开卷线电磁堆垛抛料异常问题分析及解决

作者:长城汽车股份有限公司/河北省汽车工程技术研究中心 孙晓鹏 马征宇 王欢欢 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2018-10-28
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本文主要介绍了开卷线电磁堆垛系统控制原理,列举了三个抛料异常的问题,并通过列举案例来说明分析解决办法。

开卷线是通过开卷、校平、清洗、伺服送料、剪切及堆垛等工序将金属卷料加工成冲压线生产所需板坯料,是整车厂冲压车间重要设备之一。作为整车生产的第一道工序,开卷线设备运行的可靠性是整车生产的保障,影响开卷线可靠运行的一个因素便是电磁堆垛抛料异常。因此要保证开卷线可靠运行就必须解决电磁堆垛抛料异常问题。

问题现象

我公司徐水一期工厂的开卷线设备包括一条摆剪线和一条落料线,在使用初期经常遇到电磁堆垛抛料异常问题,经归纳总结主要有以下3种情况:①到达抛料点不抛料;②未到达抛料点抛料;③超过抛料点抛料。要想解决上述问题需要对电磁堆垛的结构及工作原理进行分析。

电磁堆垛工作原理

堆垛系统由伸缩传送带、磁性码垛、码垛台车和升降台组成。传送带用于将剪切成形的板料传输到磁性码垛,磁性码垛由传送带、电磁铁和挡块组成。磁性码垛通过接受来自传送带的板料传输到指定位置,电磁铁失磁。板料经挡块定位落到码垛台车托盘上,完成码垛。电磁堆垛示意图如图1所示。

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电磁铁在码垛过程中起着至关重要的作用,电磁铁系统包括电磁铁控制器和电磁铁。电磁铁的工作特性是得电失磁、断电保磁。电磁铁控制器端口与PLC进行信号交互,实现消磁控制、消磁电流大小控制。当消磁信号接通时,电磁线圈磁性逐渐消失,所需时间由消磁电流的大小决定,一般为150~500 ms。电磁铁控制电路图如图2所示。

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根据传送带工作模式不同可分为平抛和停抛两种模式。两种模式的区别在于抛料时,码垛传送带是否运动。使用停抛方式时,伸缩传送带上板料传输到一工位来料检测,码垛传送带开始运行,当板料到达伸缩传送带与码垛传送带重合位置时,码垛传送带速度已和伸缩传送带速度一致。这样板料平稳地从伸缩传送带过渡到码垛传送带。当码垛传送带运行到设定的距离停下后,板料正好到达抛料位置,与此同时电磁铁失磁,板料落下经挡块定位完成一张板料的码垛。停抛模式堆垛抛料示意图如图3所示。(注:A为检测到有料时的位置;B为需要计算的抛料时刻位置;C为板料落到堆垛台中心的要求位置(停抛模式下B与C重合);D为堆垛中心线;E为伸缩带与码垛带板料交接位置。)

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停抛模式抛料点位置计算过程如下:检测开关到码垛中心的距离c为常量,依据设计及安装确定;需要堆垛的板料长度L为送进长度,依产品参数变化确定;码垛带加速阶段行走距离为f;则检测到板料码垛传送带需运转距离s=c+L/2-e+f。

板料从伸缩传送带平稳过渡到码垛传送带,控制必须满足:板料从A传输到E的过程中码垛传送带速度从0加速到v。e是固定长度,为检测开关到伸缩传送带与码垛传送带板料交接点的距离,即板料从A到E伸缩传送带运转的距离。板料从A到E,码垛传送带做匀加速运动,最终速度为v,传送带传动距离为0.5e。由此得出停抛模式下码垛传送带需运转距离为:s=c+L/2-0.5e。

当使用平抛模式时,伸缩传送带和码垛传送带以同样的速度连续运转。伸缩传送带上板料传输到一工位来料检测,控制器记录传送带位置(由编码器提供)。当控制器检测到传送带运行距离达到设定值时(位于堆垛中心前方),电磁铁失磁。板料做平抛运动,经挡块定位完成一张板料码垛。平抛模式堆垛抛料示意图如图4所示。

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考虑板料做平抛运动时水平方向运动的距离,最终可知平抛模式下码垛传送带需运转距离为:微信截图_20191028144451.png

综上所述,影响电磁堆垛正常抛料的因素有电磁铁的消磁时间、消磁电流、传送带位置、来料检测开关位置及传送带速度。

问题分析与解决

1.到达抛料点不抛料

(1)案例1

开卷摆剪线生产某440 mm板料时,额定节拍80 spm。节拍在75 spm时码垛抛料正常,当节拍提升到76 spm时码垛出现不抛料现象。用西门子PLC监控分析软件监控抛料信号(电磁铁失磁信号),节拍在75 spm和76 spm时抛料控制信号均正常,测量电磁铁控制电流也正常。只是节拍在76 spm时电流持续时间比75 spm时更短,推测与失磁持续时间有关。分析电磁铁控制程序,电磁铁失磁时间根据节拍计算得出,如图5所示。节拍在75 spm时失磁时间为200 ms,节拍在76 spm时失磁时间100 ms。根据电磁铁性能,最少持续150 ms,磁性才能完全消失。因此导致不抛料的原因是电磁铁失磁电流持续太短,磁性未消除就又恢复磁性,导致不抛料。解决方法是在持续时间中将失磁时间最小限定为200 ms,如图6所示。修改程序后,节拍提升到80 spm时码垛抛料稳定。

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(2)案例2

开卷摆剪线生产时一工位偶发不抛料现象。问题在节拍较快或较慢时均有发生,但问题均发生在400 mm以内的小板料。排查电磁铁抛料信号正常,失磁时间>200 ms。检查400 mm以内板料使用的电磁铁,发现其均由同一个电磁铁控制器控制。测量电磁铁控制器输出电流为10 A,而其他电磁铁控制器输出电流为15 A,推测消磁电流不足导致磁性未完全消失。将电磁铁电流控制端口的值增大后,电磁铁控制器输出电流达到15 A,生产不抛料现象消失,问题得以解决。

总结:在程序中调整电磁铁失磁时间和失磁电流可以解决因电磁铁消磁不完全导致的不抛料问题。

2.未到达抛料点抛料

(1)案例1

开卷落料线600 mm以内板料节拍要求60 spm,当节拍提升到55 spm时出现未到达抛料点抛料现象。检查失磁时间为固定值1 s,这与摆剪线不一致。当失磁时间为1 s,节拍为55 spm时,每1.1 s传送带完成一次输送和抛料,也就是说每一个循环周期90%的时间电磁铁都处于失磁状态。当板料向抛料点运动时,电磁铁处于失磁状态,板料掉落,出现未到达抛料点抛料现象。将落料线失磁时间给定方式修改为与摆剪线一致,节拍提升到60 spm,码垛抛料无异常。

(2)案例2

摆剪线生产过程中也出现未到达抛料点就抛料,检查失磁时间无异常。观察发现伸缩传送带速度比码垛传送带速度慢。如果伸缩传送带运行速度慢,伸缩传送带与码垛传送带交接板料时,将出现板料相对码垛传送带打滑现象,板料在码垛传送带上运行的距离比设定要短,因此板料不能传输到指定位置而在抛料点之前抛料。检查伸缩传送带传动机构发现机械卡滞,修复后伸缩传送带与码垛传送带速度一致,问题消除。

总结:电磁铁长时间处于失磁状态,板料经过时不能被吸附从而提前抛料。此外虽然传送带已运行设定的距离,但是板料与传送带打滑,实际未传输设定距离,会导致在未到达抛料点抛料。

3.超过抛料点抛料

(1)案例1

落料线采用停抛模式,节拍提升后发生超过抛料点抛料现象,检查失磁时间无异常。节拍提升前后对比发现不同之处:节拍提升前,伸缩传送带板料到达来料检测开关时,码垛传送带已将一张板料传送到抛料点完成抛料并处于静止状态。节拍提升后,伸缩传送带上板料到达来料检测开关时,码垛传送带正在将板料传送到抛料点的运动过程中。程序中设计在传送带运行过程中,来料检测信号无效。这样导致的结果是码垛正在运行,伸缩传送带上来料检测开关检测到板料,信号暂时屏蔽。当码垛传送带运动到抛料点完成抛料后,屏蔽解除,检测到板料,码垛传送带仍然走过同样的距离。由于来料检测开关重新检测到板料时,伸缩传送带上板料已向前运动一定距离,因此板料最终到达位置会超过抛料点。之所以发生这样的现象,是由于节拍提升后,码垛传送带和伸缩传送带速度较慢,只需将速度提升便可快速地将板料送到抛料点。实际将码垛传送带和伸缩传送带速度由100 m/s提升到120 m/s后问题解决。

(2)案例2

来料检测开关触发控制器记录码垛传送带当前位置,为计算板料是否到达抛料点提供一个基准值。当检测开关位置发生变化向后移动时,就会发生超过抛料点位置抛料现象。
总结:传送带运行速度过慢,来料引起检测信号滞后、来料检测开关位置后移均会导致板料实际抛料位置超过设定位置。此外码垛传送带编码器丢转也会导致传送带运行距离增长,导致超过抛料点抛料。

结语

堆垛抛料异常的原因是多种多样的,本文仅是列举了几种常见的原因。某些抛料异常的原因甚至是综合性的,仅凭现象难以判别。因此分析其原因必须回归到堆垛工作原理上,结合现象,对诸多因素进行分析,从基本原理入手进行分析,才能找出真正原因并解决问题。   

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