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EMOS自动化技术工业涂生产线
黄立明 黄中元 茅立安
〖摘要〗在参照国外相关标准及设备的基础上研制而成的EMOS自动化技术工业涂装生产线，通过测试，试用及改进，性能指标均达到国标和企业的技术标准要求。且在关键技术（性能）上有所创新，是一种推进我国涂装自动化生产流水线实行清洁生产中的节材、节能、环保技术进步，为低碳经济发展起到积极推动作用的比较实用的涂装设备。
作者简介：
黄立明（1957－），男，工程师，主要从事静电涂装设备的设计与研究。
黄中元（1961－），男，工程师，主要从事涂装生产线自动化控制设计与研究。
茅立安（1958－），男，工程师，主要从事静电涂装设备的标准化研究。
（浙江明泉工业涂装有限公司，浙江德清313200）
*(E-mail)mla508@163.com，(Tel)0572–8011119
一．前言
EMOS自动化技术工业涂装生产线是自动化流水线涂装生产方式的一种，以EMOS（人机界面）自动化（信息）技术的方式来实现喷涂生产线的全自动信息化管理。
随着涂装工业自动化技术的不断发展，实行现场中心监控，分区自动实现转接运行的思想会越来越广泛地被涂装工业自动化工程技术人员所青睐，并被正在逐渐应用于新增的大型工件（电梯部件、车类部件等）涂装技改项目中，但传统的集散控制系统一般由专业厂家生产，具有一定的专有性；另外，传统的集散控制系统一般来讲其控制成本费用比较高；因此，对喷涂生产线自控系统项目中的应用存在着制约性，带着这一问题，我们在阅读了大量技术资料的基础上对现有喷涂生产线上的控制系统进行了总结对比，提出了在规模（喷涂生产线总价在500万元以上）的喷涂生产线上采用EMOS（EquipmentMonitoringandOperatingSystem）人机界面系统和PLC软件、硬件控制系统相结合的控制方式的构思，实行中心监控，现场分区操作。而操作站的各种功能可以通过“实时监控软件”+“PC机”来实现，在安装有实时监控软件的PC机上可以方便对生产过程进行监控，有效提高被喷工件的质量。
目前国内设计、制造、销售的自动控制喷涂生产线设备的单位很多，但其全自动化技术含量欠高，仅为一般的PLC，或者PLC+PT，与国外同类产品及工艺相比，还存在着相当多的缺陷。从涂装生产线而言，使用户的产品在表面处理与防护质量上远远达不到高质量、高品位的要求，其附加值大大降低，直接影响了经济效益。鉴于上述现状，改进传统的喷涂生产流水线中自动控制，根据当今高新技术产业的迅猛发展，必需要求我们研制开发出与之技术、质量相适应配套的用于喷涂生产流水线上的EMOS（人机界面）自动化（信息）技术，已成为提高我国涂装业自动化生产流水线运行正常率所必需配置的系统，为提高用户的产品质量、增加产品附加值和经济效益作出一份努力。
二．基本原理
将流程工业的自动控制过程与操作管理人员对自动控制过程的管理过程相对分离；流程工业的自动控制过程由各控制站相对独立地自动完成，而操作人员对自动控制过程的管理则由中央控制台的操作站来完成。中央操作站与各现场控制点一方面各自相对独立地运行，从而将各种故障限制在局部范围内，极大地提高了自动控制系统总体的安全性和可靠性；另一方面又相互进行实时数据通讯和信息交换，实现了操作人员在中央控制台对整个自动控制过程进行管理和调整。
现场控制点的主要任务是实现对生产过程中的自动控制，因此它必需要能够自动采集各工序中的工艺参数（如：温度、线速度、液位高度、水洗喷淋量、喷粉量、干燥度等）以及设备的运行状态（如：阀门的开度、机泵的开停）等生产信息，然后按照事先编好的控制程序进行大量的数值计算，最后输出标准模拟信号（或数字信号）去驱动各种阀门、电机等执行机构，调节各工艺参数，实现生产过程的自动控制；另外还要与操作站进行实时通讯，将采集到的各生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发出的各指令实时调整自动控制方案、优化生产过程。因此它还需要具有标准化通讯接口。目前的各种PLC均具有这样的功能，而且其容量弹性大，扩充方便，控制方案的组态简单易学，性能价格比较优越，因此是喷涂生产线的理想选择。
中央控制台，操作站通过人机界面机器和人交流，把控制点采集的各生产信息进行加工处理，然后以操作人员所习惯和熟悉的各种流程画面、生产报表、发展趋势和声光报警等形式提供给操作人员。另一方面把操作人员的各指令进行编码后传送给操作站，机器对控制方案进行实施，以优化生产过程或对特殊情况的紧急处理。
用EMOS控制系统时，PLC承担了现场各控制点的工作，PC机承担了操作站的工作。在系统软件的PC机上可以离线（或在线）编辑PLC的控制应用软件（一般称为梯形图），控制应用软件下载到PLC后，PLC完成现场数据采集、逻辑控制、模拟控制等。而操作站的各功能可以通过“实时监控软件”+“PC机”来实现，在安装有实时监控软件的PC机上可以方便对生产过程进行监控。
三．主要特点及指标
1．主要特点
①多学科配置优化设计技术研究；通过智能识别不同工件分道输送、解决悬链多驱动在烘道内热胀冷缩原因和异步电机的不同步；提高喷涂上漆（粉）率、吸附力（一次上粉率）和粉末（漆）回收率，以实现清洁生产。
②智能积放式控制研究及控制系统开发；解决积放式输送的工件喷涂后在烘干固化箱内的固化时间和温度一致性.(即达到精确的工艺要求)。
③智能涂装生产线和物流结合点控制的开发。控制范围更广，从涂装线扩展成全车间全工序的物流输送控制。控制程度更深，各监控工位信息点采集、输送、处理和反馈控制进行全面管理。
2．主要技术指标
电压380V/220V；控制主通道5路；故障通道8路；传感通道16路；测温-18~+100℃；测湿0-99%RH；控温≤±5℃；喷房粉尘浓度≤10g/m3；噪声≤83dB；中控室实时监控；监控设备运行完好率≥99.8%；涂层附着力≥1级。
四．实施方案
1）工艺路线
喷涂线工艺流程：工件（产品）上线→脱脂→清洗→表调→磷化→清洗→烘干→喷涂→固化→工件（产品）下线。
厂房应有强制性通风换气、自然光照及局部人工照明的采光方式，主房布置工艺流程线，辅房安置辅助设施及贮存生产辅料，并在主要出入通道设置了风淋洁净室，以利于维护现场工作环境，保持现场的洁净度。
车间工艺生产线主要由前处理清洗系统、喷涂系统、及其烘干系统组成。全线工件输送系统采用空中悬挂（积放式等）或地面滑橇相结合的机械化输送方式，运行平稳、快速便捷；采用EMOS可控编程，根据生产工艺的实际要求编程控制——实行现场中心监控，分区自动实现转接运行。
全线各烘干系统的设计参照德国相关公司的设计理念和参数，烘道室体均采用桥式结构，保证了炉温的均匀性和稳定性，提高了热能的效益性；供热装置选用意大利、德国等公司的燃烧器和控制系统，目前经测试各烘干系统运行良好稳定，温度曲线平滑持续，完全满足目前工艺产能的要求，并可满足今后提高产能的要求。
喷涂系统采用本公司研发的国家重点新产品——OMTC喷房。
涂装车间的前处理系统的设计沿用当今涂装先进工艺--悬挂（积放链等）输送、“C”型吊具悬挂、脱脂除油、磷化除渣、悬液分离、电泳过滤以及超滤和阳极等附属设施配置。
喷涂生产线全长为100米～1000米（含烘干及转换工位），设立多个工位，最高节拍可达2.5分钟/台，远远满足目前的实际产能和今后提升产能的需求。喷涂系统可实现自动切换、稳压调置、不间断补给、连续供料等功能，确保了生产衔接性和持续性。
2）控制系统
涂装生产线配备了EMOS（EquipmentMonitoringandOperatingSystem）人机界面系统和西门子PLC软件、硬件控制系统，PLC从现场设备采集设备参数、工艺参数、报警信息等数据，通过EMOS操作和监控车间的所有设备。
图形化的EMOS人机界面系统分层面、分窗口显示生产线上所有设备的运行状况，可以远程自动开启、关闭生产线和手动开启、关闭生产线上的风机、阀门、水泵、电机等单个设备、湿度、液位等参数，显示其变化趋势曲线。图形化的软件界面便于准时和正常启动设备，快速发现和排除设备故障，及时修改和实时控制设备参数和工艺参数。
生产线上的EMOS人机界面系统，可以分析故障信息和操作信息发生的频率，分析设备开动率、动能消耗、各班次的工件喷涂产量，实时查询生产线上工件所处位置；加快生产信息的传递，快速应对生产异常能显示现场各工位上的工件数量，实时获取设备的报警信息和工艺参数，监控温度。
3）系统分析
①自动化水平确保了品质的一致性、稳定性及高合格率。
人机界面软件EcoScreen可以离线优化工件的仿形程序，控制喷涂雾化，调整出粉量、整形空气流量、高压值；修改过的程序和参数下载到PLC后，可以立即在线使用，大大提高了对外界因素影响的反应能力，随时可保证工件膜厚和外观达到工艺要求。
②自动化水平直接影响生产效率和制造成本
自动化水平对小时产量高、节拍时间短的生产线的生产影响很大，如西子奥的斯的涂装线节拍时间是90s，自动识别、自动读入读出生产信息、自动运行、自动转接、自动喷涂、设备运行状况自动显示、参数自动控制与调节、故障指示及诊断等大大提高了生产效率，为生产的良性循环提供了保障。
自动化水平提升过程品质的同时降低了处理过程品质问题的成本。前处理电泳自动计数加料，高压自动静电粉末喷涂利用率一般为95％～99％。同时，也避免了人为因素对成本的影响，工艺参数自动控制、品质稳定一致、大大降低了修补喷涂成本。
4）控制方式
①按表面处理键，加热控制系统打开，分别为脱脂槽、磷化槽加温，温度控制仪显示设定温度值，自动关闭加温控制系统。工件到位后各级喷淋依次进行喷淋。
②按烘炉键，烘干、固化炉循环风电机启动（电机采用Y-Δ启动），电机启动完成后PLC检测到信号，启动加热器，烘干、固化炉温度控制仪显示温度到设定值，比如：烘干、固化炉中有六组加热器，断开四组，保留二组维持炉内温度。
③按喷粉房键，粉房PC机开启，PC检测压缩空气的压力，供粉桶粉位正常，PC机开启回收循环风机。PC识别工件到位开关信号后，打开喷枪顺序控制器，喷枪依次进行喷涂和停止。
④主控柜上置自动位置，整条生产线全自动状态如下：
PLC检测表面处理脱脂槽、磷化槽、烘干炉、固化炉各温度控制仪的控制值，自动控制脱脂槽、磷化槽加热系统，给槽液加温；自动控制烘干、固化炉循环风机，PLC检测到风机启动完成开关信号，按顺序起动加热系统。
多道喷淋都配有检测工件的光电开关，PLC得到信号后按顺序启动各级喷淋泵，同时PLC打开空气压缩机及压缩空气静化系统电源。粉房前的光电开关发工件到位信号给PLC，PLC打开粉房PC电源，粉房PC机按程序运行。
工作状态循环流程图如下：
流程图
多工艺分段EMOS（人机界面）控制自动化（信息）技术应用在车类或车类部件制造等涂装生产线的实例一角
实例
五．技术创新程度
1）涂装生产线优化设计技术解决悬链多驱动在烘道0-200℃内由于热胀冷缩和异步电机的原因造成的不同步，以及在喷涂中一次上粉率和粉末（漆）回收率的提高，以实现清洁生产。
2）智能控制解决积放式输送的工件喷涂后在烘干固化箱内的固化时间一致性(即达到较精确的工艺要求)；
3）控制范围更广，从涂装线扩展成全工序的物流输送控制。控制程度更深，各监控工位信息点采集、输送、处理和反馈控制进行全面管理。
4）中央控制室通过EMOS收集现场工艺和设备的各种数据，有故障时及时通知工作人员排除位置及原因,使工作人员及时排除故障，还可对生产起到组织和调度的作用。
5）工件在高温烘道内通过识别,确保每件工件在高温烘道内停留时间,满足工艺要求.中央控制室实时监控烘道内的工件。
六．结论
EMOS自动化技术工业涂装生产线比传统的涂装生产线更具创新实效。
以EMOS技术方式来实现喷涂生产线全自动信息化管理，实施滞流、均流智能调节，各工位信息采集、输送和多域变速喷涂，涂膜均匀，附着力强。通过智能识别不同工件分道输送，解决悬链多驱动在烘道内由于热胀冷缩和异步电机造成的不同步；通过滞流装置、均流装置的设计、TEFLON涂料的配方设计、TEFLON涂敷技术与纤维微孔直径的控制，提高粉末回收（利用）率，实现清洁生产。
总之，涂装业自动化技术的不断发展，采用EMOS和PLC软件、硬件控制系统相结合的控制方式，通过“实时监控软件”+“PC机”来实现现场中心监控、分区自动转接运行，有效提高被喷工件的质量，为促进涂装业生产线升级换代的技术改造进程起到了带动作用。 |
