王成就

（廣州市花都區(qū)技工學(xué)校，廣東廣州 510800）

0 前言

廣州某座椅有限公司的組裝生產(chǎn)線是將其他生產(chǎn)線生產(chǎn)的底座支架、座墊、靠背和頭枕等部件組裝成產(chǎn)品。其中后排座椅組裝生產(chǎn)線在實(shí)際生產(chǎn)中顯露出一些弊端，通過(guò)分析后對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了改造，以期提高控制線路的可靠性、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 原后排座椅組裝生產(chǎn)線的情況

（1）生產(chǎn)線的裝配流程

按照工藝生產(chǎn)流程，后排座椅組裝線由四個(gè)工作崗位完成：

1）工位1：將底座骨架和座墊定位，再用C型環(huán)槍聯(lián)接發(fā)泡和面套并翻包；

2）工位2：安放座椅靠背，先用螺紋聯(lián)接底座骨架和座墊，再用螺紋聯(lián)接底座骨架和靠背；

3）工位3：封裝靠背周邊，安裝頭枕并用蒸汽熨斗整形；

4）工位4：產(chǎn)品終檢、套裝塑料包裝及卸裝成品。

（2）生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)定

組裝生產(chǎn)線將工作大致平均分配給四個(gè)工作崗位完成，各工位完成指定工作所需要的時(shí)間基本相同。生產(chǎn)線設(shè)有紅、黃、綠三色燈及節(jié)拍報(bào)警器，生產(chǎn)線啟動(dòng)后，先運(yùn)轉(zhuǎn)35秒前移一個(gè)工位后停止，工人利用這段時(shí)間做好安裝的前期準(zhǔn)備工作；然后計(jì)時(shí)300秒安裝時(shí)間，其中前235秒綠燈亮，后65秒綠燈、黃燈同時(shí)亮并響警報(bào)；安裝時(shí)間結(jié)束后，生產(chǎn)線又自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)35秒前移一個(gè)工位后停止，并進(jìn)入下一個(gè)安裝時(shí)間，如此反復(fù)循環(huán)。

（3）生產(chǎn)線的電氣控制線路

組裝生產(chǎn)線由一臺(tái)2.2 kW三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1 410 r/min，電動(dòng)機(jī)尾部裝有交流380 V的制動(dòng)系統(tǒng)，屬斷電制動(dòng)。并配套有減速比為39.88的齒輪減速箱，輸出轉(zhuǎn)速為35 r/min，由齒輪鏈條帶動(dòng)生產(chǎn)線，電動(dòng)機(jī)只需單向轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)短路保護(hù)，由于過(guò)載可能性極小不設(shè)過(guò)載保護(hù)。生產(chǎn)線主電路、控制電路（略），主要電器元件及用途見(jiàn)表1。

表1 主要電器元件及用途

（4）電氣控制線路簡(jiǎn)要工作原理

1）啟動(dòng)生產(chǎn)線

2）正常停止生產(chǎn)線

3）緊急停止生產(chǎn)線

生產(chǎn)過(guò)程中如果遇到緊急情況要停止生產(chǎn)線，可按下急停按鈕SB5，停止原理與正常停止一樣。但SB5能自鎖，如果在SB5未復(fù)位的情況下按啟動(dòng)按鈕，KA5線圈獲電，其常閉觸頭斷開(kāi)KA1線圈回路，令其不能獲電。

4）節(jié)拍報(bào)警

裝配過(guò)程中，如果某一個(gè)工位預(yù)見(jiàn)不能在設(shè)定300秒時(shí)間內(nèi)完成工作，可知會(huì)工位3按下節(jié)拍報(bào)警按鈕SB6，可防止生產(chǎn)線計(jì)時(shí)時(shí)間到而自行啟動(dòng)。本次裝配工作完成后，要先按SB7取消節(jié)拍報(bào)警，再按SB1或SB2重新啟動(dòng)生產(chǎn)線。

5）終端保護(hù)

為了防止產(chǎn)品在工位4不能及時(shí)卸下，生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品跌落，直接威脅到安全生產(chǎn)。為此在生產(chǎn)線末端裝設(shè)有行程開(kāi)關(guān)SQ作終端保護(hù)，當(dāng)不能及時(shí)卸下的產(chǎn)品壓合行程開(kāi)關(guān)SQ，KA3線圈獲電，其常閉觸頭斷開(kāi)KM線圈回路，KM主觸頭釋放，電動(dòng)機(jī)斷電并剎車，生產(chǎn)線停止。待工位4卸下產(chǎn)品后，行程開(kāi)關(guān)SQ復(fù)位斷開(kāi)，KA3線圈失電，其常閉觸頭復(fù)位。

2 原后排座椅組裝生產(chǎn)線存在的缺點(diǎn)

原后排座椅組裝生產(chǎn)線的控制雖然能實(shí)現(xiàn)設(shè)定的要求，并具有一定的保護(hù)措施，但在實(shí)際生產(chǎn)中，該生產(chǎn)線的缺點(diǎn)也逐漸顯露出來(lái)。主要有以下幾方面。

1）工位2是組裝生產(chǎn)線最重要的工位，原生產(chǎn)線聯(lián)接螺紋采用氣動(dòng)扭矩扳手，設(shè)定扭矩的精度不高。另外，氣動(dòng)扭矩扳手沒(méi)有防錯(cuò)功能，不能有效地避免裝配工人在進(jìn)行螺紋聯(lián)接時(shí)出現(xiàn)的順序錯(cuò)誤，甚至出現(xiàn)漏打聯(lián)接螺紋的情況，產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證。

2）生產(chǎn)線的運(yùn)動(dòng)是按照時(shí)間繼電器設(shè)定的時(shí)間來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的。如果工位2的裝配工人在設(shè)定的裝配時(shí)間內(nèi)沒(méi)有完成工作，生產(chǎn)線仍然自行起動(dòng)，若氣動(dòng)扭矩扳手正在旋緊螺紋不能及時(shí)取出，將存在一定的安全隱患。

3）原生產(chǎn)線采用傳統(tǒng)繼電器控制，元件較多，控制線路比較復(fù)雜，故障率相對(duì)較高。

4）如果生產(chǎn)線在移動(dòng)過(guò)程中被緊急停止，時(shí)間繼電器失電復(fù)位。重新啟動(dòng)后，生產(chǎn)線會(huì)移動(dòng)35秒才停止，這將導(dǎo)致生產(chǎn)線的停止位置出現(xiàn)錯(cuò)位。因而，當(dāng)產(chǎn)品承托座移動(dòng)到工位位置時(shí)需要再次按停止，等各工位完成本次裝配工作后再啟動(dòng)生產(chǎn)線重新進(jìn)入循環(huán)。

5）如果未能及時(shí)卸下的產(chǎn)品壓合行程開(kāi)關(guān)SQ，則只斷開(kāi)KM線圈回路令電動(dòng)機(jī)停止，而控制回路的計(jì)時(shí)仍然繼續(xù)，即使卸下產(chǎn)品后SQ復(fù)位分?jǐn)?，也須相?yīng)調(diào)整生產(chǎn)線的位置。

6）生產(chǎn)線的移動(dòng)速度不可調(diào)。如果安裝前所需的準(zhǔn)備時(shí)間少于35秒時(shí)，將浪費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間。

3 改造方案

針對(duì)原后排座椅組裝生產(chǎn)線存在的缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析研究，決定對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改造，改造方案如下：

1）采用瑞典阿特拉斯公司的電動(dòng)扭矩槍總成Power Focus 3000來(lái)替代原來(lái)的氣動(dòng)扭矩扳手。Power Focus 3000主要由主機(jī)、套筒選擇器和電動(dòng)扭矩槍組成。如某型號(hào)后排座椅靠背和底座骨架的螺紋聯(lián)接，工藝要求先聯(lián)接兩枚?8 mm的螺栓，扭矩為20.5±3 N·m；再分別聯(lián)接四枚?10 mm的螺栓，扭矩為51.5±7 N·m。只需先在Power Focus 3000的主機(jī)上設(shè)定套筒選擇器1＃位的扭矩組數(shù)為2，扭矩值為20.5 N·m，誤差為±3 N·m；設(shè)定套筒選擇器2＃位的扭矩組數(shù)為4，扭矩值為51.5 N·m，誤差為±7 N·m。再把8 mm、10 mm的套筒分別放在套筒選擇器1＃位和2＃位上。開(kāi)啟Power Focus 3000后，使用電動(dòng)扭矩槍聯(lián)接螺紋時(shí)，操作者必須先在套筒選擇器1＃位上取出8 mm的套筒套上電動(dòng)扭矩槍，按動(dòng)扭矩槍上的開(kāi)關(guān)，扭矩槍上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并輸出扭矩聯(lián)接第一枚?8 mm螺栓，當(dāng)扭矩值達(dá)到設(shè)定范圍時(shí)，扭矩槍自動(dòng)停止并將扭矩值顯示在主機(jī)顯示屏上。在同樣聯(lián)接好第二枚?8 mm的螺栓后，卸下8 mm套筒并放回套筒選擇器1＃位上，再?gòu)奶淄策x擇器2＃位上取出?10 mm的套筒套上電動(dòng)扭矩槍，依此完成四枚?10 mm螺栓的聯(lián)接。主機(jī)設(shè)定程序后，在操作過(guò)程中，只有嚴(yán)格按順序取套筒選擇器上的套筒，并完成該套筒所有的扭矩組后，才能進(jìn)行下一號(hào)套筒的扭矩組聯(lián)接，否則電動(dòng)扭矩槍無(wú)扭矩輸出，這樣就可以消除氣動(dòng)扭矩扳手可能引起的螺紋聯(lián)接順序錯(cuò)亂、扭矩不合格甚至漏接螺紋而引起的質(zhì)量問(wèn)題。

2）在控制電路中引入扭矩信號(hào)。當(dāng)設(shè)定的所有扭矩組都完成后，Power Focus 3000主機(jī)的輸出觸點(diǎn)閉合，當(dāng)卸下套筒放回套筒選擇器內(nèi)，輸出觸點(diǎn)復(fù)位斷開(kāi)，并進(jìn)入下一次螺紋聯(lián)接循環(huán)。在電動(dòng)機(jī)的控制中引入了Power Focus 3000的扭矩信號(hào)。設(shè)定的扭矩組沒(méi)有全部完成時(shí)主機(jī)輸出觸點(diǎn)斷開(kāi)，以此控制生產(chǎn)線，即使裝配計(jì)時(shí)結(jié)束也不能啟動(dòng)，必須是裝配計(jì)時(shí)結(jié)束和螺紋聯(lián)接完成兩個(gè)條件同時(shí)具備，生產(chǎn)線才自行啟動(dòng)，消除了裝配計(jì)時(shí)結(jié)束而螺紋聯(lián)接未完成生產(chǎn)線就自行啟動(dòng)的安全隱患。

圖1 主電路及變頻器接線

圖2 I/O接線圖

表2 PLC輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)分配表

表3 指令表

3）采用PLC代替原有的繼電器控制。原控制電路元器件比較多，線路復(fù)雜，可靠性低。采用PLC內(nèi)置的時(shí)間繼電器和中間繼電器，簡(jiǎn)化了外部接線，提高了可靠性。更主要的是時(shí)間控制采用了PLC積算定時(shí)器，在定時(shí)器計(jì)時(shí)過(guò)程中，無(wú)論定時(shí)器失電，還是生產(chǎn)線急停或終端保護(hù)，PLC積算定時(shí)器可以保持當(dāng)前計(jì)數(shù)值，觸頭狀態(tài)也可以得到保持。當(dāng)定時(shí)器復(fù)電或急停、終端保護(hù)復(fù)位后，定時(shí)器內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)器由保持值繼續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)累計(jì)的時(shí)間達(dá)到設(shè)定值，定時(shí)器觸頭點(diǎn)動(dòng)作，只有外部輸入信號(hào)接通積算定時(shí)器，其計(jì)數(shù)器和輸出觸點(diǎn)才復(fù)位[1]，避免了原生產(chǎn)線急?；蚪K端保護(hù)恢復(fù)后，須重新人手調(diào)整生產(chǎn)線位置的麻煩。

4）加裝變頻器。通過(guò)設(shè)定不同頻率改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速[2]，從而調(diào)節(jié)生產(chǎn)線的移動(dòng)速度，必要時(shí)可以提高生產(chǎn)效率。

5）改造后電路：主電路及變頻器接線見(jiàn)圖1；PLC輸入、輸出分配見(jiàn)表2，指令表見(jiàn)表3，I/O接線圖見(jiàn)圖2。改造后的主要元件（盡量利用原來(lái)的元件）見(jiàn)表4。

表4 改造后的主要元件

4 結(jié)束語(yǔ)

改造后的后排座椅組裝生產(chǎn)線，總體效果良好。組裝的產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯提高，生產(chǎn)線故障明顯減少，操作控制更為方便，有效消除安全隱患。

［1］王兆義.小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］鄭鳳翼.三菱變頻器原理與應(yīng)用教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.