王洪江 田雄

摘 要：汽車涂裝底盤涂膠工藝中，GAD站和GAD INT站是采用膠條密封工藝，PVC膠條密封質(zhì)量的好壞需要噴涂材料的壓力和流量控制在合理的范圍內(nèi)。根據(jù)不同的應(yīng)用場景，其控制方式一般有流量和壓力控制兩種。實(shí)際生產(chǎn)過程中，隨著材料特性以及設(shè)備運(yùn)行過程中的變化，流量偏差報警頻繁發(fā)生。文章從五個方面進(jìn)行原因分析，并提出了相應(yīng)的故障解決方案，為PVC涂膠質(zhì)量穩(wěn)定控制提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：涂裝車間;DURR機(jī)器人;PVC噴涂;流量偏差

中圖分類號：U445.58+5 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）20-155-04

Abstract： In the GAD station and GAD INT station of PVC sealing process of paintshop. The quality of the sealing requires the pressure and flow rate of the sprayed material to be controlled within a reasonable range. There are two different modes to control the sealing flow， one is the flow control mode， the other is pressure control. According to the application onsite .there are flow deviation alarms frequently. This article analyzes the reasons and proposes the solution， which provides reference for the stable control of sealing quality.

Keywords： Paintshop; DURR robots; PVC spraying; Flow deviation alarm

CLC NO.： U445.58+5 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）20-155-04

引言

DURR涂膠機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，負(fù)責(zé)底盤焊縫的密封和車身的防護(hù)涂膠作業(yè)，整車車體的膠條密封和底盤的扇面噴涂作業(yè)自動化率達(dá)到100%。相對于人工作業(yè)，不僅在生產(chǎn)節(jié)拍上節(jié)約時間80%，而且在噴涂質(zhì)量上合格率基本達(dá)到100%。筆者所在生產(chǎn)線始建于2015年3月，有三座DURR自動化涂膠機(jī)器人站，分別為底板密封站GAD，底板防護(hù)站UBS和機(jī)艙內(nèi)密封站GAD INT[1]。其中GAD站和GAD INT站采用膠條密封工藝，使用流量控制方式。UBS站采用扇面噴涂，使用壓力控制方式。在生產(chǎn)過程中，采用膠條密封工藝的GAD站和GAD INT站經(jīng)常會出現(xiàn)警告（warning）：“BMVS1流量錯誤已達(dá)到極限警告”，偶爾出現(xiàn)報警（alarm）：“BMVS1流量偏差過大”。

1 涂膠機(jī)器人定量裝置結(jié)構(gòu)

DURR機(jī)器人涂膠系統(tǒng)定量裝置是由高壓調(diào)節(jié)器BMVS1（1）、出口壓力傳感器BMVS1PA（2）、流量計BMVS1F（3）、比例控制閥（4）、指針式壓力表（5）五部分組成，定量裝置的工作原理是由機(jī)器人控制器輸出模擬信號給比例控制閥（4），比例控制閥（4）自動調(diào)整輸出壓縮空氣的壓力，從而控制高壓調(diào)節(jié)器BMVS1（1）來輸出給定的膠壓，膠壓通過出口壓力傳感器（2）反饋給機(jī)器人控制器，輸出給定膠壓的PVC膠再通過流量計BMVS1F（3）進(jìn)行流量檢測，流量計BMVS1F（3）將收集的脈沖信號反饋給機(jī)器人控制器，機(jī)器人控制器在收集到反饋的壓力和流量信號后，用于閉環(huán)控制、目視化顯示和參數(shù)報警檢測[2]。

高壓調(diào)節(jié)器BMVS1的壓力由壓縮空氣控制，材料輸出壓力與控制壓力成正比。高壓調(diào)節(jié)器BMVS1的材料出口壓力主要受以下因素的影響：壓縮空氣的控制壓力，材料輸入壓力，材料溫度，材料粘度，噴嘴磨損。比例控制閥接受來自機(jī)器人控制器的電控信號，并輸出與電信號成正比例關(guān)系的壓縮空氣壓力值。

2 涂膠機(jī)器人定量裝置運(yùn)行

涂膠系統(tǒng)在調(diào)試期間必須首先完成以下四項(xiàng)工作，才能確保正常運(yùn)行。

2.1 流量計BMVS1F標(biāo)定

當(dāng)材料流過流量計發(fā)出脈沖信號，控制器對脈沖信號計數(shù)，前期調(diào)試時需將脈沖數(shù)與應(yīng)用中的流量值形成對應(yīng)關(guān)系，便于運(yùn)行期間準(zhǔn)確顯示和監(jiān)控。使用以下步驟完成流量計標(biāo)定。

2.1.1 確定材料密度

材料供應(yīng)商技術(shù)數(shù)據(jù)表的材料密度規(guī)范作為標(biāo)準(zhǔn)使用。然而，這可能與現(xiàn)場實(shí)際材料密度有偏差。為確保系統(tǒng)設(shè)置正確的材料密度，必須進(jìn)行現(xiàn)場檢測。采用固定容積的容器，裝滿水稱重，算出容器容積。將應(yīng)用材料裝滿容器進(jìn)行稱重，算出材料密度。

2.1.2 確定流量檢測時間內(nèi)排膠重量

在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行排膠作業(yè)，并進(jìn)行稱重，確保排膠體積在容器容量范圍內(nèi)。通過目視化系統(tǒng)可知規(guī)定時間內(nèi)流量計的脈沖累計值，用公式得到流量與脈沖數(shù)之間的關(guān)系：流量*流量檢測時間=體積;體積*密度=重量。

2.1.3 多次重復(fù)標(biāo)定

通過多次重復(fù)計算，直至測量值之間的測量誤差< 1 %，將測量脈沖值寫入配置文件Process.cfg中，具體的位置為PCU1/FlowMeter/BMVS1F/W PlusePerLiter。

2.2 報警值設(shè)置

實(shí)際應(yīng)用中，定量裝置控制系統(tǒng)會按照工藝設(shè)計要求設(shè)置一些警告和報警，便于人機(jī)交互和設(shè)備停機(jī)控制。這些警告和報警都是在動態(tài)的生產(chǎn)過程中生成的曲線值，不斷進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，當(dāng)超出設(shè)置要求范圍時會立即觸發(fā)。定量裝置的報警設(shè)置包括有：比例閥輸出氣壓設(shè)置，高壓調(diào)節(jié)器輸出壓力設(shè)置和流量計檢測流量值設(shè)置。

2.3 流量校準(zhǔn)范圍標(biāo)定

定量裝置控制系統(tǒng)中，控制器會根據(jù)現(xiàn)場檢測的材料壓力值和流量值可以計算出比例閥的控制輸出電流值，從而在控制系統(tǒng)內(nèi)部做出閉環(huán)補(bǔ)償。為保證測量的準(zhǔn)確性，一般有500毫秒的系統(tǒng)延時輸入。在這個閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，現(xiàn)場有三種存在聯(lián)系的數(shù)據(jù)：材料壓力值，材料流量值和比例閥輸出氣壓值。在實(shí)際應(yīng)用中，需對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行使用范圍限制，控制器根據(jù)數(shù)據(jù)上下限范圍在內(nèi)部建立相應(yīng)的數(shù)模曲線（壓力曲線和流量曲線）。在應(yīng)用中是通過對應(yīng)的曲線由材料所需壓力值來找到比例閥輸出氣壓值和材料所需流量值的。曲線是通過校準(zhǔn)（calibrate）操作來生成的，曲線內(nèi)部校準(zhǔn)分段的次數(shù)越多，得到的曲線越接近現(xiàn)場實(shí)際情況。目前現(xiàn)場設(shè)置的校準(zhǔn)分段次數(shù)為9。由于噴涂裝置使用了3D槍頭，因此在設(shè)置中分別對每個槍頭都有單獨(dú)的數(shù)據(jù)范圍設(shè)置[3]，現(xiàn)場設(shè)置見圖所示。

2.4 執(zhí)行校準(zhǔn)，生成曲線

在以上三項(xiàng)工作完成后，須執(zhí)行校準(zhǔn)程序，以便控制器在當(dāng)前的工作應(yīng)用環(huán)境下建立控制空氣-材料壓力曲線和材料流量-材料壓力曲線。生成的曲線最終在控制器中融合成材料流量-控制空氣的曲線關(guān)系圖。生成曲線目的就是滿足動態(tài)生產(chǎn)過程中的取值，閉環(huán)調(diào)節(jié)和報警監(jiān)測。

3 故障分析

3.1 流量偏差報警原理

壓力和流量的警告（BMVS1流量錯誤已達(dá)到極限警告）與報警（BMVS1流量偏差過大）均由現(xiàn)場瞬時實(shí)際值與控制曲線標(biāo)定值之間的偏差超出設(shè)定范圍而觸發(fā)的，因此，首先從材料壓力值與控制氣壓值對應(yīng)的壓力校準(zhǔn)曲線和材料壓力值與流量值對應(yīng)的流量校準(zhǔn)曲線分析入手，找到引起警告和報警的直接因素，然后對影響此因素的各類條件進(jìn)行深入查找，消除警告和報警。

流量校準(zhǔn)曲線是根據(jù)現(xiàn)場流量計BMVS1F參數(shù)設(shè)置值和控制器的內(nèi)部數(shù)模分析得出的，警告和報警設(shè)置值是采用固定值標(biāo)定的，用于檢測流量計BMVS1F輸出值與此校準(zhǔn)曲線標(biāo)定值偏差是否在規(guī)定范圍內(nèi)，當(dāng)BMVS1F報警或警告觸發(fā)時，實(shí)際檢測的流量值BMVS1F在校準(zhǔn)曲線上出現(xiàn)了偏移，并超過了警告或報警限制曲線。

GAD站和GAD INT站是采用膠條密封工藝，機(jī)器人要求使用流量控制方式。其控制的整個邏輯是：控制器通過調(diào)用仿形流量設(shè)定參數(shù)Set_FMeteriel，通過材料融合后的材料流量-控制空氣壓力曲線計算控制空氣所需壓力值PAir，控制比例閥控制氣壓值，并通過實(shí)時的材料流量檢測Act_FMateriel來計算與設(shè)定的材料流量Set_FMeteriel的偏差量，若偏差量△FMateriel超出報警或警告設(shè)定的范圍，便觸發(fā)流量報警或警告。

壓力校準(zhǔn)曲線是根據(jù)現(xiàn)場高壓調(diào)節(jié)器BMVS1參數(shù)設(shè)置值和控制器的內(nèi)部數(shù)模分析得出的，警告和報警設(shè)置值是采用校準(zhǔn)曲線值的百分比標(biāo)定的，當(dāng)BMVS1報警或警告觸發(fā)時，實(shí)際檢測的壓力值BMVS1PA在校準(zhǔn)曲線上出現(xiàn)了偏移，并超過了警告或報警限制曲線。

UBS站采用扇面噴涂，要求能夠均勻覆蓋底板，機(jī)器人采用壓力控制方式?？刂频恼麄€邏輯是：控制器調(diào)用仿形壓力設(shè)定參數(shù)Set_PMateriel，通過材料壓力-控制空氣壓力曲線計算出比例閥控制空氣所需壓力值PAir。壓力傳感器反饋的材料壓力Act_PMateriel與設(shè)定壓力Set_PMateriel進(jìn)行偏差計算，若偏差量超出報警或警告設(shè)定的范圍，便觸發(fā)報警或警告。反饋的流量Act_FMateriel僅用于統(tǒng)計使用。

綜上所述，流量型控制方式對應(yīng)材料流量-控制空氣壓力曲線，監(jiān)控材料流量狀態(tài)值，壓力型控制方式對應(yīng)材料流量-材料壓力曲線，監(jiān)控材料壓力狀態(tài)值。

3.2 偏差報警原因分析

經(jīng)過以上原理分析，其設(shè)備流量偏差報警出現(xiàn)的原因很大程度上取決于控制器內(nèi)部建模生成的材料流量-控制氣壓的校準(zhǔn)曲線。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，原因上主要有如下幾種：

3.2.1 設(shè)備

流量計本身磨損或出現(xiàn)測量偏差：導(dǎo)致在流量曲線上對應(yīng)偏差值超出警告或報警范圍。此類偏差來自測量誤差，屬于系統(tǒng)流量偏差。原因是由于曲線記錄的流量值來自磨損之前，測量的流量值來自磨損之后，因此只要將曲線流量值與測量流量值放在同一標(biāo)準(zhǔn)中即可消除測量誤差。方法有兩種，一是以磨損后的設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)重新校準(zhǔn)曲線值，二是更換流量計，以新設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)，重新校準(zhǔn)曲線值，校準(zhǔn)流量計。

3.2.2 材料

材料入口壓力不足或偏高，會導(dǎo)致系統(tǒng)流量變化，材料的密度不均，導(dǎo)致粘度發(fā)生變化，也會引起流量偏差，觸發(fā)警告或報警。材料壓力和本身缺陷引起的偏差也屬于實(shí)際流量偏差。經(jīng)過監(jiān)控現(xiàn)場入口壓力和檢查材料壓力報警記錄，可以確認(rèn)材料壓力的是否在正常范圍內(nèi)，保證了材料的穩(wěn)定性。

3.2.3 方法

操作人員沒有針對環(huán)境或材料改變進(jìn)行曲線重校準(zhǔn)，或選擇的校準(zhǔn)時機(jī)不符合生產(chǎn)要求。因曲線本身改變引起的偏差屬于系統(tǒng)流量偏差。要求操作人員每天生產(chǎn)前對系統(tǒng)曲線值進(jìn)行校準(zhǔn)，消除前一天的環(huán)境和材料引起的系統(tǒng)流量誤差。

3.2.4 環(huán)境

現(xiàn)場環(huán)境溫度變化會影響材料的粘度和流動性，從而引起流量偏差，觸發(fā)警告或報警。環(huán)境因素引起的偏差屬于實(shí)際流量偏差。設(shè)備初運(yùn)行期間工作環(huán)境溫度一般在20℃左右，如果環(huán)境溫度相差10℃，將對材料的粘度和流量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致曲線標(biāo)定值出現(xiàn)偏差，雖然機(jī)器人本體裝有溫控裝置，但只是采取末端溫控，在大流量使用時無法實(shí)現(xiàn)有效地控制。操作者在此期間沒有進(jìn)行過曲線校準(zhǔn)，偏差值可能超出警告值。

綜上所述，系統(tǒng)受方法和環(huán)境因素影響，實(shí)際現(xiàn)場參數(shù)值與曲線標(biāo)定值會存在偏差，當(dāng)系統(tǒng)仍根據(jù)原始曲線標(biāo)定值執(zhí)行工作時，這種偏差在內(nèi)部曲線上可能會超出警告范圍，從而觸發(fā)警告。

4 結(jié)論

可能引起流量警告或報警的要因分為實(shí)際流量偏差和系統(tǒng)流量偏差兩大類，而由方法和環(huán)境方面的要因引起的系統(tǒng)流量偏差是導(dǎo)致流量警告和報警頻繁發(fā)生的根源。因此，解決流量偏差警告和報警，首先要從消除曲線本身改變引起的控制偏差入手，再從其它硬件方面進(jìn)行分析解決。

4.1 曲線校準(zhǔn)

系統(tǒng)流量偏差具體體現(xiàn)在曲線實(shí)際值與曲線校準(zhǔn)值之間的偏差，因此，為了消除此類偏差，需要操作者在以下兩種情況同時滿足時進(jìn)行曲線重校準(zhǔn)：①在出現(xiàn)流量警告時進(jìn)行。②在生產(chǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)后進(jìn)行。

4.2 更換硬件

在進(jìn)行曲線重校準(zhǔn)后如果仍出現(xiàn)了報警，我們要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，從相關(guān)方面重新進(jìn)行判斷，考慮實(shí)際流量偏差導(dǎo)致的報警。消除實(shí)際流量偏差的措施：①更換高壓調(diào)節(jié)器。②更換流量計并進(jìn)行流量校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1] EcoScreen，機(jī)器人， DürrSystemsGmbH，2013.

[2] EcoDose，壓力調(diào)節(jié)計量單元操作手冊， Dürr Systems GmbH，2014.

[3] EcoScreen，3D-OnSite手冊，Dürr Systems GmbH，2007.

[4] 翁貽方，趙長德.現(xiàn)代控制技術(shù)基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.