图1  前处理设备

由中集集团、奇瑞汽车合资兴建的集瑞联合重工有限公司涂装车间电控系统以较低的投资，实现了所有设备的自动控制，并提供了中央监控系统，车间所有设备全部连入工业以太网，在任意一台监控计算机上均可看到设备的状态和故障信息。

涂装设备电控系统一般包括：工艺设备电控、输送设备电控及中央控制系统。集瑞联合重工有限公司（以下简称“集瑞”）涂装车间电控系统以较低的投资，实现了所有设备的自动控制，并提供了中央监控系统，车间所有设备全部连入工业以太网，在任意一台监控计算机上均可看到设备的状态和故障信息，并可对部分设备进行远程启停。车间的输送系统配备了RFID系统，实现了产品信息的自动传输，喷涂参数的自动选择，以及物流编组的自动化；通过与公司级MES系统的联网，电控系统可以自动获取产品信息，实现了订单化的生产。

前处理线电控

前处理线主要包括：预清洗、脱脂、磷化、纯水洗和表调以及室体供排风和加料、污水排放等设备，其作用是对工件进行除油、除渣以及磷化成膜。前处理设备（见图1）具有生产线长、设备分散及控制复杂的特点。本项目前处理设备总功率接近400 kW，若采用一组电控柜控制，存在着两个问题：第一，用电功率大，公用配电的电缆较粗，施工难度大。第二，由于线路较长，从控制柜到各个设备的电缆出线比较集中，桥架局部的容积率大，电缆堆叠严重。同时，线路较长，电压降比较明显，控制电缆受干扰的几率增加。

图2  中控网络架构

为了解决上述问题，我们采取以下方案：将前处理线分成两段，设计了主从两组电控柜，这两组电柜的功率均小于200 kW，公用供电的施工难度大大降低。将PLC主站设置在主控制柜，在从控制柜设置ET200s远程从站，两组控制柜之间采用PROFIBUS-DP通信，实现了一体化控制。由于电控柜的分散，电柜与对应设备的距离缩短，电柜出线距离变短，尤其是连接现场热电阻和温控阀门的屏蔽电缆的最大长度控制在30 m以内，这对保证脱脂，磷化温度的精确控制起到了至关重要的作用。

电泳线电控

电泳是涂装的关键工序，常规控制包括：电泳漆的温度控制、液位监视和电泳漆的循环。温度控制的特色与上述前处理脱脂磷化的温度控制类似，区别在于这里采用冷冻水给漆液降温。液位检测采用了超声波液位计，将其安装在电泳槽主槽的边缘位置，这里的槽液流速度相对较缓慢，液面波动小。需要注意的一点是：超声波液位计有测量盲区，探头到液位的距离必须大于盲区距离，否则将无法正常测量。

通常情况下，电泳漆液要处于24 h连续循环当中，为此电泳设备都设置了备用电源，若当前供电回路断电，另一路会自动投入，切换期间PLC不会停机，电泳相关的重要设备仍然可以继续运行，但是次要设备将停止运行。

由于电泳线的循环泵、换热泵及超滤泵等几台泵的功率之和已经超过100 kW，而车间是按照两班制运行，存在生产间隙，为了降低电能消耗，本系统采取如下设计：电泳主循环泵和电泳换热泵均采用变频器控制，在生产期间，变频器以工频运行；停产期间变频器以较低频率运行，减少漆液循环次数，降低电能消耗。

图3  普通封闭式桥架和阶梯式桥架布线对比

水性漆预烘干电控

为了保护环境，降低VOC排量，集瑞重卡涂装采用了水性漆工艺，目前一期工程未建中涂线，所以中涂和面漆共用喷漆室、烘干炉以及喷涂机器人，工艺设计难度大，对设备的电控水平要求更高。水性漆的理想作业环境是：温度22℃±1℃，湿度60±3%。水性漆的烘干需要在80℃的温度下保持5 min，使涂料中的水分充分蒸发，然后再升至160℃保温20 min，使涂膜完成固化。为此，本项目在面漆工位之后设置了预烘干工段。该工段包括以下几个功能区：入口气封区＋60℃预烘干区＋80℃预烘干区＋强冷区＋出口气封区，配备了小型空调机组，四元体燃烧机组，以及二元体冷却单元。预烘干工段长度仅14 m，但是控制并不简单，具体如下：小空调机组的风机控制，表冷段温度检测及冷水阀门PID控制，加热段温度检测及热水阀门PID控制；四元体燃烧机循环风机控制以及与燃烧器的联锁控制；二元体强冷单元的送风段采用冷水作为冷源对空气换热，以降低车身温度。

输送设备RFID系统

RFID即射频识别技术，可通过无线信号识别特定信息载体并读写相关数据。一般来说，产量超过10万的涂装车间，其输送设备就应该配置RFID系统，实现喷涂参数的自动传输，以及物流编组和质量信息统计的自动化等。通过RFID系统，还可以记录滑橇的循环次数，自动提醒设备人员对滑橇进行清洗或者检修，车身定位等。尤其在当前只有一个喷漆室的情况下，如何自动判断当前车身需要喷中涂还是面漆是一个难题，为此需要设计合适的数据结构，将其存储在移动数据载体中。一般情况下，数据载体中包含以下字段：滑橇号、滑橇循环次数、车身编号、车型、颜色、面漆质量、运行方向以及面漆循环次数等。其中，车型和颜色字段是最关键的信息。以上信息字段在存储载体内以ASCII码方式存储，每一个字符占一个字节，这样做的目的是充分利用存储载体的存储空间，并可以引入字符信息，避免纯数字组合，使数据信息更加简洁，如 “L41BA”、“L51AH”等公司内部代号可以完全不变地写入信息载体，不管是工艺人员还是设备人员都可以很好的理解。

图4  敞开式工位布线

在车间入口处，通过公司级MES系统扫描车身条码，获取该车身的生产信息，此信息通过以太网传给涂装车间输送设备，并被其写入安装在移动数据载体中。在喷漆室入口，读取信息载体中的颜色和车型字段信息，通过DP/DP耦合器转发给喷涂机器人系统。针对此项目的特殊之处，另外设计了“中涂喷涂标志”字段，该字段若为“F”即false，则表示未喷中涂；若为“T”即true则表示已经喷过中涂。同时，在车身“颜色信息”字节，将中涂漆定义成一种特殊颜色，代码为“00”，其他面漆颜色代码从“01“开始顺次增加。这个代码和输调漆系统的颜色代码完全一致。在喷漆室手工喷漆段，设置了LED数码管显示器，喷漆工根据代码信息确定下一辆车需要喷涂的颜色，并切换到相应的供漆回路。

在面漆检查工位，质检人员判定面漆质量，给出“合格”、“不合格”和“点修补”三种结论，此信息将被写入数据载体，车身下一步的物流走向将依据此信息而定。每完成一个油漆喷漆循环，车身的相关信息被清除，滑橇循环次数计数器将自动加1，达到一定次数后，滑橇将自动运行到离线工位，等待人工清洗或维修。

中控系统

中控系统是车间设备的控制中心，其具体配置如下：中控室内部设IBM X3500数据服务器1台，安装Windows 2003 Server操作系统以及数据库SQL Server 2008；监控站计算机1台，安装Intouch 10.0（运行版）；工程师站计算机1台，安装Intouch 10.0（开发版）。车间现场配置一个1.5 m×1.2 m的双面LED屏幕以及现场监控计算机5台，配置均为1台监控计算机，安装Intouch 10.0（运行版）。

车间主网络采用光纤环网，车间内部设置以太网交换机，设备的PLC经过通信模块连接到就近的交换机，进行通信。中控网络架构如图2所示。

中控系统主要提供以下信息：车间工艺和输送设备的流程图、设备状态、故障报警统计、人员登录和操作权限管理。监视的内容包括：设备工艺参数、设定参数、运行参数、模拟量参数趋势图及故障报警等。对于前处理、电泳、空调送风装置及烘干炉装置可以做到在中控监控画面上起动和停止。对于输送设备，可以监视其运行和故障状态；另外，还提供了一个实时数据库文件，用以存储RFID系统的所有数据标签的当前信息，目的是在RFID系统读写出现故障的情况下，可以通过人工方式调取数据标签的信息，满足临时生产的需要，为解决故障争取一定的缓冲时间。

图5  封闭式工位布线

安装布线

本项目在电气安装方面采取了一些新的方式，具体体现在新型阶梯式线桥架的应用以及借助工位室体结构巧妙布线两个方面。

以往涂装车间的电控系统布线都是采用封闭式线槽，实际使用中存在布线凌乱，不便检修，夏天发热严重等问题。本项目采用阶梯式桥架，所有电缆在线槽内整齐布放，并用扎带固定在线槽的水平支撑上，很好地解决了上述问题（见图3）。

涂装车间工位室体比较多，这些室体都需要大量的日光灯作为照明设备，相应的需要在室体上进行布线。一般的敞开式室体采用空心方钢作为框架，布线方式采用在方钢上穿孔的方式，将电缆布置在方钢内部，出线口采用电缆护套（见图4）；封闭式室体采用钢板折边成C型钢作为立柱，电缆穿线管布置在C型钢柱中间，在C型钢柱的槽内部设计了若干个带管卡的支架，可以保证穿线钢管的稳定和布线的美观（见图5）。

标准化软件

PLC软件是车间电控系统的核心，像IT行业一样，随着硬件水平的不断提升，PLC软件也需要规范化和标准化，程序员已经不再单纯追求编程技巧和运行速度，而是像计算机软件一样，追求代码的安全性，可移植性和复用性，甚至初步地面向对象编程。本项目的PLC软件充分体现了上述技术趋势，在满足IEC61131-3编程标准的前提下，首先对被控设备群组做了细致分析，确立了编程的架构；其次，对I/O/M各类变量进行分配，确定不同地址范围的变量的使用范围；第三，分析各类典型设备，分别编写出其标准控制程序；第四，编写详细的程序说明文档，以备查询。

实际上，本项目的很多程序并非首次应用，此前曾经应用于奇瑞公司的另外一个涂装车间，经过几年的运行，其安全性和正确性已得到了充分验证。