劉海偉 宋愛婷

摘要：黨的十八大以來，全國人民生活水平得到了不斷的提升，在家用汽車方面的需求量日益旺盛。而傳統(tǒng)的汽車涂裝生產(chǎn)線具有較強的單一性，難以適應(yīng)新時期汽車涂裝生產(chǎn)的需要。越來越多的汽車生產(chǎn)企業(yè)意識到汽車行業(yè)批量小、品種多、個性化的發(fā)展趨勢，在汽車涂裝生產(chǎn)線上注重資金與技術(shù)的投入，希望通過改進生產(chǎn)工藝和提升生產(chǎn)效率。因此，本文主要對家用汽車在柔性涂裝中的電氣自動化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和梳理，以實現(xiàn)多車型、同平臺、智能化生產(chǎn)的需要。

關(guān)鍵詞：汽車涂裝;柔性涂裝;電氣自動化;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：U472.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0096-02

0? 引言

多車型、同平臺、智能化的涂裝離不開電氣自動化技術(shù)的支持，而其技術(shù)就是借助柔性化的輸送設(shè)備設(shè)備與機器人自動噴涂的方式，從而實現(xiàn)多車型的車身識別與車型切換而導(dǎo)致的輸送鏈擾動等方面的問題。因此，本文主要是將電氣自動化關(guān)鍵技術(shù)作為研究的重點，為智能控制的實現(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)。

由于汽車行業(yè)近年來日益呈現(xiàn)出批量小、品種多、批次變化快的特點，傳統(tǒng)的人工噴涂作業(yè)方式較為落后，難以滿足不同產(chǎn)品、多涂料噴涂任務(wù)的實施，所以需要應(yīng)用機器人噴涂系統(tǒng)進行自動噴涂，在機器人噴涂系統(tǒng)中，采用的電氣自動化技術(shù)較多，對于確保涂裝線的產(chǎn)品覆蓋率更強，噴涂柔性更高，生產(chǎn)穩(wěn)定性更強。

1? 高壓靜電噴涂技術(shù)

高壓靜電噴涂技術(shù)是家用汽車涂裝中使用的主要電氣自動化技術(shù)之一，能替代傳統(tǒng)的空氣噴涂，為加強對其的研究，首先就要掌握其工藝流程。具體詳見圖1所示。

高壓靜電噴涂技術(shù)在機器人噴涂系統(tǒng)中的電氣自動化技術(shù)之一，其技術(shù)要點如下：從圖1不難發(fā)現(xiàn)，油氣涂料與壓縮空氣從管道進入噴槍，空氣被壓縮之后，形成了高壓空氣，并與油氣涂料混合，噴槍末端的旋杯霧化器能高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中形成的離心力與壓縮空氣一起作用在油氣涂料上，從而將油氣霧化成細小的霧滴，同時旋杯內(nèi)的靜電極針將旋杯噴出霧滴帶有電荷，由于涂裝車身上帶的電荷的極性剛好與涂料的極性相反，受到庫侖力和洛侖磁力的雙重作用，使得油漆能在車身表面緊緊吸附，因此高壓靜電噴涂技術(shù)有著較高的優(yōu)勢。在油漆霧化系統(tǒng)中，主要包含了自動控制模塊、高壓模塊、流量控制模塊、換色模塊、高速旋杯霧化模塊等單元，其中的自動控制模塊主要是對旋杯的動作進行控制，比如設(shè)定高壓值、切換顏色、控制旋轉(zhuǎn)杯的轉(zhuǎn)速。而流量控制模塊則是對車身的油漆厚度進行閉環(huán)控制。

2? RFID識別傳遞技術(shù)

為了能滿足柔性化的涂裝生產(chǎn)，滿足不同車型、不同顏色的白車進行共線涂裝生產(chǎn)，噴涂機器人就需要利用車型顏色識別系統(tǒng)來識別不同的車型。在識別過程中，則是利用RFID載碼體信息傳遞，并與形成開關(guān)和光電開關(guān)來配合，在整個環(huán)節(jié)，具有較高的自動化水平，能自動檢測車型，掌握車身信息的同時及時地傳遞信息。在實際運行中，主要是在滑撬上安裝載碼體來存儲和傳遞車型信息。在這一過程中載碼體與光電開關(guān)之間的配合是十分重要的環(huán)節(jié)，在傳遞信息之后，在噴漆線出入口需要設(shè)置傳感器來檢測車身信息，比如對車型代碼、油漆顏色代碼，編程時采用預(yù)設(shè)的代碼來編寫機器人的動作，并利用觸摸屏手動掃描操控臺，針對車身難以識別的問題，現(xiàn)場人員利用掃描槍歲隨車條形碼自動掃描，把車型正確信息錄入涂裝系統(tǒng)之中，即便是空撬也能直接識別，也就是將其切換成非噴涂狀態(tài)，使得空撬可以在非噴涂狀態(tài)下直接通過。

而為確保家用汽車涂裝線滿足多車型共線生產(chǎn)的需要，需要在涂裝系統(tǒng)中應(yīng)用AVI系統(tǒng)，而RFID技術(shù)是滿足涂裝車間高溫和容易腐蝕的環(huán)境下而必須的車型識別技術(shù)，對車身信息進行采集與儲存。RFID系統(tǒng)主要包含電子標簽和天線與讀寫器組合而成，但是為滿足家用汽車涂裝生產(chǎn)的需要，通常需要一定的涂裝設(shè)備來支持，達到車體信息通信的目的，所以RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見圖2所示。

如圖2所示，其中的電子標簽就是載碼體，在RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要用途是存儲車身涂裝數(shù)據(jù)，載碼體主要是在滑撬上安裝，并配合讀寫器讀寫車身的信息，在車輛涂裝時，滑撬始終載著車身運行，從而形成隨車移動數(shù)據(jù)庫，電子標簽的作用就是在涂裝時存儲數(shù)據(jù)的載體。而天線介于載碼體與讀寫器間進行無線射頻信息的傳遞，比如車身工藝要求、顏色、型號等方面的數(shù)據(jù)，RFID系統(tǒng)傳遞信息的介質(zhì)是電磁波，因此天線十分重要，屬于一個導(dǎo)體，當存在交流電流、脈沖電流時，就會在導(dǎo)線周圍形成電磁場，且磁場的強度會隨著電流發(fā)生變化。讀寫器則是讀寫載碼體中存儲的相關(guān)涂裝數(shù)據(jù)，并從設(shè)備網(wǎng)向PLC傳輸并處理。

3? 柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)的變頻技術(shù)

在家用汽車柔性生產(chǎn)線中，變頻技術(shù)是一項十分重要的技術(shù)，且變頻技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，也是電氣自動化的關(guān)鍵技術(shù)。以下筆者選取柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)為例，對其變頻技術(shù)的應(yīng)用要點進行梳理。

3.1 設(shè)備選型

PLC在柔性涂裝線自動調(diào)速系統(tǒng)中十分重要，為滿足模糊PID控制速度和電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的需要，尤其是解決柔性化過程中車型切換引發(fā)的輸送帶鏈速控制性能不足的常規(guī)問題，需要在硬件平臺設(shè)計中注重PLC的選型，在PLC選型中，應(yīng)結(jié)合設(shè)備成本與后續(xù)開發(fā)因素，對PLC的CPU、DI、AI、電源、AO、DO等模塊進行選型和確定數(shù)量，并做好對其的配置，這樣在選擇變頻器時，才能與PLC相匹配。一般而言，為滿足靈敏、便捷、節(jié)約空間等方面的要求，變頻器應(yīng)采用380V的電源模式，從而控制輸送帶電機。而在電機方面，采用三相異步電動機，并對其額定功率、電壓、電流、轉(zhuǎn)速等額定參數(shù)、相數(shù)、絕緣等級、接線等有一個全面的了解，而在減速機方面采用RV系列即可。而在光電編碼器方面，因為其主要是對傳送帶上的電機轉(zhuǎn)速進行測量，所以采用定時器與計數(shù)器相配合的編碼器即可，通過所輸出脈沖數(shù)據(jù)對輸送帶的電機轉(zhuǎn)速進行測量。測速時若轉(zhuǎn)速較高，則采用M法，轉(zhuǎn)速較低則采用T法測速。

3.2 軟件設(shè)計

在做好設(shè)備選型的基礎(chǔ)上，因為在柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)中主要是采用PLC控制涂裝工藝流程。應(yīng)確保所選的PLC具有可靠和流程簡單以及控制性較強的特點。因為PLC在整個柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)中屬于核心，也是電氣自動化中最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)，不僅要實時監(jiān)測運輸鏈的運行和采集處理信號，而且還要調(diào)動整個生產(chǎn)線的運行狀態(tài)。因此主要是采用AB-PLC控制器。在對PLC進行專業(yè)編程之后，需要對變頻器的初始參數(shù)做好設(shè)置，并利用PLC控制器來優(yōu)化變頻器的頻率，從而在調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的同時控制輸送帶的鏈速，再配合機器人達到自動噴涂的目的。

4? 柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)的模糊PID控制技術(shù)

在柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)中，利用PLC控制器將控制系統(tǒng)輸入給定值和控制系統(tǒng)輸出反饋值的差值進行計算，得出差值與差值變化率，再采取科學(xué)的控制測量算法，從而得到輸出量，并利用輸出量對變頻器工作頻率進行控制，從而對輸送帶輸送的速度控制，使得控制系統(tǒng)的輸入給定值與輸出反饋值能同步，在確保柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)在給定的轉(zhuǎn)速下得以平穩(wěn)運行。由此可見，在整個PLC控制中，控制策略是十分關(guān)鍵的。由于柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)控制過程較為復(fù)雜，常見的控制策略主要有以下三種，在實際應(yīng)用中，應(yīng)經(jīng)過理論與實驗數(shù)據(jù)檢驗而針對性的選擇。

一是PID控制，這一控制技術(shù)操作簡單，具有較強的可靠性，且容易實現(xiàn)，能有效的將穩(wěn)定誤差消除，屬于經(jīng)典控制方法，在正常情況下均能滿足生產(chǎn)需求。而其不足就是必須對被控對象精確的數(shù)學(xué)模型精準了解，同時外界擾動也會對系統(tǒng)帶來較大的影響。

二是模糊控制，這一控制技術(shù)雖然不用精準掌握被控對象的數(shù)學(xué)模型，能滿足控制系統(tǒng)時變性與非線性要求，但是如果只是單一的采用模糊控制技術(shù)，難以及時地將控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除，導(dǎo)致其精度難以達標。

三是模糊PID控制技術(shù)，主要是對上述兩種控制技術(shù)的優(yōu)點集合起來，不僅不用精準掌握被控對象的數(shù)學(xué)模型，而且系統(tǒng)控制性能好，通過計算誤差和誤差變化率，就能從既定模糊規(guī)則對系統(tǒng)參數(shù)及時地修訂，使得系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。

由此可見，模糊PID控制技術(shù)也是柔性涂裝自動調(diào)速系統(tǒng)中的電氣自動化關(guān)鍵技術(shù)，在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)緊密結(jié)合實際，加強對模糊PID控制方案的設(shè)計。由于模糊PID算法綜合了PID與模糊控制兩種技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合偏差的切換控制策略，其具體的控制原理詳見圖3所示。

在圖3中，首先是利用光電編碼器對實際電子及轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速進行檢測和對比之后，得到偏差與偏差變化率，再將其模糊化處理，根據(jù)相應(yīng)的模糊控制規(guī)則而獲得輸出量，并通過模糊求解得到最終修正量，從而實現(xiàn)PID參數(shù)的實時更新，并結(jié)合常規(guī)PID控制獲得最終輸出。

由此可見，模糊PID控制是結(jié)合偏差來選擇控制策略，若偏差較大，則采用模糊控制方案，結(jié)合偏差和變化率，采取針對性的模糊控制規(guī)則，從而達到減少超調(diào)量的目的，調(diào)節(jié)時間也能得到相應(yīng)地縮減。若偏差較小，則采用PID控制方案，從而將穩(wěn)態(tài)誤差降低。結(jié)合所選控制策略得到控制信號，并利用功率放大器將其放大之后，對變頻器頻率進行調(diào)節(jié)，達到控制輸送帶電機轉(zhuǎn)速的目的。

5? 結(jié)語

綜上所述，汽車涂裝是車輛生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié)，為了更好地滿足車型、顏色的個性化和多樣化的追求，柔性化生產(chǎn)已成為關(guān)鍵所在。因此，本文主要從高壓靜電噴涂技術(shù)、RFID識別、變頻技術(shù)傳遞技術(shù)、模糊PID控制技術(shù)四個方面，對汽車涂裝電氣自動化關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，以更好地促進汽車涂裝的電氣自動化水平得到提升和優(yōu)化。

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