1安徽理工大学电气与信息工程学院2陕汽淮南专用汽车有限公司3凯盛重工有限公司安徽淮南232001
摘要：现阶段，汽车涂装生产线普遍采用PLC控制技术，许多设备都处于自动化运行之中，并且随着PID技术、变频技术以及自动识别技术的快速发展，汽车涂装生产线的自动化程度不断提升，大大提高了汽车涂装的效率。汽车涂装是一个非常复杂的工艺，对电气自动化控制系统的要求极高，因此，加强相关自动化技术的研究和分析，对于提高汽车涂装品控效果具有非常重要的意义。
关键词：汽车涂装；生产线；控制系统
一、汽车涂装生产线电气自动化控制的基本原理
汽车涂装生产线的主要功能是对焊装后的白车身进行喷漆，为其涂上特制的防腐涂料，使之达到一定的耐腐蚀性能，同时具备更加艳丽的色彩和光泽的外观。汽车涂装的自动化工序包括前处理、电泳、烘干、PVC胶装、中涂、中涂烘干、面涂、面涂烘干等，而机械化输送系统贯穿整个涂装线的始终，其能够根据涂装工艺的要求，按一定的顺序完成升降、变速、倾斜、旋转等动作，此处以机械化输送控制为研究对象，对电气自动化控制的基本原理进行阐述。首先，白车身经过电泳处理后，进入涂装的地面链部分，其间工件的运转借助了动辊、升降器、运输链、转台等设备，该过程中的每个环节均在PLC程序的控制下完成。而其中最关键的设备就是转台站，转台站由交流电机、继电器、传感器、导轨、辊床及其他零部件组成，能够控制装有车身的滑橇完成移动、旋转等动作，这也是涂装生产线得以自动化运行的重要基础。以轿车的涂装为例，在其涂装输送过程中，辊床首先带动滑橇执行相应的涂装操作，然后回到原来的上件点，继续执行下一个车身的涂装，该过程需要经过返回线上两个直角弯处的回转变轨机构，必须在两个转台站的共同操作下才能完成。
在视窗控制中心的显示模块上，可以显示转台当前的运行速度、旋转角度以及装载车身的数量。转台在刹车电机的驱动下，带动辊床进行相应的移动操作，其速度由刹车电机的转速来调控，而刹车电机的运转受变频器控制。在辊床运行过程中，定位工作交由PLC控制系统来完成；刹车电机1负责驱动同步带轮，进而控制辊轮转动；刹车电机2控制辊床在导轨上运行，实现转台的旋转操作。电感式传感器1对辊床入口位置进行实时检测，达到定位效果，当其探测到滑橇物料后，在PLC控制系统中生成相应的信号，然后控制转台旋转90度；电感式传感器2对转台的旋转程度进行检测，待转台旋转到指定角度时，同样在PLC中产生一个信号，然后控制辊床停止转动；继电器主要负责刹车电机1和刹车电机2的启停及正反转切换，只有继电器收到PLC系统的控制信号时，电机才能启动。PLC控制系统能够对各部分设备的运转情况加以控制，比如，当设备即将运行到位时，便控制设备开始减速，个别情况下，设备可能会运转过度，此时限位开关向PLC系统中输入信号，由PLC控制电机立刻抱闸，对设备进行刹车操作，从而实现机械化输送系统的精准控制。
二、汽车涂装生产线电气自动化控制系统的关键技术
2.1炉温PID控制
汽车涂装生产线的温控仪表数量较多，烘干炉风幕区温度需保持100~140℃之间，这样方能得到性能良好的涂膜。若空气温度超出此范围，或烘干时间太长，可能出现涂膜过烘干现象，导致涂层间无法达到理想的附着效果，甚至使涂膜脆化、剥落。本文研究的汽车涂装生产线中，烘干炉和槽液的温度通过PID温度调控器进行控制。PID控制涉及比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）三个环节，其本质上就是确定最佳的比例、积分、微分参数，进而对控制器的输出偏差加以优化调整，实现温度调节目的。
PID调控的原理如下，首先在数字温控仪设定参数，热电偶实时检测温度变化，得到温度模拟量，经A/D转换电路转变为数字信号，并与设定参数进行比较，然后通过PLC系统作PID运算，得出控制结果后，经D/A转换电路转变成模拟量信号，然后发送至变频器来控制调节阀动作，对风量、火力进行调节，实现温度调控效果。
涂装物经烘干室处理后进入强冷室，利用吹冷风的方式予以强制冷却，使之能够满足后续工序的处理条件，同时避免造成厂房气温的变化。强冷室应设置在烘干室出口处，通常为一至两个车位，强冷室也要给予PID温度调控，最后利用变频器对风门电机的动作执行机构进行控制，通过调节风门大小来实现温控效果。
2.2变频器应用
变频器工作的基本原理是对电源频率及电压进行调整，从而达到对电机转速及转矩进行调节和控制的目的。变频器能够在较大幅度内进行连续调速，可以控制交流电机正反转切换，并且支持电机进行高频度启停。同时，变频器拥有自保护功能，不但能够确保自身安全工作，也能防止电机发生损毁。在PLC控制系统的支持下，变频器可以轻易实现对涂装线上各三相感应电机转速的调控，进而控制升降台、转台等执行各种输送、升降、旋转动作。例如，在升降机运动的调控过程中，通过双路输出的增量式编码器输出相位差为90°的两组A、B脉冲，对其相位进行对比，可判断出哪一相在前，当A相超前B相90°时，代表正转，当A相滞后B相90°时，代表反转，由此判定电机是正转还是反转。同时，经过对两组脉冲的分析，可以精确得出交流电机转角及转向，也就得出了涂装线输送带的位移大小及位移方向，这样就能够准确、实时地掌握升降台及辊床的上下位置。具体过程为：提升机位于初始位置时，执行启动操作，此时如果升降机检测到滑橇上载有车身，则开启电机，提升机上行（此时变频器频率为15HZ），编码器对脉冲数进行记录，当记录脉冲数达到2500时，变频器降频至10HZ，令升降机电机减速，当记录数达到5000时，提升机停车，同时辊床电机启动，将载有车身的滑橇送至下一个工位。经十秒延时后，卸下车身的滑橇被再次送回原来的提升机站，然后提升机向下运行（此时变频器频率为-20HZ），下行过程中的运行原理与上行过程相似。
2.3车身信息识别
识别系统包括两大模块，分别为RFID读写模块与EPC射频标签，两者采用面对面安装的方式。RFID能够通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，可借助接口实现读写操作。在涂装线中，不同工位的检测及执行机构的元器件均安装在PLC的远程站接口上，RFID读写模块也安装到远程站上，可借助PLC中相应的功能块实现对EPC射频标签的读写操作。车身信息识别系统通过电泳、喷涂、储存等重要工艺环节获取相关控制信号，然后执行一系列联动控制，以此达到车身运输、电泳参数、喷漆次数等方面的控制效果。
结语
综上所述，本文介绍了汽车涂装生产线电气自动化控制的基本原理，然后从系统拓扑结构、炉温PID控制、变频器应用、车身信息识别等方面提出了汽车涂装生产线电气自动化控制方案，能够灵活满足各类型汽车的涂装工艺需求，达到汽车涂装线柔性自动化生产及控制目的，希望对提高汽车涂装效率具有一定参考价值。
参考文献：
[1]赖飞强,卢进胜.汽车涂装线滑橇式自动输送系统[J].可编程控制器与工厂自动化,2013.
[2]段磊.汽车涂装生产线电气设备控制技术[J].电子技术与软件工程,2016.
[3]刘中顺,高海军,康龙凯.汽车涂装生产线工艺调试问题分析[J].科研,2015.