沖壓線板料拆垛系統(tǒng)擋料器裝置的研發(fā)與應(yīng)用

牛同威，張海龍

（一汽轎車股份有限公司，吉林長春 130012）

0 引言

板料拆垛系統(tǒng)作為自動沖壓線中的首道工序，負責分張拾取料垛中的板料，通過傳輸皮帶將其自線首傳至下道工序[1]。板料輸送系統(tǒng)拾取板料的過程為：①料垛由料垛小車運到拆垛站內(nèi)；②舉升臺將料垛頂起至拆垛位置；③分層磁鐵運行到位緊靠料垛，將料片分層；④真空吸盤接觸料片，拾取板料并提升；⑤板料由帶磁性的傳輸皮帶吸附，送至清洗機、涂油機或過渡皮帶機準備[2-3]。

在單料垛生產(chǎn)時，料垛四周都有分層磁鐵定位，不存在料片偏斜的問題。但隨著沖壓工藝的發(fā)展以及對生產(chǎn)效率要求的提升，1模2件甚至1模4件的品種越來越多，雙料垛生產(chǎn)的情況越來越普遍。但生產(chǎn)雙料垛時由于分層磁鐵無法深入兩料垛中間進行定位，因而在板料拾取過程中，極易發(fā)生板料偏斜，造成吸盤報警以致停機事件頻發(fā)，該問題嚴重影響了生產(chǎn)質(zhì)量和效率?！鞍辶喜鸲庀到y(tǒng)擋料器裝置”屬自主研發(fā)項目，可有效解決雙料垛內(nèi)側(cè)定位問題，避免板料輸送系統(tǒng)真空吸盤抓取板料過程中所發(fā)生的雙料垛板料位置偏斜問題，并在實際生產(chǎn)中得到良好應(yīng)用，在國內(nèi)自動沖壓生產(chǎn)線板料輸送系統(tǒng)中尚屬首例。

1 擋料器結(jié)構(gòu)組成

1.1 可調(diào)節(jié)伸縮支架

因拆垛站空間有限，板料抓取空間較為狹小，同時雙料垛由升降臺托起后，2個料垛之間空間也特別狹小。故在單料垛生產(chǎn)時，擋料器主體必須收回，存放在2個分層磁鐵之間。這要求擋料器主體結(jié)構(gòu)要緊湊，并具有伸縮存放的功能，本裝置由伸縮支架和擋料機構(gòu)2大部分構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)伸縮支架長度可調(diào)節(jié)擋料器位置（圖1）。不使用時，擋料器可通過伸縮支架收回至兩側(cè)分層磁鐵之間，不影響單料垛的生產(chǎn)；在雙料垛生產(chǎn)的情況下，通過伸縮支架調(diào)節(jié)至合理位置，擋料機構(gòu)打開定位兩側(cè)料垛，實現(xiàn)固定雙料垛功能。

圖1 中間擋料器

1.2 擋料機構(gòu)

安裝于伸縮支架上的擋料機構(gòu)是本裝置的核心，主要由1個雙聯(lián)氣缸、一組伸縮支架、一組調(diào)整鎖銷和一對擋料板構(gòu)成（圖2）。

擋料器氣動控制部分主要采用雙聯(lián)氣缸、兩位五通的電磁換向閥、節(jié)流閥等元器件，通過典型氣動原理實現(xiàn)擋料器的擋料板雙向伸出和縮回動作。同時利用雙聯(lián)氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸小、不回轉(zhuǎn)精度高及抵抗側(cè)面負載力強的特點[4]，保證機構(gòu)在收回時可以安裝在分層磁鐵結(jié)構(gòu)中間，在打開時可以與雙料垛緊靠，從而限制雙料垛板料位置不偏斜（圖3）。

圖2 擋料機構(gòu)組成

圖3 雙聯(lián)氣缸氣動控制原理

2 擋料器控制/安全系統(tǒng)

2.1 西門子PLC控制程序

擋料器控制系統(tǒng)采用西門子S7-400系列PLC[5]，可用于對設(shè)備的直接控制，也可用于對下一級可編程邏輯控制器進行監(jiān)控。通過考慮可能影響擋料器使用的所有制約前提條件以及擋料器在板料輸送系統(tǒng)中與其他部件動作的邏輯關(guān)系，將制約因素轉(zhuǎn)化成輸入輸出作為PLC控制程序中一部分，實現(xiàn)雙聯(lián)氣缸的雙向動作，另外加入打開關(guān)閉動作的互鎖避免誤動作的產(chǎn)生（圖4）。為提升擋料器裝置維修、保養(yǎng)和調(diào)試等工作的容易度，程序中增加了手動調(diào)試的功能。

圖4 擋料器PLC控制程序

圖5 安全優(yōu)先級

2.2 皮爾磁（PILZ）可編程安全系統(tǒng)

為保證工作時設(shè)備和人員的安全，防止誤動作造成嚴重后果，本擋料器裝置引入安全PLC保護技術(shù)，采用皮爾磁可編程安全系統(tǒng)PSS以及安全開放式總線系統(tǒng)SafetyBUSp[6]。該系統(tǒng)由安全總線連接形成局域網(wǎng)保護系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線與PLC、服務(wù)器保持實時通訊。自動化程度較高的生產(chǎn)線都具備安全保護系統(tǒng)，通常情況它主要控制運行設(shè)備動力源方面。運用沖壓自動線板料輸送系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)置的安全優(yōu)先級（圖5），引入安全信號到檔料器控制程序中：安全升降門作為安全第一層級；安全門以外的保護區(qū)域，即光柵保護區(qū)域作為安全第二層級。任何一個安全層級被破壞，設(shè)備將立即停止。

2.3 安全防護

如果擋料器存放位置或伸出位置不準確，易與料垛相刮碰后造成損壞，為保證對擋料器動作的準確控制，裝置采用了接近開關(guān)保護裝置，通過檢測伸縮支架的位置反應(yīng)擋料器實際定位。在未預(yù)選使用擋料器時，其伸縮機構(gòu)必須收回，料垛升降臺才可繼續(xù)上升；而當預(yù)選使用擋料器時，其伸縮機構(gòu)必須伸出到位后才使用能料垛升降臺的升起指令（圖6）。

隨著料垛逐漸減少，升降臺升起到頂部后，中間料垛舌駛出，此時擋料器不再接通打開信號，避免剩余少量板料被擋料器擠壓，造成料垛偏移或是變形；當雙料垛任一料垛板料清空時（由橫向擋塊中的2個PNPNO傳感器檢測），接通氣缸關(guān)閉信號，兩側(cè)擋料板部分收回，避免板料或料盤與擋料器相撞。

2.4 人機界面（Human Machine Interface，HMI）

擋料器可通過HMI進行操作，通過遠程I/O、工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP總線[7]等工業(yè)局域網(wǎng)通訊技術(shù)，可以對擋料器裝置的執(zhí)行元件進行實時監(jiān)控。在PC（操作面板）上，即板料輸送系統(tǒng)操作面板上增加了擋料器預(yù)選操作功能，其實現(xiàn)過程為：利用QNX_HMI面板中預(yù)留選項，將該選項編寫為擋料器選擇模塊，在PLC程序中查找到與該參數(shù)預(yù)選模塊對應(yīng)的DB塊相應(yīng)的位，將預(yù)選擋料器功能的數(shù)據(jù)存儲地址寫入控制程序前提條件中，實現(xiàn)HMI上該預(yù)選功能有效，默認功能雙料垛時可選擇，單料垛可不選。利用上位機中故障信息存儲二進制區(qū)，添加擋料器故障文字信息并分配唯一的PLC地址，于PLC程序中添加擋料器報警程序，便于維修人員在擋料器發(fā)生故障后迅速識別出故障點。

圖6 擋料器安全防護程序（控制升降臺上升）

3 實際應(yīng)用效果

自動沖壓生產(chǎn)線“板料拆垛系統(tǒng)擋料器”在一汽轎車股份有限公司沖壓車間A線率先使用，隨后投入B線使用，同時制定了擋料器的點檢與作業(yè)指導書，保障擋料器正常操作。在實際運行過程中，本裝置可消除由雙料垛料片位置偏斜所帶來的設(shè)備停機，每條生產(chǎn)線每年因消除雙料垛板料偏斜停臺而節(jié)約成本51萬元人民幣。該擋料器適用于大型的自動生產(chǎn)線，節(jié)省投資，運行穩(wěn)定，維護便捷，便于設(shè)備后續(xù)的更新和功能擴充。在一汽集團天津豐田公司、北京奔馳公司等類似自動沖壓線拆垛系統(tǒng)中均可橫向推廣使用，具有可觀的經(jīng)濟效益和發(fā)展前景。

［1］王秀葉，陳朝華.板材沖壓自動拆垛上料技術(shù)［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004（6）：35-37.

［2］李彥蓉，孫曉朋.沖壓自動上料及自動出件裝置的研究與設(shè)計［J］.鍛壓技術(shù)，2010（5）：84-87.

［3］南雷英，戚春曉，孫友松.沖壓生產(chǎn)自動送料技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展概況［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2006（2）：18-21.

［4］錢功，榮昉.壓力機用安全雙聯(lián)閥回顧及展望(二［)J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010（2）：21-25.

［5］王麗偉，劉軒.用PLC實現(xiàn)壓機的自動控制［J］.洛陽大學學報，2006（2）：72-76.

［6］顧碩.皮爾磁提供完整安全解決方案［J］.自動化博覽，2014（2）：30.

［7］陳月婷，何芳.PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)及發(fā)展分析［J］.濟南大學學報(自然科學版)，2007（3）：226-230.