自動(dòng)化在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的應(yīng)用

王金彬

三菱電機(jī)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司 北京 10000

電動(dòng)汽車(chē)的“心臟”就是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，每輛新能源汽車(chē)都需要電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出與控制。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制器及變速器構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和其他機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)及開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等多種。

無(wú)論哪種電動(dòng)機(jī)，評(píng)價(jià)其優(yōu)劣有三方面指標(biāo)：

1）控制性，包括響應(yīng)時(shí)間、控制精度、高效率區(qū)間、溫升及可靠性等。

2）性能，包括功率密度、轉(zhuǎn)速范圍、容量密度、過(guò)載能力以及電動(dòng)機(jī)質(zhì)量、體積、功率因素等。

3）經(jīng)濟(jì)性，包括價(jià)格、耐久性、維護(hù)成本等。

各大電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家都在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中圍繞提高這三方面的指標(biāo)做努力。下面分別從生產(chǎn)制造和自動(dòng)化控制兩方面淺談三菱電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)特點(diǎn)。

生產(chǎn)制造

1.生產(chǎn)制造全自動(dòng)

三菱電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線全自動(dòng)化，定子、轉(zhuǎn)子、合裝、輸送及檢測(cè)等生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 三菱電動(dòng)機(jī)機(jī)生產(chǎn)線流程

以扁線永磁同步電動(dòng)機(jī)定子線為例，工序包括疊片、插紙、HairPin成型、插線、壓線、擴(kuò)口、線端扭頭、線端切平、線端焊接、BUSBAR焊接及電測(cè)試等，工位之間由輸送線連接。涉及的生產(chǎn)設(shè)備主要技術(shù)與工藝包括：絕緣紙插入、HairPin成型、扭頭、漆包線切齊、連接線焊接、涂布、滴漆、磁鋼裝配、充磁、表磁檢測(cè)、鐵芯堆疊、壓裝及定子入套等。其中，銅線上料、部件抓取，一般采用RH-6CRH-7020-D型機(jī)器人和JE系列伺服。對(duì)于細(xì)微銅絲送料，采用輸送型張力控制裝置，如張力值 >0.5g，則繞線速度 <50m/s。發(fā)夾成型目前采用2個(gè)/s的高速成型機(jī)，并需要采用高性能的R32MTCPU運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行多軸同步控制。

2.應(yīng)檢盡檢

1）生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)對(duì)所有的進(jìn)貨（原材料、外協(xié)零件）實(shí)行100%檢測(cè)，確保所有的材料和零件符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2）各工序之間100%檢測(cè)。例如絕緣紙插入后進(jìn)行絕緣性能檢測(cè)，而不是直接進(jìn)行發(fā)夾插線。再如，線端切平、焊接是要分別進(jìn)行視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)和通電檢測(cè)，以確保沒(méi)有虛焊和漏焊。

這樣的工藝設(shè)置，在生產(chǎn)準(zhǔn)備和生產(chǎn)周期上很麻煩，也占用大量的時(shí)間，但與產(chǎn)品質(zhì)量相比，多付出的這些成本是值得的。另外，對(duì)于焊接、續(xù)線接合等工藝還需要微電弧、激光、熱壓焊、超聲波及微型點(diǎn)膠等特殊工藝。對(duì)于轉(zhuǎn)子/定轉(zhuǎn)子合裝、旋變調(diào)零、安規(guī)測(cè)試等也有相應(yīng)的專(zhuān)機(jī)和專(zhuān)有技術(shù)。

自動(dòng)化控制

自動(dòng)化控制是高節(jié)拍（提高生產(chǎn)效率）、高穩(wěn)定性、高性價(jià)比的保障。由于檢測(cè)工序增加，質(zhì)量監(jiān)測(cè)、追蹤系統(tǒng)強(qiáng)化，必須增加檢測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備，加長(zhǎng)了生產(chǎn)流程。為了保持產(chǎn)能不變，需要加快生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率。主要措施就是采用已經(jīng)驗(yàn)證過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化方案，包括標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備硬件模組、標(biāo)準(zhǔn)化軟件、網(wǎng)絡(luò)等。

電驅(qū)動(dòng)自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。電氣硬件配置包括通過(guò)CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)連接機(jī)器人、伺服控制系統(tǒng)、IO-Link網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程I/O等各種設(shè)備，收集生產(chǎn)設(shè)備中的數(shù)據(jù)信息。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備硬件模組推薦配置見(jiàn)表1。標(biāo)準(zhǔn)化軟件包包括標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)庫(kù)和應(yīng)用庫(kù)，具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備硬件模組推薦配置

表2 標(biāo)準(zhǔn)化軟件包

圖2 電驅(qū)動(dòng)自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)架構(gòu)

生產(chǎn)線設(shè)備統(tǒng)一操作畫(huà)面如圖3所示。內(nèi)容有主畫(huà)面、手動(dòng)操作畫(huà)面、報(bào)警操作畫(huà)面、PLC狀態(tài)顯示畫(huà)面、I/O狀態(tài)監(jiān)控畫(huà)面、網(wǎng)絡(luò)診斷畫(huà)面、伺服系統(tǒng)操作畫(huà)面、變頻器操作畫(huà)面及生產(chǎn)計(jì)劃排班畫(huà)面等。以下以主畫(huà)面和網(wǎng)絡(luò)診斷畫(huà)面舉例說(shuō)明。

圖3 生產(chǎn)線設(shè)備統(tǒng)一操作畫(huà)面

（1）主畫(huà)面 在畫(huà)面頂部的狀態(tài)欄中，包含了最多12個(gè)區(qū)域的狀態(tài)、畫(huà)面名稱、站位/用戶信息、日期時(shí)間、PLC狀態(tài)、語(yǔ)言選擇和操作員登錄（密碼管理），畫(huà)面底部提供了預(yù)定義的畫(huà)面導(dǎo)航。如圖4所示。

圖4 主畫(huà)面

（2）網(wǎng)絡(luò)診斷（CC-Link IE TSN Diagnostic）畫(huà)面CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)診斷包含兩幅畫(huà)面，如圖5所示。第一幅可以顯示CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)主站模塊以及各個(gè)從站的狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，將代表各個(gè)從站的小方塊放置在設(shè)備/產(chǎn)線布局圖中以便更快找到該站點(diǎn)的具體位置。第二幅畫(huà)面顯示從站具體的診斷信息和故障記錄，并將故障記錄導(dǎo)出到U盤(pán)中，方便網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題分析。這套軟件不僅可以用于裝配生產(chǎn)線，還可以用于機(jī)械加工等離散型制造行業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

圖5 CC-Link IE TSN網(wǎng)絡(luò)診斷畫(huà)面

以上是三菱電機(jī)在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線應(yīng)用中的體會(huì)，文中也只是從個(gè)別工藝點(diǎn)談應(yīng)用，難免有認(rèn)識(shí)不足和不全面的問(wèn)題，請(qǐng)業(yè)界行家批評(píng)指正。