林曉東，李紹峰，潘艷飛，周文鈺，劉 彤

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

某自動化裝配線中的電氣設計案例介紹

林曉東，李紹峰，潘艷飛，周文鈺，劉 彤

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

本裝配線采用三菱Cclink現(xiàn)場總線對生產線內各單元統(tǒng)一進行規(guī)劃，做到了各單機的模塊化，具有運行可靠，維護方便等諸多優(yōu)點。簡明介紹了該生產線的具體配置及實現(xiàn)方法，希望對以后類似線體的電氣設計能有借鑒意義。

自動化裝配線; PLC；cclink；模塊化

0　引言

隨著人工費用提高，勞動密集型企業(yè)提高設備自動化率的愿望越來越強烈，本線體為空調室外配管的自動化生產而開發(fā)，實現(xiàn)了室外配管的全程自動化生產。現(xiàn)在的工廠單機設備本身就是一個信息孤島，各個設備通訊困難，不方便統(tǒng)一的監(jiān)控管理。為此，本線體總控PLC內置以太網口，可通過標準控件庫與工廠ERP相連，方便信息的交流，提高了管理效率。

1　工藝流程

空調室外機連接管自動化線體工藝過程：

開料→套保溫管→兩端套螺母→兩端打喇叭口（自動吹氣）→視頻檢喇叭口→上膠塞→盤管→套護套→放配件→封箱→貼型號標貼→打扎帶→堆碼→進倉。

開料機將穿好保溫管的空調配管放置到步進鏈上，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入左封塞，右封塞，最后通過移載機進入盤管機進行盤管，之后由打包機打包；視頻檢測的不合格品，直接在步進鏈的末端直接彈出，由此完成空調室外配管的生產。

工位分配：

1）總控系統(tǒng)，編號+A_TCC9

2）套塑料塞工位，編號：+A_SPP7 ，+B_SPP8

3）喇叭口壓機工位，編號：+A_BEP3 ，+B_BEP4

4）套螺母工位，編號：+A_CSN1 ，+B_CSN2

5）視頻檢測工位，編號：+A_IDM5 ，+B_IDM6

6）盤管工位，編號： +B_CCM10

1.1總控系統(tǒng)

控制任務：

1）材料輸送：上下板式鏈步進運行，配置定位模塊一個，伺服電機兩部。

2）理料：合格品移載至規(guī)定槽位；不合格品彈出。

3）監(jiān)控整線運行。

4）通過燈塔及觸摸屏顯示整條線體的運行狀態(tài)。

5）步進鏈控制：

（1）輸送物：

下層：銅管外徑Φ6mm，壁厚0.5mm，長度3m；

對應保溫管型號：外徑為Φ30mm，長度為2910mm；

每根帶保溫管銅管質量總重為0.3kg。

上層：銅管外徑Φ9mm，壁厚0.6mm，長度3.06m；

對應保溫管型號：外徑為Φ35mm，長度為2910mm；

每根帶保溫管銅管質量總重為0.45kg。

（2）結構形式：

選用不銹鋼鏈板輸送機，形式為平頂直鏈，上下雙層鋁合金型材框架結構，三排并列布置；雙層線體上層輸送Φ9mm粗管，下層輸送Φ6mm細管；上下層獨立輸送。

（3）輸送形式：伺服電機驅動，實現(xiàn)步進輸送，步進距離152.4±1mm。

（4）輸送鏈節(jié)距：為38.1mm，一次步進距離為4個節(jié)距，即38.1×4=152.4mm。

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

圖1　系統(tǒng)框圖

1.2套銅螺母工位

控制任務：

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：

1）檢測是否有料到達，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

（1）材料推送定位；

（2）照相判斷喇叭口是否合格，并通知總控在隊列中進行標記。

2）檢測要求

（1）檢測銅管的內外直徑；

（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)相關報道，并結合核電站二回路腐蝕產物的分布規(guī)律，可以用凝汽器中的磁性過濾器、除氧器筒體內部及蒸汽發(fā)生器泥渣沉積量作為水質控制優(yōu)劣的評價依據(jù)[4]?，F(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)生器的沉積物進行分析評價。

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。經過位置補正，利用特征抽出、智能邊緣線檢測產品外觀是否正確；

（2）裂縫及缺口的檢測

關閉環(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）檢測關口內外徑。

1.6套塑料塞工位

控制任務：

1）檢測是否有料到達，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：

1）將合格品進行盤管操作；

2）將上下層的材料經盤管后疊放送出。

2　電氣控制方案

工藝確定后，下一步來實現(xiàn)上述功能?？刂粕现饕袃煞N方案來供選擇：總控控制方式和模塊化控制方式。

總控方式：整線運行于一套PLC系統(tǒng)下，每個工藝單元配置相應的遠程IO，各個工藝單元的動作由總控PLC統(tǒng)一控制。優(yōu)點：因為在一個PLC下線上各個工藝單元關聯(lián)緊密，總控可以讀取各個單元的所有信號，線體動作調試方便。缺點：各個工藝單元脫離總控不能獨立運行；總控的工作密度大，調試周期長。此方式適用于各個工藝過程關聯(lián)緊密的線體。

模塊化方式：將各個工藝單元分解成相對獨立的模塊，由單獨的PLC來完成，總控PLC負責協(xié)調各個模塊的動作。適于各個工藝過程關聯(lián)相對松散的線體。優(yōu)點：各個單機可以脫離總控獨立運行，單機如出現(xiàn)問題更換方便。單機調試方便，可實現(xiàn)多人的同時調試，分擔總控的工作量，節(jié)省調試時間。缺點：模塊與模塊、模塊與總控的關聯(lián)沒有總控方式緊密，線體調試時需要各個單機進行聯(lián)調。

鑒于裝配線單機設備較多，如采用集中控制方式則調試工作較繁重，且調試周期長。因此本線采用模塊化控制方式。各個工藝單元采用獨立PLC的進行控制，這樣可解決調試工作量過于集中且調試周期長的問題。

調試方式：工藝單元首先進行各自的單機調試；單機動作無誤后單獨與總控進行信號交互調試；單機與總控信號交互調試結束后，最后進行整線聯(lián)調。

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，但通訊的信息量小，適合單元少，交互性不強的場所，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絡。

圖2　系統(tǒng)硬件配置圖

總控作為線體的核心選用具有運算速度快、功能強大、接口豐富的三菱Q系列PLC；作為線體運行關鍵的步進鏈驅動選用三菱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。線上各個工藝單元的工藝動作相對簡單，考慮到其既可以作為單機運行，也可以并入線體運行，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。線體各個站點在總控的統(tǒng)一調配下工作；各工作站檢測總控的心跳信號，每次心跳各工位完成相應的動作流程；總控檢測線上各站點狀態(tài)，根據(jù)其信息來控制步進鏈的動作進而協(xié)調整條線體的運行。

線體的工作過程：

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

線上配管信息隊列實現(xiàn)方法：步進鏈運行至各工位時，由總控根據(jù)記錄的當前配管狀態(tài)進行判斷是否進行該單元的工藝流程，在動作完成后把該單元的動作信息通知總控，由總控進行統(tǒng)一記錄；另外，為保護線上單機設備，步進鏈在動作前須檢測各單元是否在安全位置，如安全則允許繼續(xù)運行，這樣保證了線體安全可靠的運行。

3　結束語

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

[1] 三菱電機自動化有限公司.2005 MELSEC-Q/L結構體編程手冊[Z].SH(NA)-080907CHN-A(1004)STC.

[2] 三菱電機自動化有限公司.2012 GX Works2入門指南 （結構化工程篇）[Z].SH(NA)-080936CHN-C(1206)MEACH.

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

[4] 三菱電機自動化有限公司.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，研究方向為電氣設計。