一.高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機(jī)（ESTA）系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

近十五年，中國(guó)汽車工業(yè)迅速發(fā)展,，自1992年汽車產(chǎn)量突破一百萬(wàn)輛之后,，一直保持著較高的增長(zhǎng)速度,，并重點(diǎn)發(fā)展轎車生產(chǎn),，大規(guī)模引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，興建了包括上海大眾在內(nèi)的一批現(xiàn)代化轎車生產(chǎn)基地,。2005年轎車產(chǎn)量達(dá)到295.8萬(wàn)輛,。中國(guó)汽車工業(yè)中以涂裝技術(shù)為主的表面工程技術(shù)已接近或達(dá)到當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)水平。需特別指出的是,，中涂和面漆的涂裝是車身涂裝中最為重要的環(huán)節(jié),，它將直接影響汽車的裝飾性、耐候性和外觀,，其涂料品種和涂裝技術(shù)也是汽車涂裝工藝中發(fā)展最快的,，歷來(lái)受汽車廠家的重視。中涂和面漆涂裝普遍采用高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機(jī)（ESTA），以提高漆膜外觀質(zhì)量和油漆利用率,。自1994年上海大眾引進(jìn)第一條采用高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機(jī)生產(chǎn)線以來(lái),，目前一汽大眾、上海通用,、東風(fēng)神龍,、廣州本田、北京現(xiàn)代等公司都采用了高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機(jī),，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),，目前共有60多套高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機(jī)服役于汽車涂裝線。

目前國(guó)內(nèi)轎車涂裝線高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機(jī)成套設(shè)備技術(shù)主要由DUERR,、ABB,、SAMES、ESSENMANN,、大氣社等國(guó)際知名設(shè)備提供商提供,。從1994年國(guó)內(nèi)從美國(guó)ABB引進(jìn)第一套高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機(jī)使用至今也已12年，系統(tǒng)采用的是80年代末技術(shù),，特別是系統(tǒng)監(jiān)控用硬件及軟件,，隨著電氣設(shè)備的老化，無(wú)論從使用壽命,、維修費(fèi)用,、備件供應(yīng)等方面都對(duì)使用廠家無(wú)疑是新的挑戰(zhàn)。今后一段時(shí)期內(nèi),，國(guó)內(nèi)較早引進(jìn)ESTA生產(chǎn)線的廠家都將面臨這些問(wèn)題,。如采用全新投入，一方面投資費(fèi)用高,，另一方面更新改造周期長(zhǎng),，都是不能接受的。因此,，我們采用西門子SIMATIC先進(jìn)的控制技術(shù),對(duì)靜電噴涂機(jī)的控制系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行更新改造。這樣投入少,、工期短,，性價(jià)比高。

二.高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂機(jī)控制系統(tǒng)原理與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機(jī),，其工作原理是將油漆通過(guò)在高速(最高每分鐘6萬(wàn)轉(zhuǎn))下轉(zhuǎn)動(dòng)的旋杯,，使其得到充分的霧化，并在高壓(直流10萬(wàn)伏)靜電場(chǎng)的作用下,，使帶電荷的油漆微粒被均勻地吸附到工件表面,，形成光亮,、平滑牢固的漆面。高速旋杯式自動(dòng)靜電噴涂機(jī)主要包括：自動(dòng)噴涂設(shè)備中的核心部件高速旋杯霧化單元,、高壓?jiǎn)卧?、換色單元、成形空氣單元,、仿型運(yùn)動(dòng)單元,、流量單元、保護(hù)單元及其相應(yīng)的自動(dòng)控制與管理單元,。我們以西門子PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng),，根據(jù)靜電噴涂原理，有機(jī)地控制各個(gè)單元?jiǎng)幼?，形成自?dòng)的靜電噴涂工藝過(guò)程,。

ESTA的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般可分為2層，即設(shè)備控制層和監(jiān)控管理層,。以下兩種實(shí)現(xiàn)方案：

1,、設(shè)備控制層--現(xiàn)場(chǎng)總線

設(shè)備控制層由主控制PLC（如西門子S5、S7系列）,、操作控制臺(tái),、所有控制單元（如霧化、高壓,、換色,、成形空氣、仿型運(yùn)動(dòng),、流量）及其現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器件,、傳感器件（如電磁閥、氣動(dòng)單元,、光電傳感器,、流量計(jì)等）組成，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus使之組成有機(jī)的設(shè)備控制層,。所有分布式I/O產(chǎn)品都按一定的控制范圍安裝于分布式I/O控制箱內(nèi),，盡可能減少硬件布線及故障點(diǎn)，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,，同時(shí)也方便了今后系統(tǒng)的維護(hù),。

2,、監(jiān)控管理層現(xiàn)--工業(yè)以太網(wǎng)

監(jiān)控管理層采用工業(yè)以太網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn),，連接著主控制PLC與上層HMI設(shè)備，編程設(shè)備以及相關(guān)設(shè)備,。工業(yè)以太網(wǎng)卡在PLC上為CP1430接口模板, HMI設(shè)備上為CP1613接口模板,。WinCC工業(yè)組態(tài)軟件通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與主控PLC交換數(shù)據(jù),。工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)中的應(yīng)用是工廠自動(dòng)化技術(shù)與IT技術(shù)、互連Internet技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,，成為未來(lái)可能的制造業(yè)電子商務(wù)技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)雛形。本方案中采用工業(yè)以太網(wǎng)充分考慮到了其具有的協(xié)議通用性,、數(shù)據(jù)傳輸速率高等特點(diǎn)以及開發(fā)應(yīng)用程序周期短優(yōu)點(diǎn),。采用工業(yè)以太網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控管理層主要由主控制PLC、HMI及其編程設(shè)備組成,，通過(guò)TCP/IP方式實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,。同時(shí)可更方便地向上組成工廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)（FIS），順應(yīng)了當(dāng)前汽車行業(yè)訂單制造的發(fā)展趨勢(shì),。

三.ESTA監(jiān)控系統(tǒng)的自主開發(fā)與應(yīng)用

各家設(shè)備供應(yīng)商為了各自的專利技術(shù)與技術(shù)保密,，監(jiān)控系統(tǒng)都采用各自開發(fā)的人機(jī)界面軟件或SCADA系統(tǒng)。如早期的ABB直接用C語(yǔ)言開發(fā)DOS環(huán)境下的界面軟件,，DUERR的ECO RC2 (Keba)系統(tǒng),。本文作者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用，結(jié)合在轎車涂裝行業(yè)應(yīng)用的特殊性,，應(yīng)用目前較流行的人機(jī)界面組態(tài)軟件自主開發(fā),，如：InTouch、WinCC,、組態(tài)王等,，實(shí)現(xiàn)HMI監(jiān)控功能。本次就采用了西門子WinCC工業(yè)組態(tài)軟件,，根據(jù)我們對(duì)ESTA生產(chǎn)線的工藝和設(shè)備多年使用經(jīng)驗(yàn)和理解,，成功開發(fā)了ESTA監(jiān)控系統(tǒng)，并順利地投入在生產(chǎn)中使用,，至今一直穩(wěn)定運(yùn)行,。同時(shí)通過(guò)項(xiàng)目開發(fā)，我們廠家也擁有了有關(guān)ESTA方面自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),。

1.監(jiān)控系統(tǒng)的硬件及軟件配置

系統(tǒng)硬件主要由西門子面板式IPC PC 670（500 MHz Intel Pentium CPU,、15"TFT顯示器、薄膜鍵盤,、集成鼠標(biāo)）,、PLC（S5-155U 948）和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus（CP1430、CP1613,、IM308/318）三大部分組成,。

系統(tǒng)軟件主要由操作系統(tǒng)Microsoft Windows 2000 Professional、SIMATIC WinCC V 5.1工業(yè)組態(tài)軟件,、Step 5編程軟件及COM5431通訊設(shè)置軟件組成,。

2.監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)采用Profibus－DP和工業(yè)以太網(wǎng)方案,。見圖1。

圖1 ESTA控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

(Profibus－DP和工業(yè)以太網(wǎng)方案方案)

3.監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

n        工藝及設(shè)備參數(shù)的管理

不同車型,，不同顏色,，噴涂工藝參數(shù)也不同。為適應(yīng)不同車型的混線生產(chǎn),，系統(tǒng)根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),，已經(jīng)建立了噴涂工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)能夠進(jìn)行所有工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)與管理,如圖2,?？梢栽诰€或離線進(jìn)行工藝參數(shù)的局部或全部修改，如轉(zhuǎn)速,、流量,、成形空氣、高壓值,、觸發(fā)位置等,，并自動(dòng)記錄所有參數(shù)修改記錄，保證所有的產(chǎn)品工藝參數(shù)的可追溯性,。如圖3,。

圖2工藝及設(shè)備參數(shù)的管理

圖3 工藝參數(shù)調(diào)整

n        生產(chǎn)信息的管理及設(shè)備監(jiān)控功能

位于現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)能夠?qū)υ诰€生產(chǎn)的所有產(chǎn)品及設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)該系統(tǒng)可以顯示目前所有在制品狀況以及在制品的目前位置,，統(tǒng)計(jì)目前的產(chǎn)量,。

能夠監(jiān)控目前9個(gè)高速旋杯的所有參數(shù)設(shè)置以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、流量,、成形空氣,、高壓值、位置等）,，如圖4,。

圖4 生產(chǎn)及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

各種生產(chǎn)及設(shè)備信息的定義與設(shè)置，如車型定義,、顏色定義,、過(guò)電流上限、運(yùn)動(dòng)控制參數(shù),、手動(dòng)速度等進(jìn)行預(yù)先定義或設(shè)置,。如圖5。能夠任意的進(jìn)行每個(gè)節(jié)拍后的ESTA換色程序及步驟編程,。如圖5,。

圖5 生產(chǎn)設(shè)備信息定義與設(shè)置

圖6 噴杯換色步驟調(diào)整

n        系統(tǒng)自診斷、報(bào)警系統(tǒng)

系統(tǒng)有故障報(bào)警及自診斷功能。當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行時(shí),，無(wú)論手動(dòng)或自動(dòng)控制模式,，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),，系統(tǒng)將顯示故障報(bào)警并提示故障產(chǎn)生的可能原因,。操作者可對(duì)報(bào)警進(jìn)行應(yīng)答及排除故障后復(fù)位，并通過(guò)顏色區(qū)分哪些報(bào)警已做了復(fù)位,，哪些報(bào)警只是做了應(yīng)答,，并形成故障報(bào)警及修復(fù)記錄。如圖7,。系統(tǒng)還具備了手動(dòng)自診斷功能,，如圖8。

圖7 報(bào)警文本信息

圖8 手動(dòng)自診斷功能

n        用戶管理

根據(jù)管理人員操作人員的權(quán)限可以通過(guò)預(yù)先對(duì)用戶設(shè)置定義并管理,。所有的操作者可以瀏覽目前使用的工藝參數(shù),、生產(chǎn)及設(shè)備狀態(tài)，但不可以進(jìn)行修改,。除非他被賦予足夠的權(quán)限,，通過(guò)輸入個(gè)人密碼確認(rèn)后，才能進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限的修改,。所有的修改也將形成歷史修改記錄,，以備追溯。

四.結(jié)論

我們應(yīng)用SIEMENS PLC技術(shù),、Profibus現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線技術(shù)和WinCC工業(yè)組態(tài)軟件的SCADA技術(shù),，成功開發(fā)了該監(jiān)控系統(tǒng)，從2004年安裝在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行至今,，系統(tǒng)穩(wěn)定,、可靠。該系統(tǒng)投資少,、工期短,，性價(jià)比高，已帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益,。該系統(tǒng)采用是目前比較先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制,、網(wǎng)絡(luò)和信息處理技術(shù)，在汽車涂裝行業(yè)中具有一定的先進(jìn)性和代表性,，具有推廣的價(jià)值,。

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