满足多产品生产的线体改造设计

作者:陈二军 冯 武 武林青 文章来源:陕西重型汽车公司 发布时间:2015-05-21
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如今多品种混线、新老产品的快速切换已经成为商用车企业装配线水平的重要评价标准。本文通过对主线体的局部位置进行设计改造、PLC选型、编程设计并进行改造区域控制,使改造后的线体能够满足需要停线加工的工件。

目前,大多数汽车企业的装配线是连续滑板式的线体,线体的每个工位之间的结构是独立的,但线体的运行又是一个整体。当线体运行时,线体的主驱动力来自线头。后一滑板的驱动力来自前一滑板的推力,滑板与滑板之间的运动是相对静止的。这种结构极大地节省了线体的走线时间,但是在整车装配过程中某个工位暂时停止走线时,会影响整条线体的运行,给整车装配带来困难。

线体改造

由于产品的多样性或零部件在装配过程中的工艺要求,整车在装配过程中在某个工位会出现正常性的暂时停线。这种暂时性的局部停线不但会造成整条线的运行障碍,还会影响产品的生产节拍。因此,在线体上设计一条“线中线”的线体结构,既可解决停线问题,又不影响产品在装配过程中的必要性的局部停线,改造后的线体适应性更强。

“线中线”线体结构的设计

为满足生产需求,解决线体结构的单一性,汽车厂商的装配线体的某个工位在装配过程中需要停止运行,然后再进行零部件装配。很显然,推进式线体不能满足停线装配的这种工艺(停线装配影响生产节拍),因此需要对整条线体进行改造,通过改造使线体既不停线装配,又能使局部工位停线装配。我们需要通过改造设计实现这种结构的线体设计。

1.线体改造设计思路

通过改造设计提供一种可调速的输送装置,使其使用于生产线中,其根据实际工艺需要设置在生产线的一定区域范围内,在该区域内独立运行,改造区域内去掉线体上的3个滑板,使改造区域独立运行。增加多个输送辊、红外线传感器、制动器和驱动电动机,通过PLC控制,使改造区域能单独运行,当改造区域与主线体连接时又能同时运行。改造区域结构如图1所示。

2.硬件改造及作用

(1)硬件改造

①驱动器 改造区域增加驱动器的目的是使运行至此的滑板以一定的运行速度脱离主线体,建工完成工件后又以一定的速度追赶主线体,最后使滑板与线体结合。滑板在设计区域内按设定好的走线时间运行。

②制动器 使滑板运行至一定区域后停止运行,在该工位加工工件,方便工件的加工。

③传感器 接收滑板的运行位置,将信号传递给PLC。

④PLC 通过编程让滑板按照要求运行。

⑤主驱动器 滑板运行出改造区域后,该滑板与其他滑板连接,在主驱动器的驱使下继续前进。

(2)改造后的应用

改造前,由于驾驶室内饰装配生产线体的运行是一个刚性流水线,生产时若出现局部工位的停线会造成整条生产线的停运,影响其他工位的正常运行。而该新工艺应用要求某个工位需停线装配(照相机对焦需要静止状态),因而造成整条生产工艺流加长,工艺节拍降低,影响生产纲领,已经成为制约产能的主要因素。

改造后,实际是将一个摩擦滑板线改造为“线中线”,通过改造线体上的一部分位置,使得局部位置适应新工艺单独运行,并且不影响整条线的运行。为了实现上述目的,通过增加红外线传感器、制动系统和驱动系统、PLC控制系统,使得线体满足新工艺的生产要求,从而满足新老产品的混线生产。

改造区域是线体上的一段,长度大约为20m,线体上的工位板全部拆除,改造后运行辊道借用现有辊道。在改造区域处布置红外线传感器,红外线支架固定在运行线体的旁边不与线体同步运行,用于检测线体的运行状况。改造区域的0.5m处,在水平面下0.5m处线体两边布置电动机,电动机固定在地沟的水泥面上,电动机起动电源与线旁电源相接。当红外传感器接收到信号时,电动机起动使板链加速运行。在改造区域2.5m处布置红外线传感器,并且在该区域布置制动器和电动机。当该区域的红外线传感器检测到信号时,制动器开始工作,使得摩擦滑板线以一定的速度停止下来。在该工位停止60s后,电动机开始运转,运行至改造工位与整条内饰线线体结合。

线中线的设计,已经成为目前新产品切换,特别是如自动化打胶工艺对焦要求等节拍与整体生产线不匹配的新工艺应用的一种发展趋势,也是为满足不同节拍特定工位在生产线中混线生产的必然。

3.PLC选型和配置

(1)PLC选型

①该类型CPU适用于对程序量有中等要求的应用,对二进制数有较高的处理性能,满足电器系统对控制信号的设计要求。

②该类型PLC自带的FROFIBUS国际现场总线能和其他智能设备进行相互通信,建立起DP网络,以实现现场控制的自动化;另外,其MPI口可以与上位机DCS通信,以构成集中管理,分散控制的集散控制系统,使整个控制系统更加自动化、智能化。

③该PLC的I/O口采用无风扇设计,使得其任务增加时可自由扩展,更有利于技术人员维护、编程操作。

④由于大范围的集成功能,其功能非常强劲。综合上述要求,我们最终选择了西门子S7 314C-2DP型号的PLC作为电控系统的下位机可编程序控制器。

(2)PLC配置

PLC配置一个314C-2DP中央处理器CPU模块,该模块为紧凑型CPU,带集成的数字量和模拟量的输入、输出,以及PROFIBUS-DP主站/从站接口,可与上位机DCS和远程模块进行通信。具体硬件配置如表所示。

4.PLC软件设计

(1)PLC工作原理

PLC采用循环扫描进行工作,其扫描工作方式主要分3个阶段:输入采样、程序执行和输出刷新。

①输入采样 PLC在开始执行程序之前,首先扫描输入端子,按顺序将所有输入信号读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中,这个过程称为输入采样。PLC在运行程序时,所需的输入信号都在映像寄存器中取。本工作周期内采样结果不会改变,只有到下一个扫描输入采样阶段才被刷新。

②程序执行 PLC完成输入采样工作后,按顺序至上而下的逐条扫描执行,运算处理。再将执行结果写入输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完前不会送到输出端子上。

③输出刷新 在执行完所有程序后,PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出,启动用户设备。

(2)设计流程

设计流程如图2所示。运行步骤如下:驾驶室运行上线,传感器接收信号,驱动器运转,使驾驶室以一定速度运行离开前一工位,驶入线中线区域;运行一定时间后,制动传感器接收信号,工位停止运行,在该区域处加工工件;工件加工完成后,该工位继续加速行驶,驶出改造区域并运行至下一工位,使前后工位无缝相连;在主驱动器的驱使下,使得改造区域前后工位衔接能满足整个工位节拍的要求,并且完成特殊工艺的加工。

(3)图样设计

本次设计的图样主要分为电气原理图(见图3)、控制柜端子图、控制柜面板图和控制柜元件布置图等。

结语

改造前,要完成高难度零件的装配,需要使整条线体暂时停止运行,这种装配方法极大地降低了零件的加工节拍,增加了加工成本;改造后的线体虽然增加了改造成本,但是它提高了装配的生产节拍,同时也能满足对线体要求更高的工件的装配工艺,线体的适应性更强。

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