方線偉，楊燦興，韓明強，郭飛鵬

（法蘭泰克重工股份有限公司，江蘇 蘇州 215211）

0 引言

目前國內(nèi)齒輪齒軸齒圈酸洗線（簡稱酸洗線）自動化程度普遍不高，小車采用傳統(tǒng)CD或MD型葫蘆，起升和運行機構均為接觸器正反轉控制，控制精度差；小車運行過程中啟動和制動不平穩(wěn)，尤其是在過彎軌段時，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)境對操作人員的健康也不利；工件的酸洗過程靠人為控制，可控度低，可追溯性差。對其進行更新?lián)Q代已刻不容緩，因此本文重點介紹一種自動化酸洗線控制系統(tǒng)的設計。

1 酸洗線系統(tǒng)簡介

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、風干槽、浸油槽、滴油槽等主設備以及加熱、通風、給排水、照明等輔助設備組成，整體布局如圖1所示。

圖1 酸洗線系統(tǒng)整體布局圖

本套自動化輸送系統(tǒng)配備5臺EMS小車組，4臺用于生產(chǎn)，1臺備用。環(huán)形軌道配有檢修岔道，1個備用葫蘆在檢修岔道上待用，當各酸洗、堿洗工位一旦發(fā)生葫蘆故障，可以將故障葫蘆調(diào)成手動狀態(tài)開離工位，備用葫蘆開到工位，及時將工件吊離溶液。

EMS小車自動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→風干→浸油漂洗。清洗結束后自動進入風干工位，風干槽采用干燥除水方案，即通過除濕機將排風口空氣進行除濕，且將風口加熱，確保工件120s內(nèi)表面無水。

2 酸洗線系統(tǒng)硬件配置方案

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

2.1 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)設定都可以在觸摸屏上更改，并通過觸摸屏顯示小車的實時狀態(tài)、位置信息等。同時將EMS小車組系統(tǒng)的運行情況、實時位置等信息通過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 315-2EH14-0AB0PROFINET；人機界面選用SIEMENS TP1200 6AV 2124-0MC01-0AX0；工業(yè)級交換機選用PHOENIXFL SWITCHLM 8TX；無線通訊選用PHOENIX FL WLAN 5100WLAN。

2.2 EMS小車控制方案

每臺小車上配置一個無線客戶端和獨立的PLC控制單元，使小車成為獨立的智能控制系統(tǒng)。小車上所有的位置信息、運動狀態(tài)、速度信息等信號都通過本車PLC進行采集管理和邏輯處理，同時反饋到地面主控PLC，現(xiàn)場控制信號直接進入主控單元，將執(zhí)行結果予以輸出，以此來完成各種工藝要求的動作和運動。單個小車自身PLC與行走、起吊驅(qū)動的變頻器、安全模塊、條碼讀寫裝置等設備采用Profinet總線進行通訊，酸洗線小車硬件網(wǎng)絡如圖3所示。

圖2 酸洗線主控系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡圖

圖3 酸洗線小車硬件網(wǎng)絡圖

酸洗線小車的具體配置如下：PLC選用SIEMENS S1200 6ES7 217-1AG40-0XB0；起升吊鉤高度檢測選用SICKATM60系列機械式絕對值編碼器；運行定位選用LEUZEBPS 348i系列PROFINET接口產(chǎn)品；起升和運行分別選用ABB ACS880系列變頻器；無線通訊選用PHOENIX FL WLAN 5100WLAN。

2.3 技術優(yōu)點介紹

無線接入點使用全向天線雙向傳輸和MiMo技術，該技術使數(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；起升和運行機構采用的絕對值編碼器具有高分辨率、高防護等級、高可靠性等諸多優(yōu)點；小車系統(tǒng)的激光掃碼頭具有超大的工作距離，可達到50mm～170 mm，當小車距離偏移時，系統(tǒng)具有容差特性和高可靠性，能夠靈活地進行機械安裝，使維護更換更加便捷；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行方向上的吊鉤擺動，變頻器的實時數(shù)據(jù)均能通過PLC來讀取并直接顯示在總控觸摸屏上。本設計可根據(jù)不同酸洗件的工藝要求，在控制系統(tǒng)內(nèi)設定不同的浸沒深度，為了保證工件的酸洗效果，在浸泡過程中，工件需要在酸洗槽內(nèi)進行振幅為100mm的上下振動。

圖4 觸摸屏主界面

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

3 酸洗線系統(tǒng)的操作及控制效果

3.1 操作流程介紹

首先，操作人員在上料位掛好工件，小車進入高度檢測工位進行必要的原始數(shù)據(jù)測量，檢測系統(tǒng)各項正常后，系統(tǒng)啟動，小車全部行駛至上料工位，所有清洗槽的槽蓋打開，系統(tǒng)運行準備就緒，操作人員在地面觸摸屏上輸入產(chǎn)品種類（齒圈、齒輪、齒軸），一鍵進入自動酸洗過程，期間無需人員干預，工件自動進入／走出預先設定的檢測工位，直至浸油工位完成，酸洗流程結束。其次，操作小車到達檢測工位，由檢驗人員檢測并判斷工件是否合格。最后，操作酸洗小車進入廢品區(qū)或下料區(qū)，單個工件酸洗結束。小車行走定位采用條碼定位方式，通過小車組上的掃碼頭掃取軌道上的條碼進行定位。

環(huán)形軌道上有4臺小車同時工作，逐個進入槽內(nèi)酸洗，控制程序內(nèi)設定的同一個工位不會同時存在2臺小車，以避免小車之間的碰撞。同時，每臺小車均配置有獨立的無線遙控器，在緊急情況下，可切換成手動模式，即遙控器操作，遙控器之間頻率互不干擾。

在EMS小車組與軌道鋼結構每一跨上加裝光電傳感器，當前車組首車進入下一跨時，鋼結構上的光電傳感器與前車組傳感器接近，若總控PLC識別該跨內(nèi)已有車組，則不允許其他車組進入當前跨內(nèi)；當前車組尾車進入下一跨內(nèi)時，鋼結構上的光電傳感器與前車組傳感器接近，總控PLC識別該跨內(nèi)無車，此時下一車組可以進入該跨內(nèi)作業(yè)。

3.2 地面HMI監(jiān)控系統(tǒng)

地面觸摸屏用于各個EMS小車、各停車工位、檢修岔道、各檢測設備等的實時監(jiān)視和報警，并記錄報警信息，圖4為觸摸屏主界面，圖5為各EMS小車位置信息畫面，圖6為1＃EMS小車的動作控制畫面，圖7為部分酸洗槽工位的狀態(tài)信息。每個畫面中都增加了報警頁面，以方便操作人員及時掌握故障信息。

圖5 EMS小車位置信息畫面

4 結語

該酸洗線系統(tǒng)已成功應用于國內(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、自動定位（包括水平和垂直方向）等功能，自投入使用以來運行穩(wěn)定、可靠，完全滿足客戶對各種類型工件的酸洗工藝要求，具有故障率低、維護方便、成本低等特點。性能媲美進口酸洗線，并有完全替代的趨勢，前景廣闊。

圖6 1＃EMS小車的動作控制畫面

圖7 酸洗槽工位的狀態(tài)信息