介紹了齒輪齒軸齒圈自動(dòng)化酸洗線的系統(tǒng)組成、EMS小車系統(tǒng)的硬件配置以及控制方案。系統(tǒng)主要采用 PLC和無(wú)線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了酸洗線的半自動(dòng)化控制，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、控制性能好、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息直觀等特點(diǎn)。自動(dòng)化酸洗線使工藝流程的可控性和良品率得到了提高，同時(shí)降低了對(duì)操作人員的健康危害程度。

　　目前國(guó)內(nèi)齒輪齒軸齒圈酸洗線(簡(jiǎn)稱酸洗線)自動(dòng)化程度普遍不高，小車采用傳統(tǒng)CD或MD型葫蘆，起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)均為接觸器正反轉(zhuǎn)控制，控制精度差;小車運(yùn)行過(guò)程中啟動(dòng)和制動(dòng)不平穩(wěn)，尤其是在過(guò)彎軌段時(shí)，小車輪與軌道硬摩擦，易損壞車輪面和軌道面;本地采用手電門操作，效率低，操作人員易疲勞，酸堿水汽等環(huán)境對(duì)操作人員的健康也不利;工件的酸洗過(guò)程靠人為控制，可控度低，可追溯性差。對(duì)其進(jìn)行更新?lián)Q代已刻不容緩，因此本文重點(diǎn)介紹一種自動(dòng)化酸洗線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　1 酸洗線系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　酸洗線系統(tǒng)由框架、環(huán)形軌道、VAHLE 單極滑線、檢修道岔、酸洗線小車、總控系統(tǒng)、超聲波槽、清水槽、酒精槽、硝酸槽、鹽酸槽、堿液槽、風(fēng)干槽、浸油槽、滴油槽等主設(shè)備以及加熱、通風(fēng)、給排水、照明等輔助設(shè)備組成，整體布局如圖1所示。

圖1 酸洗線系統(tǒng)整體布局圖

　　本套自動(dòng)化輸送系統(tǒng)配備5臺(tái)EMS小車組，4臺(tái)用于生產(chǎn)，1臺(tái)備用。環(huán)形軌道配有檢修岔道，1個(gè)備用葫蘆在檢修岔道上待用，當(dāng)各酸洗、堿洗工位一旦發(fā)生葫蘆故障，可以將故障葫蘆調(diào)成手動(dòng)狀態(tài)開(kāi)離工位，備用葫蘆開(kāi)到工位，及時(shí)將工件吊離溶液。EMS小車自動(dòng)輸送工件酸洗流程如下：超聲波清洗1→超聲波清洗2→清水漂洗→酒精浸泡→硝酸浸泡→清水漂洗→酒精浸泡→鹽酸浸泡→清水漂洗→堿性溶液浸泡→清水漂洗→65°清水漂洗→風(fēng)干→浸油漂洗。清洗結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)入風(fēng)干工位，風(fēng)干槽采用干燥除水方案，即通過(guò)除濕機(jī)將排風(fēng)口空氣進(jìn)行除濕，且將風(fēng)口加熱，確保工件120s內(nèi)表面無(wú)水。

　　2 酸洗線系統(tǒng)硬件配置方案

　　采用 PLC 對(duì)酸洗線進(jìn)行集中控制，地面總控制 PLC與5臺(tái) EMS酸洗線小車采用無(wú)線通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并與檢修岔道、各工位操作站等采用遠(yuǎn)程分布式系統(tǒng)，EMS小車系統(tǒng)采用安全滑觸線供電。

　　本地控制方案：地面控制站配有觸摸屏，所有小車的診斷、操作和參數(shù)設(shè)定都可以在觸摸屏上更改，并通過(guò)觸摸屏顯示小車的實(shí)時(shí)狀態(tài)、位置信息等。同時(shí)將 EMS小車組系統(tǒng)的運(yùn)行情況、實(shí)時(shí)位置等信息通過(guò) PN 總線形式傳輸給信息化采集系統(tǒng)。酸洗線主控硬件網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。主控系統(tǒng)具體配置如下：地面 PLC 選用 SIEMENS S7-300 6ES7 315-2EH14-0AB0 PROFINET；人機(jī)界面選用 SIEMENS TP1200 6AV 2124-0MC01-0AX0;工業(yè)級(jí)交換機(jī)選用PHOENIX FL SWITCHLM 8TX；無(wú)線通訊選用PHOENIX FL WLAN5100 WLAN。

　　EMS小車控制方案：每臺(tái)小車上配置一個(gè)無(wú)線客戶端和獨(dú)立的 PLC 控制單元，使小車成為獨(dú)立的智能控制系統(tǒng)。小車上所有的位置信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、速度信息等信號(hào)都通過(guò)本車 PLC進(jìn)行采集管理和邏輯處理，同時(shí)反饋到地面主控 PLC，現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)直接進(jìn)入主控單元，將執(zhí)行結(jié)果予以輸出，以此來(lái)完成各種工藝要求的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)。單個(gè)小車自身 PLC 與行走、起吊驅(qū)動(dòng)的變頻器、安全模塊、條碼讀寫(xiě)裝置等設(shè)備采用Profinet總線進(jìn)行通訊，酸洗線小車硬件網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 酸洗線小車硬件網(wǎng)絡(luò)圖

　　酸洗線小車的具體配置如下：PLC選用SIEMENS S1200 6ES7 217-1AG40-0XB0;起升吊鉤高度檢測(cè)選用 SICKATM60系列機(jī)械式絕對(duì)值編碼器；運(yùn)行定位選用 LEUZEBPS 348i系列 PROFINET 接口產(chǎn)品；起升和運(yùn)行分別選用 ABB ACS880系列變頻器；無(wú)線通訊選用 PHOENIX FL WLAN5100 WLAN。

　　技術(shù)優(yōu)點(diǎn)介紹： 無(wú)線接入點(diǎn)使用全向天線雙向傳輸和MiMo技術(shù)，該技術(shù)使數(shù)據(jù)傳輸更安全、更高效，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母采w區(qū)域更廣;起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用的絕對(duì)值編碼器具有高分辨率、高防護(hù)等級(jí)、高可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn);小車系統(tǒng)的激光掃碼頭具有超大的工作距離，可達(dá)到50mm～170 mm，當(dāng)小車距離偏移時(shí)，系統(tǒng)具有容差特性和高可靠性，能夠靈活地進(jìn)行機(jī)械安裝，使維護(hù)更換更加便捷;系統(tǒng)內(nèi)的所有變頻器配備有編碼器反饋卡，使用閉環(huán)控制方式來(lái)提高控制的精度。該系統(tǒng)的變頻器均配有N5050專用防搖軟件，其防搖功能可以有效控制小車運(yùn)行方向上的吊鉤擺動(dòng)，變頻器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)均能通過(guò)PLC 來(lái)讀取并直接顯示在總控觸摸屏上。本設(shè)計(jì)可根據(jù)不同酸洗件的工藝要求，在控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定不同的浸沒(méi)深度，為了保證工件的酸洗效果，在浸泡過(guò)程中，工件需要在酸洗槽內(nèi)進(jìn)行振幅為100mm的上下振動(dòng)。

　　酸洗線的輔助設(shè)備控制包括每個(gè)槽位(如超聲波、酒精、硝酸溶液等)的功能控制、濃度檢測(cè)儀的自動(dòng)加料控制、水溫控制、照度控制等，由于比較簡(jiǎn)單，在此不再贅述。

　　3 酸洗線系統(tǒng)的操作及控制效果

　　操作流程介紹：首先，操作人員在上料位掛好工件，小車進(jìn)入高度檢測(cè)工位進(jìn)行必要的原始數(shù)據(jù)測(cè)量，檢測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)正常后，系統(tǒng)啟動(dòng)，小車全部行駛至上料工位，所有清洗槽的槽蓋打開(kāi)，系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備就緒，操作人員在地面觸摸屏上輸入產(chǎn)品種類(齒圈、齒輪、齒軸)，一鍵進(jìn)入自動(dòng)酸洗過(guò)程，期間無(wú)需人員干預(yù)，工件自動(dòng)進(jìn)入/走出預(yù)先設(shè)定的檢測(cè)工位，直至浸油工位完成，酸洗流程結(jié)束。其次，操作小車到達(dá)檢測(cè)工位，由檢驗(yàn)人員檢測(cè)并判斷工件是否合格。最后，操作酸洗小車進(jìn)入廢品區(qū)或下料區(qū)，單個(gè)工件酸洗結(jié)束。小車行走定位采用條碼定位方式，通過(guò)小車組上的掃碼頭掃取軌道上的條碼進(jìn)行定位。

　　環(huán)形軌道上有4臺(tái)小車同時(shí)工作，逐個(gè)進(jìn)入槽內(nèi)酸洗，控制程序內(nèi)設(shè)定的同一個(gè)工位不會(huì)同時(shí)存在2臺(tái)小車，以避免小車之間的碰撞。同時(shí)，每臺(tái)小車均配置有獨(dú)立的無(wú)線遙控器，在緊急情況下，可切換成手動(dòng)模式，即遙控器操作，遙控器之間頻率互不干擾。

　　在EMS小車組與軌道鋼結(jié)構(gòu)每一跨上加裝光電傳感器，當(dāng)前車組首車進(jìn)入下一跨時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)上的光電傳感器與前車組傳感器接近，若總控 PLC識(shí)別該跨內(nèi)已有車組，則不允許其他車組進(jìn)入當(dāng)前跨內(nèi);當(dāng)前車組尾車進(jìn)入下一跨內(nèi)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)上的光電傳感器與前車組傳感器接近，總控 PLC 識(shí)別該跨內(nèi)無(wú)車，此時(shí)下一車組可以進(jìn)入該跨內(nèi)作業(yè)。

　　地面HMT監(jiān)控系統(tǒng)：地面觸摸屏用于各個(gè)EMS小車、各停車工位、檢修岔道、各檢測(cè)設(shè)備等的實(shí)時(shí)監(jiān)視和報(bào)警，并記錄報(bào)警信息，圖4為觸摸屏主界面，圖5為各 EMS小車位置信息畫(huà)面，圖6為1#EMS小車的動(dòng)作控制畫(huà)面，圖7為部分酸洗槽工位的狀態(tài)信息。每個(gè)畫(huà)面中都增加了報(bào)警頁(yè)面，以方便操作人員及時(shí)掌握故障信息。

圖4 觸摸屏主界面　　

圖5 EMS小車位置信息畫(huà)面　　

圖6 1#EMS小車的動(dòng)作控制畫(huà)面　　

圖7 酸洗槽工位的狀態(tài)信息

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　該酸洗線系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某大型齒輪箱制造有限公司，EMS小車還具備防撞、防搖、緊急制動(dòng)、自動(dòng)定位(包括水平和垂直方向)等功能，自投入使用以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，完全滿足客戶對(duì)各種類型工件的酸洗工藝要求，具有故障率低、維護(hù)方便、成本低等特點(diǎn)。性能媲美進(jìn)口酸洗線，并有完全替代的趨勢(shì)，前景廣闊。