汽车涂装输送线电气控制设备故障分析

【摘 要】 车身涂装是保护和装饰汽车的重要手段，根据汽车的独有特性要求涂装质量具有极高的水平。涂装车间的车身输送线设备的动作、状态及工艺参数有严格的控制要求，同时也给设备的维护和故障的诊断提出了更高的要求。 本文针对输送线典型故障进行分析，并提出了减少故障损失和进行故障处理的方法，如通过PLC程序的改进、PID参数的设定及其他电气设备的有效维护，可以使涂装线的输送设备运行的稳定性得到稳步的提高。

【关键词】 输送线 故障诊断 电气设备 PLC 可靠性

【Abstract】 Body painting is an important means of protection and decorative car， based on the unique characteristics of the car has a very high level of quality of coating. Body paint production line of electrical control equipment used PLC technology， on-site bus technology， frequency conversion technology， to achieve a production line of various aspects of the device action， state and process parameters strict control， at the same time also to the equipment maintenance and fault diagnosis raised the higher requirements. In this paper， the typical failure method to reduce fault loss and troubleshooting， as PLC program improvements， PID parameter settings and other electrical equipment maintenance， the stability of the coating line equipment running steadily improved.

【Keywords】 electrical equipment site bus PLC reliability fault diagnosis

1 引言

汽车涂装层一般分为底漆、面漆，轿车类一般有中涂。汽车涂装线每个环节都涉及机械运输设备。而输送设备基本都处于自动运行无人操作的情况。控制方式涉及了PLC控制、现场总线技术、变频技术等方面，设备多和控制要求高给设备的维修和故障诊断带来了一定困难。所以要对汽车涂装生产线电气控制设备进行故障分析，并设计在线监测与故障诊断系统、采用方便直观的人机界面，以便对生产线的各种参数、故障状态进行实时集中诊断和控制。

2 涂装线设备常见故障及产生原因

设备故障是指“设备功能失常”也就是设备不能达到预期的工作状态而无法满足应有的性能、功能。判断故障的准则是：在给定的工作状态下，设备的功能与约束条件不能满足正常运行或原设计期望的要求。

涂装线输送线常见故障及产生原因如下：

（1）滑橇在烘干炉内跑偏或在运输链上跑偏，在转运车、转台、升降机处或快链、慢链连接处的相邻工件分隔不开，造成一个工位上两个工件或多个工件连在一起，无法动作。主要的事故原因是由于滑橇在生产线上反复地烘干加热、冷却以及滑橇本身的磨损，滑撬的橇体变形所造成的。

（2）升降机、转台、载运小车不到位。这是因为开关位置调整不好，发号过早或过晚，使停车位置过早或过晚；另外行走电机的制动调整不良，过松或过紧也会影响停车位置；变频器的加减速时间设定不好，减速时间不合适，提前减速或过晚减速都会使升降机、转台、载运小车不到位。

（3）程序运行中出错，设备误动作。会直接导致烘干炉进出口升降机在工件未完全完成工位动作的情况下开始升降，造成工件挤伤和设备故障；会使转运车、转台在工件未到位的情况下开始运行或工件到位后不动作；也会导致运输链末端的停止器误动作，使工件跑出运输链，造成工件损伤或其它故障等。

3 故障处理及减少故障的手段和方法

设备故障分析的目的是找到故障点，确定故障原因，并在此基础上进行故障处理。

3.1 涂装线PLC的控制系统的故障处理

3.1.1 由于输入信号出错产生的输出误动作

可编程序控制器（PLC）是涂装线电气控制的核心，PLC通过对输入信号按PLC程序来控制输出信号。而PLC工作的稳定性、可靠性就成为影响设备的稳定性的最重要的因素，由于PLC本身的可靠性较高，电气故障主要是由于输入信号出错产生的输出的误动作。输入出错的原因主要有：电气线路本身的干扰信号引起输入信号出错；人为误操作引起的输入信号出错；传感器本身的误动作、误发号引起的输入信号出错。

3.1.2 PLC的控制系统的故障处理解决方案

（1）信号屏蔽法。首先对干扰信号进行分析。对输入点进行监控，是否确有个别输入点在运行当中不正常发号，用监控软件或编程器监控其发号。对于有些能找到干扰源的信号可以采用屏蔽干扰源或信号线的方式；对于不好确定干扰源的只能屏蔽信号线。有时，干扰无法确定其来源，但只是偶然瞬间发号，且不会对设备造成到大影响，可不加屏蔽用软件处理。 适当增加必要的安全开关和线路来提高设备的可靠性和安全。

（2）程序改进法。通过改进PLC程序除了可以提高设备的可靠性和安全性外，更重要的是还可以通过PLC程序实现对设备的在线故障监控，及时有效的发现、预防和减少事故的发生，减少破坏性事故。

具体有以下几类：1）完善常规的保护程序，如：驱动站断销保护可以在发生断销（负载过大）或发生其它故障时保护设备的安全。升降进出口占位保险传感器可以防止炉内输送机在出口升降机不在上位时出口，而使工件由炉内出口掉落的现象。滑橇的变形跑偏且原发号机构不容易调整，经常只能接触一侧开关，一但失灵容易掉车，出车就能碰上，采用措施是在原有的发号开关的基础上将其它开关引入其动作程序，增加其可靠性。2）增加防止操作人员误操作的程序：防颤程序，防止操作人员误碰相关的开关、按钮时的误动作可以采用加延时动作，防止误碰开关引起误动作。防误操作程序，即增加限制约条件，在条件不满足时，不允许进行操作，如：上件工位为防止人为误上件造成槽内工件集放时间过长引起工件锈蚀，在第1槽空位延时一段时间后方可允许继续上件，在这时间内按动按钮无效。3）故障状态的检测和重大事故的预防：通过改进PLC程序除了可以提高设备的可靠性和安全性外，更重要的是还可以通过PLC程序实现对设备的在线故障监控及时有效的发现、预防和减少事故的发生，减少破坏性事故。针对关键工位专题研究，专门设计其运行程序，改进电气线路增加必要的开关，通过严密的逻辑关系和严格的限定条件严格控制程序动作，减少破坏性事故的发生。增加错误状态的识别程序。一旦发生突发故障或出现不正常的信号状态及时停机，保护工件及设备的安全。例如：集放链部分前进方向的控制如图3.1所示，当集放链因压缩空气突然停气，集放链出口端挡铁（气动）因无法及时将集放的滑橇挡住（压缩空气突然停气），而运输链继续运转，就会造成集放链的滑橇跑出集放位置将工件强行推入升降机的事故，为避免此类事件的发生，对集放链出口的PLC程序段进行改进，增加了联锁保护，一旦入口前动辊占位，只要有滑橇冲出集放链SL发号，立即将集放链停机，以免发生类似事故。

图3.1 运输链出口及动辊示意图

3.2 变频器保护措施

在机械化运输设备中，根据加减速及调速的需要，变频器的应用较为普遍。

例如：根据工艺的需要，将原来的固定链速的输送机改为变频调速的输送机时，应采用具有强迫冷却风扇的变频器专用电机，以保证电机在恒转矩、低速运行时的可靠运行，变频器输出回路产生的高次谐波会对线槽中的其它信号线产生一定的干扰，调速链的电机线均使用屏蔽线，一端接地，同时将热敏开关接到变频器的控制端子回路中，保护变频电机。根据运输链恒转矩的特性，考虑到低频慢速时的运转特性，变频电机和变频器的功率都适当加大，留有一定余量，变频电机的过流保护由变频器的过电流的参数进行调整。

4 热工设备及其它设备

烘干炉温度不仅和自身的热交换器有关，同时与喷漆室送、排风有关。温控中常见的问题的诊断及处理：

（1）PID参数设定及仪表等主要问题的处理：由PID参数设定问题使得温控滞后或执行机构的振荡，可以合理地试验、设定PID参数；老式的国产温控表容易损坏，工作不稳定，逐步换成（如EISENMANN的KS94系列温控表等）先进仪表。

（2）炉内温度不均衡。涂装线设备工作中往往多个系统共同工作，有可能出现相互干扰的情况。在排除设备本身的故障后，仪表和调功器工作止常后，如果出现炉子一端热的情况，应该检查喷漆室的送排风，调整风量，保证基本止常（送排风量接近），有时风机本身无故障，喷漆室底部的隔栅或水旋堵塞也可引起排风不足，送风偏大，冷气流向炉子涌入的情况。

5 直流电源及其它附属设备故障

有电压无电流或电泳工件时电源打火故障主要原因是接电装置接触不良。前处理、电泳、纯水系统的电气设备因环境潮湿有时会跳闸或出现其它故障，需要及时检查设备，检查其对地及线间绝缘情况。

6 现场总线的应用中的故障处理

在电气设备中PLC的使用中经常应用如现场总线进行通讯，如Profibus。通讯电缆与PLC相联，实现了集中控制，减少了电气线路因恶劣的现场条件导致的老化及其它故障。

网络使用中的常见故障如下：通信瘫痪：主要是由于通信电缆故障和终端电阻导致。如网络在敷设通信电缆过程中存在中间接头，中间接头未处理好引通讯瘫痪，无法与现场模块互联，终端电阻接触不良也可导致上述问题；个别现场模块未联到网络上、脱离。主要是上通信电缆故障或通信电源故障引起，通信电缆和现场模块需要DC24V的的电源，同时也需要模块电源与通信电源分开，通信电源故障时，现场模块无法工作导致脱离；BUS插头接触不良也能引起上述故障。

7 结语

由前面的故障分析及处理的过程可以看出，故障分析是故障处理的前提和基础，而故障处理又是故障分析的最终目的。通过对设备故障的分析及故障类型的统计，可以很方便的建立故障速查系统，及时准确的查找故障点，实现快速维修。通过上述改进措施的实施，一方面改善了PLC程序的适应性，在实际运行中，重大事故的发生的频率得到了有效的控制。由于电气失控造成的升降机掉车、在烘干炉出入口挤车等事故得到有效控制，运输链、转台、转运车由于增加了故障识别，即使发生故障也很少会造成大的设备或质量事故，多数是发生故障停机，设备停止运转，等待处理或复位。另外，对一些干扰信号，在程序中进行了屏蔽，减少了干扰信号对程序运行的干扰，程序的运行的可靠性大大增加。

参考文献：

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