另外IO通訊的走線量大，增加了施工的工作量及以后維護(hù)的難度。

協(xié)議通訊通訊數(shù)據(jù)量大，通訊方便，走線量少，越來越成為工廠設(shè)備間互聯(lián)的主要方式，目前常用的主要有ProfibusDP、DeviceNet、Modbus和Cclink等。綜合可靠性、成本、易用性選擇Cclink協(xié)議來組建線體的通訊網(wǎng)絡(luò)。

圖2　系統(tǒng)硬件配置圖

總控作為線體的核心選用具有運(yùn)算速度快、功能強(qiáng)大、接口豐富的三菱Q系列PLC；作為線體運(yùn)行關(guān)鍵的步進(jìn)鏈驅(qū)動(dòng)選用三菱J4B伺服系統(tǒng)，與三菱定位模塊使用光纖通信方式，減少了通信過程中的干擾問題。線上各個(gè)工藝單元的工藝動(dòng)作相對簡單，考慮到其既可以作為單機(jī)運(yùn)行，也可以并入線體運(yùn)行，采用三菱FX3U系列配用Cclink的從站模塊的方案，使系統(tǒng)具有模塊化的屬性，方便客戶的現(xiàn)場靈活配置。線體各個(gè)站點(diǎn)在總控的統(tǒng)一調(diào)配下工作；各工作站檢測總控的心跳信號(hào)，每次心跳各工位完成相應(yīng)的動(dòng)作流程；總控檢測線上各站點(diǎn)狀態(tài)，根據(jù)其信息來控制步進(jìn)鏈的動(dòng)作進(jìn)而協(xié)調(diào)整條線體的運(yùn)行。

線體的工作過程：

步進(jìn)工作方式：步進(jìn)鏈每動(dòng)作一次，線上單機(jī)設(shè)備完成相應(yīng)的工藝流程，配管的各個(gè)工藝流程是順序進(jìn)行的，步進(jìn)鏈上各個(gè)工藝單元間的托架上的配管工藝狀態(tài)各不相同，單機(jī)設(shè)備如出現(xiàn)問題從而未完成相應(yīng)的工藝流程，會(huì)對后續(xù)的工藝流程造成影響。如開料機(jī)放料時(shí)，為了提高效率，步進(jìn)鏈上的單機(jī)完成相應(yīng)的工藝流程后，符合條件步進(jìn)鏈就向前步進(jìn)，由此會(huì)造成步進(jìn)鏈上有空位并且開料機(jī)有墨管放入步進(jìn)鏈時(shí)，墨管需要作為廢料處理，無需進(jìn)行步進(jìn)鏈上的工藝流程。因此，必須對鏈上配管的信息進(jìn)行記錄，才能控制線上各工藝單元的穩(wěn)定高效的運(yùn)行。

線上配管信息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法：步進(jìn)鏈運(yùn)行至各工位時(shí)，由總控根據(jù)記錄的當(dāng)前配管狀態(tài)進(jìn)行判斷是否進(jìn)行該單元的工藝流程，在動(dòng)作完成后把該單元的動(dòng)作信息通知總控，由總控進(jìn)行統(tǒng)一記錄；另外，為保護(hù)線上單機(jī)設(shè)備，步進(jìn)鏈在動(dòng)作前須檢測各單元是否在安全位置，如安全則允許繼續(xù)運(yùn)行，這樣保證了線體安全可靠的運(yùn)行。

3　結(jié)束語

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試證明：本系統(tǒng)具有通訊可靠、單元配置靈活、調(diào)試效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，為以后類似多單機(jī)配合工作條件下的電氣設(shè)計(jì)提供了可以借鑒的方案。

[1] 三菱電機(jī)自動(dòng)化有限公司.2005 MELSEC-Q/L結(jié)構(gòu)體編程手冊[Z].SH(NA)-080907CHN-A(1004)STC.

[2] 三菱電機(jī)自動(dòng)化有限公司.2012 GX Works2入門指南 （結(jié)構(gòu)化工程篇）[Z].SH(NA)-080936CHN-C(1206)MEACH.

[3] 三菱電機(jī)自動(dòng)化有限公司.2005 QJ61BT11N使用手冊[Z]. manual-SH(NA)-080237.

[4] 三菱電機(jī)自動(dòng)化有限公司.2005 FX2N-16CCL-M主站模塊和FX2N-32CCL CC-Link接口模塊用戶手冊[Z]. JY992D93101A(MEE).

Introduction to the electrical control system design of a automatic assembly line

LIN Xiao-dong, LI Shao-feng, PAN Yan-fei, ZHOU Wen-yu, LIU Tong

TP29

B

1009-0134(2016)07-0118-04

2016-05-30

林曉東（1975 -），男，吉林雙遼人，電氣工程師，本科，研究方向?yàn)殡姎庠O(shè)計(jì)。