工厂喷涂自动化的控制共性

工厂喷涂自动化的控制共性

工厂喷涂自动化的控制共性 2011： 在今天的全球市场竞争中，喷涂工厂必须通过提高其设备的自动化程度和复杂性来提高产品的质量。同时，客户对产品的可靠性提出了更高的要求，不但要求要有较好的诊断工具，而且还要求有低的日常维护费用。当在建立洁净的汽车装配工厂时，工厂的经营者还必须要努力找到并吸引住，必需的有技能的人员来操作和维护这些复杂的自动化系统。 在设法压缩投资预算的同时，供求双方都尽力降低产品在启动和投放市场时的费用。 设备共性 Durr/Behr EcoRC2 控制概念（如图1）已经被成功地用于喷涂自动化安装中，用以实现全部硬件设备间以及软件间具有共性。在建立一个新的自动化喷涂生产线时，人们主要关心的是生产线的各种工作站的不同驱动单元的复杂性和数量。在一个生产线的去疵工作站﹑刚性喷涂自动化设备﹑机器人中，各种不同类型/尺寸的马达，驱动放大器，控制器和其它控制设备的数量通常都会超过100台。对于生产线的操作者来说，要想操作和维护如此广泛的设备和系统自然是很困难的。

因而，工厂最常见的采取的办法是，尽力使设备具有公共的结构来降低培训和维护的费用，另一个办法是通过限制驱动单元（对整个生产线而言）只有四个相同牌子的马达，一种类型的伺服放大器和一个控制器来降低工厂的闲置设备量。 生产线的一致性。通过协调过程控制层的各种驱动单元，相对来说容易实现生产线的一致性；也就是说，每个工作站的操作界面，不论是用于去疵机械，喷漆机器人还是其它任何类型的喷涂机械，都有相同的人机界面。生产线中的所有自动化设备的设计，如生产线的控制，计算机主机界面，到中心控制室的通讯模式，离线编程系统等等现在都能以一种更具连贯性的，一致的方式来实现(图2)。

控制器的执行问题 喷漆机器人对其控制器有独特的要求。此外，为了能够做多轴快速实时插补和有高度精确性和重复性的复杂的路径移动，控制器还必须尽可能接近实时地管理众多的喷涂参数。为了满足这些要求，EcoRC2控制器具有如下特性： · 齿条插补 · 触发器放大算法 · 可升级的控制器结构 · 多自由度能力 · 增强的过程控制 · 闪烁卡数据存贮 · 在线多语言能力 · 彩色显示的悬架式操纵台 · 开放的连接性结构 · 增强OLP/RRS依从性 · 用于多轴机械的TCP运动 齿条插补 喷涂机器人的插补运动, 传统上采用PTP运动, 线性运动和循环运动。当编程一段含有拐角的插补路径时，插补路径是由许多用直线段和不同半径的圆弧连接而成的。在采用软件工具以实现平滑路径的运动过程中，由于在拐角处的位置/速度会发生跳动和出现峰值，所以很难在拐角处喷涂上一层均匀的漆层。 采用EcoRC2 的RISC处理器结构, 可以增强控制器对齿条插补的运动控制。现在通常使用Nakima齿条插补。在将来，也会采用其它的插补如b-插补或NURBS插补。这些功能算法用在高精度的计算机数字控制(CNC)机床上，可以在3D空间中将各个点连成光滑的曲线，这样机器人就可以以固定的TCP速度把喷漆均匀地喷涂在拐角处。在示教过程中，控制器可示教多于4 个点的确定曲线，还可以扩大到更多点的曲线。 触发器放大算法 在喷枪打开和关闭时，大部分的喷涂机器人控制器拥有某一软件工具，该软件工具能计算出该喷枪应留有的固定的延迟量并能补偿这一延迟量。尽管软件的补偿是随着TCP的速度而改变的，但补偿量的大小仍然是以固定的延时时间为基础的，这就意味着当喷枪的执行参数超时时，原先预期的延迟量不再正确。 所以，机器人控制器安装有一学习型算法，该算法不断地评估喷枪的打开状况，并对喷枪打开和关闭时的预期量进行补偿。这一算法具有在喷枪打开和关闭点处能保持固定的喷漆量的能力，而不管机器人速度和喷枪执行情况的变化。 可升级的控制器结构 EcoRC2是一个真正的多处理器控制器。该控制器的内核是建立在多任务的“邮件管理器”机制之上，该机制对任务进行协调和分配。如果是因为下面任一原因，诸如设备数目的原因或过程复杂性原因或外围设备的原因等，一个CPU的处理能力不足时，附加的处理器能被简单地插入到基架上而不必重新配置。邮件管理器于是依据修订后的结构重新分配任务，因而提高了控制器的性能。 多自由度的能力 强有力的RISC处理器，多任务机制以及特殊的反演运动学软件的集成，使得在一个多CPU的配置中，处理器具有处理多于100个轴的能力。一个CPU具有能在12 个不同的运动工作组中处理大于30 个运动坐标的能力。增强的处理控制 控制器是把齿轮泵伺服驱动器作为第八轴来控制的(见表3)。在这种方式，不用附加的驱动控制系统由齿轮泵就可以提供喷涂机。喷枪和颜色值的触发是非常快的，具有高的重复度。

表3 标准控制性能数据

闪烁卡数据存储 控制器的固件驻留在一块闪烁卡上，闪烁卡的容量从20MB到140MB。用户的程序也存储在闪烁卡上，用来作为控制器的PCMCIA插槽上的DOS驱动器。这种结构考虑到了快速地装载用户程序的情况以及在不到两分钟内重载执行程序的情况，而不需要进行特殊下载处理。 在线多语言能力 用户软件的文本处理结构已经考虑了多语言处理能力。例如，在今天的全球市场中，一个德语的维护工程师在维护一个巴西人的装配工厂的机器人时，应能够在线在德语，英语，葡萄牙语文本(对悬架及硬件监视器接口)之间切换，方便地进行服务和调试。彩色显示悬架式操纵台 作为第一台喷涂机器人，EcoRC2控制器应用了一台6英寸(15厘米)的彩色显示悬架式操纵台，操纵台的评价是第一流的。该设计考虑到了要有较好的视觉效果，与单色显示器相比减轻了视觉负担。优化的示教功能使得用户理解起来更容易和只需很少的用户输入。 开放的连接性结构 特别强调的是外部通讯。控制器中的任一0PL软件界面能够实现高层的，面向对象的连通性。控制器还提供了一台基于硬件的通讯界面主机，诸如以太网，TCP/IP、Device Net、Profibus、Interbus-S以及Canbus,非标准的通讯都可以通过PCMCIA界面来处理。 增强的0LP/RRS依从性 EcoRC2控制器提供了在Robcad平台上具有0LP和RRS标准的完全的依从性。由于控制器的许多新功能，如齿条移动，增强的触发器功能，以及多种的运动连接访问程序模式，使得仿真/离线软件包的功能得到增强。多轴机械的TCP运动 对刚性自动化和机器人使用相同控制器的这一概念，自然也会使标准的、可编程的、有三至五坐标轴自由度的响铃命令机械的性能增强。这里的关键词是真正的TCP运动，即通过拐角时速度固定，离线编程，具有仿真能力等等。 一个有兴趣的话题是，现在能够完全控制一个有九个响铃命令的机械，包括23个坐标轴自由度的，可编程运动的，九坐标轴的过程伺服；甚多的闭环变送器；高压单元；以及来自EcoRC2的很小的值。这一工作是通过一个复杂而昂贵的，拥有众多处理器的有四个门的操作面板完成的。由于这一崭新的控制结构，PLC的角色将会局限在内务处理和区域协碉方面的功能。 对某些类型的自动化，诸如去毛疵机械，可以嵌入 IHC-1131-3标准的“软可编”在其控制器中。由于IEC-l131-3标准的采用，传统的PLC就可以不用了，这将会产生一个低费用而高性能的解决方案。 模块化启动。在今天的全球市场竞争中，另一种挑战是，找到一个降低自动喷涂系统启动费用的方法。传统的方法是利用CAD进行设计和计划，即预装所有的设备在一个模块中一模块内的运行的程序使用原设备的尺寸，按着工厂的安装和启动周期来执行，程序可被调整，所有的喷涂参数按生产条件下设定。 这是一个相对冗长乏昧而昂贵的用来保证产品质量的方法。对错误的预先认识是有限的，因为对错误进行验证通常是在工厂安装完之后进行的。从其它的控制系统资源中进行规划，是可以通过以下过程进行优化:· 基于对整个生产线用Robcad（图4）仿真的初始计划· 从Robcad得到的经过实验室喷涂试验确认的初始化喷涂参数· 漆料位图以及直接下载到控制器的运动点和触发点· 通过一个特殊的处理系统把100，000+的所有颜色和模型参数输入HMI数据库· 调整运动参数的模块构件试验· 在安装完成后进行的参数微调产生的结果是，加快喷涂设备的客户和供货商的生产启动速度，缩短了达到产品质量和降低费用目标的时间。

图4 采用Robcad仿真喷涂生产线

一个非常有效的这种模块概念的事例(图5)是，在德国欧宝公司用摩托工厂，在四个星期的夏季停工期间的现存的设备的报废，设备的安装，两个崭新的外涂漆生产线的委托制作。虽然仅仅有三天的时间用于委托制作，但是仅仅两个设备完成试喷之后，第三个设备的喷涂工作就已被认为是可以正常喷涂了，并且初期的工作量达到了每天1200个。在一个很短的时间内，初期的运行速度就超过了关闭前的速度。

图5 模块启动概念

为将来准备什么？我们看到了一个过程控制进一步发展的巨大的潜力，由于采用共同的控制结构允许离线编程和仿真，还具有非常快的过程控制和实际的无限数据存储能力。综合最近在传感器技术方面的发展，即不仅在激光湿膜测量系统的形式方面还是在自动显影的质量检查系统方面的进步，使得现在可以开发出基于专家系统的规则，来帮助操作者进行过程控制和质量控制。(图6)

图6机器人质量监督系统

短期内仿真软件会进行进一步的改进，以允许在系统安装后只有局部的过程参数的调整可以离线编程，它考虑到了局部的喷涂和喷房条件。运行在标准PC平台上的采用HMI工作站和新软件的实现三维仿真和现场离线编程是可能的。应用虚拟现实模型仿真整个的喷涂生产线，就可以通过仿真进行计划和设计。Behr系统已经是一个完整的虚拟喷涂车间模型，它包括预处理，电泳，手动工作站以及喷房条件的影响。过程FMEAs会提供现场参数，进而作为基本的依据更进一步改进控制过程。SPC数据会较好地集成到过程控制设备中，以允许更全面的品质和趋势分析。可靠性和可维护性模块将加入到系统中以改进正常工作时间的性能。修订日志和参数输入过程将变得更透明,并且将考虑到系统的重建，以跟踪事件或错误。中期内我们看到的第一代专家系统的概况是，一旦主要的条件已经确定或修改，就将会由自动化工程师或检验者要么离线补充一些过程参数。 更长期的发展将集中在关闭各种传感器输入间的回路方面，包括从诸如如湿膜激光和温度/湿度传感器的过程控制，到多种喷涂设备的控制系统方面。一旦这种情况形成，就可能开发出一套真正的产品品质参数集，用这套参数集就可以实现真正对象品质评价，以及选择采用何种方式进行喷涂。(end)

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