汽車涂裝車間空調(diào)系統(tǒng)改進設(shè)想

方丁輝，孫鳳霞，王貴龍

(1.杭州吉利汽車有限公司，杭州 310000 ； 2.黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院，哈爾濱 150000)

0 引言

在焊裝車間完成的白車身，來到涂裝車間，經(jīng)過各種工藝將涂料涂覆于白車身表面。涂裝的過程通常要經(jīng)過清洗、電泳、色漆、清漆等步驟，實現(xiàn)車身防腐、密封、裝飾三大基本功能，使車身看起來更加美觀。因此，涂裝的功能主要是起到保護、裝飾作用，在這一過程中，對自動化、智能化要求較高。本文選取杭州吉利汽車有限公司錢塘基地涂裝車間作為研究對象。車身涂裝廠房內(nèi)清潔度要求高、設(shè)備種類多、自動程度高，涂裝車間的空調(diào)系統(tǒng)擔負重要作用。車身涂裝生產(chǎn)具有能耗大、耗材消耗大、有害固體廢棄物及VOC排放量大。在滿足先進的工藝生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上，涂裝車間空調(diào)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)是保證整體效益最有效的方法。

當今，汽車涂裝行業(yè)發(fā)展迅速，競爭激烈，對噴涂質(zhì)量的要求與日俱增，對溫度、濕度、風速控制精度有了嚴格要求[1]，優(yōu)異的涂裝質(zhì)量離不開高質(zhì)量的環(huán)境，這就對涂裝車間空調(diào)系統(tǒng)提出更高要求。因此，為保證涂裝噴漆室空調(diào)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的溫度、濕度和風速，本文就汽車涂裝空調(diào)系統(tǒng)進行分析與探討，分析如何實現(xiàn)對汽車涂裝空調(diào)系統(tǒng)風機工作狀態(tài)的合理監(jiān)控。

1 背景

涂裝車間的工藝布置一般采用多層立體化、區(qū)域化、潔凈化布局。噴漆系統(tǒng)一般由噴漆室系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、漆霧捕集系統(tǒng)、VOC(Volatile Organic Compounds)廢氣處理系統(tǒng)四部分組成。噴漆室系統(tǒng)給人工噴漆及機器人提供作業(yè)平臺；空調(diào)系統(tǒng)對環(huán)境空氣的溫度、濕度、流速等參數(shù)進行調(diào)節(jié)和控制，使目標環(huán)境的空氣參數(shù)達到一定要求，供給溫濕度及潔凈度滿足要求的空氣；漆霧捕集系統(tǒng)收集處理過噴漆霧；VOC廢氣處理系統(tǒng)由廢氣混風箱、新風消音器、過濾單元、VOC濃縮轉(zhuǎn)輪、潔凈風機、脫附風機、RTO(Regenerative Thermal Oxidizer)燃燒蓄熱裝置、換熱裝置及風管等組成，處理廢氣，滿足環(huán)保要求。

吉利汽車有限公司錢塘基地涂裝車間空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分：噴漆室空調(diào)、工位空調(diào)和廠房空調(diào)。工位空調(diào)是給線上員工作業(yè)供風，因為涂裝車間是個密閉車間，環(huán)境質(zhì)量欠佳，會存在大量有害氣體及粉塵，影響工作人員健康[2]，所以需要補充新鮮空氣，滿足員工的作業(yè)狀態(tài)。廠房空調(diào)主要是給車間整體進行溫濕度調(diào)節(jié)，夏天降溫，冬天升溫。噴漆室空調(diào)是給噴漆室供送排風，因為車輛噴涂新顏色，需要合適的溫度和濕度，所以噴漆室為車身噴漆提供一個滿足溫度、濕度等工藝參數(shù)的封閉室體，噴漆室的結(jié)構(gòu)簡圖，如圖1所示。

圖1 噴漆室的結(jié)構(gòu)簡圖

車身涂膠、噴漆多采用機器人作業(yè)，車間內(nèi)部的車身輸送全自動化，車間總輸送距離長。為滿足車身涂裝多樣化生產(chǎn)，減少能源浪費，廠房設(shè)計上采用密封、隔熱、減震、降噪、全空調(diào)供風方式。噴漆室風平衡的調(diào)節(jié)方法要滿足以下幾點要求：1)調(diào)整噴漆室送風空調(diào)的頻率保證總風量滿足要求；2)調(diào)節(jié)動壓室進風口的調(diào)節(jié)閥保證各個功能段的風量滿足要求，并且保證各功能段送風平衡，不串風；3)調(diào)節(jié)排風管路上的調(diào)節(jié)閥使送、排風量匹配，風向滿足要求(正壓：送風>排風，負壓：送風<排風)；4)工作區(qū)風速的測定應(yīng)在工作區(qū)內(nèi)每平方米測定一個數(shù)值，直至調(diào)試各點風速基本均勻并符合工藝要求。以上調(diào)節(jié)需要風機的配合，必須保證風機的正常運轉(zhuǎn)。而在整個空調(diào)系統(tǒng)工作過程中，為保障生產(chǎn)中人員安全，空調(diào)室體門上裝有安全限位開關(guān)，在生產(chǎn)期間開門會導(dǎo)致設(shè)備停機，這就導(dǎo)致工作人員無法直接通過視覺和聽覺來判斷安裝于室體內(nèi)部風機的實時運行狀態(tài)，存在不確定風險。

噴漆室空調(diào)如果損壞不能正常工作，直接導(dǎo)致車輛噴涂無法進行，損失較大，例如風機故障，若風機出現(xiàn)振動會引起與之相連的負載部分不同心度增高，形成電機負載增大，電機出現(xiàn)超負荷運行，容易導(dǎo)致高溫造成燒毀機器的后果。風機維修復(fù)雜，耗時較長，故障維修會造成長時間設(shè)備停機，影響生產(chǎn)效率。

2 改善目標

空調(diào)系統(tǒng)中，風機溫升、噪音和異味是運行異常出現(xiàn)嚴重故障的前兆，因此空調(diào)系統(tǒng)風機在安裝過程中，風機連接管道都需要采取獨立的管架，不得使用風機本體支撐管道。安裝時，需要使用柔性連接將風機與管道隔開，以免振動傳播，處理熱風的風機需要在出入口安裝膨脹接頭，防止熱增長引起的過度負荷。風機為空調(diào)設(shè)備的關(guān)鍵部件，將直接影響生產(chǎn)的交付工作，因此，工作人員應(yīng)實時掌握風機運行情況，必須隨時發(fā)現(xiàn)異常并查明原因給予排除。針對空調(diào)室是一個密封的工作環(huán)境，本文設(shè)想采取在空調(diào)室內(nèi)部安裝感應(yīng)器，檢測內(nèi)部情況，反饋到外部設(shè)備，外部設(shè)備可實時監(jiān)控空調(diào)室內(nèi)風機運行狀態(tài)，工作人員實現(xiàn)目視化監(jiān)控風機工作狀況，具體設(shè)想網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，如圖2所示。整個架構(gòu)包含傳感器、現(xiàn)場模塊、PLC(Programmable Logic Controller)控制系統(tǒng)、觸摸屏、上位機，共同實現(xiàn)對風機的信息采集和監(jiān)控。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

通過傳感器檢測風機運行工況，進行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場模塊進行分析計算，輸送給PLC控制系統(tǒng)，由PLC控制系統(tǒng)進行計算和分析，進而提前預(yù)判設(shè)備異常狀態(tài)，通過上位機和觸摸屏展示給工作人員，便于工作人員實時監(jiān)控風機等設(shè)備運行情況，減少故障維修次數(shù)和時長。利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進行設(shè)備改造，實現(xiàn)以下目標：1)增加相應(yīng)傳感器，對涂裝關(guān)鍵設(shè)備進行溫度、振動等數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控；2)工作站及觸摸屏記錄數(shù)據(jù)趨勢，便于后續(xù)查詢；3)異常狀態(tài)提前預(yù)警，及時進行預(yù)防性維修。

涂裝車間的噴漆室送排風系統(tǒng)對連續(xù)生產(chǎn)的影響至關(guān)重要，如果風機出現(xiàn)故障，導(dǎo)致送風質(zhì)量或風速達不到要求，就會使得漆膜出現(xiàn)流掛、混色等問題[3]，因此做到對風機的實時監(jiān)控，在減少故障的同時也能提高噴漆的合格率。

3 采取措施

汽車涂裝車間因噴漆要求，需要對溫度、濕度、風速狀態(tài)進行控制，因此空調(diào)系統(tǒng)是涂裝的關(guān)鍵部分，隨著低碳節(jié)能環(huán)保政策的提出，對于涂裝車間空調(diào)系統(tǒng)工作要求越來越高[4]，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，在不影響原空調(diào)系統(tǒng)有效工作前提下，進行空調(diào)風機監(jiān)控設(shè)置。考慮采取如下措施。

3.1 傳感器和PLC控制系統(tǒng)模塊分析

分析傳感器和模塊的工作原理，查閱相應(yīng)傳感器和PLC控制系統(tǒng)模塊資料，了解接線方式，選用傳感器的模擬量輸出信號。

3.2 安裝振動傳感器

為了避免風機振動過大，出現(xiàn)故障，在風機底座上選取合適位置，安裝振動傳感器，用于實時采集風機振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，便于PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測風機振動狀態(tài)。

3.3 傳感器與模塊建立通訊

根據(jù)模塊的數(shù)據(jù)采集原理圖，將傳感器與模塊建立通訊，接口圖如圖3所示。

圖3 傳感器與模塊通訊接口

3.4 系統(tǒng)硬件組態(tài)

選取西門子模塊，根據(jù)西門子模塊的型號，在博圖軟件中進行硬件組態(tài)，并下載到PLC中，至此階段，硬件系統(tǒng)組建工作已經(jīng)全部完成，如圖4所示。

圖4 硬件系統(tǒng)組建

3.5 提取振動數(shù)據(jù)

編寫專用提取振動值程序，將提取到的數(shù)值由整型變量轉(zhuǎn)換為實數(shù)型變量，并利用模擬量縮放功能塊，將數(shù)值等比例轉(zhuǎn)換，根據(jù)監(jiān)控的數(shù)值，設(shè)定報警程序，在風機設(shè)定頻率下，振動值超過設(shè)定值，并持續(xù)1 s就觸發(fā)報警；同時在上位機服務(wù)器記錄報警文本。

3.6 增加數(shù)據(jù)記錄趨勢

在中控室上位機和現(xiàn)場設(shè)備觸摸屏上增加趨勢記錄并存儲，用于歷史數(shù)據(jù)分析。

3.7 添加數(shù)據(jù)實時顯示窗口

將提取出的振動數(shù)據(jù)實時顯示，直觀明了，并同步擴展將設(shè)備電流、啟動設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的好壞等關(guān)鍵參數(shù)實時顯示，電機燒毀，大多數(shù)原因是啟動設(shè)備工作不正常造成的。

4 總結(jié)

通過以上數(shù)據(jù)化實時動態(tài)顯示，既降低工作人員進行巡檢過程中的勞動強度，也減少搶修設(shè)備故障頻次，可以提前預(yù)測故障，避免了突發(fā)狀況造成的維修周期長，有效縮短故障維修周期，提高生產(chǎn)效率。通常情況下每臺風機故障維修時長約5 h左右，若整個公司裝配10臺風機安裝在室體內(nèi)，平均每年損壞約4臺風機。以此計算，每年可以節(jié)省處理異常時間20 h，每次因風機故障導(dǎo)致的停線損失約4 000 元·h-1，每年至少可以節(jié)約能源費用80 000元。由此可見，通過增加相應(yīng)傳感器，對涂裝空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，同時做到異常狀態(tài)提前預(yù)警，避免了突發(fā)狀況造成的長維修周期，縮短故障維修周期，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。