杜爾走珠系統(tǒng)在小顏色噴涂領域中的應用

張 旭（上汽大通汽車有限公司，江蘇無錫 214177）

0 引言

在汽車顏色領域，傳統(tǒng)汽車行業(yè)制造模式現(xiàn)有開發(fā)完成的顏色范圍已無法滿足追求獨特個性的80后、90后們，新生代的用戶群體有著更張揚的個性化需求，比如張揚個性、不野不皮卡的越野大紅色自車展后就形成了一股熱潮，與此同時，行業(yè)的需求也需要特定的顏色來彰顯公司品牌。

當今汽車行業(yè)，面對客戶日益增長的個性化需求以及行業(yè)的特殊需求，車企需要提供定制的顏色供客戶選擇，譬如京東的紅色，DHL的黃色，蔚來的藍色，消防系統(tǒng)用的橙色，特警系統(tǒng)用的藍色和黑色等等，這些定制的顏色大都通過改裝廠來制作，一般均采用低溫漆調(diào)制后手工噴漆或貼膜的方法來實現(xiàn)，然而改裝廠使用的低溫漆噴涂質量無法與整車廠媲美，且價格也高出很多。在這些因素的共同驅動下，一種顏色多樣化定制、快速標準化生產(chǎn)的新模式誕生了，即走珠模式，也稱為快速換色模式。

1 傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的問題

隨著車型發(fā)展、市場需求、C2B（Customer to Business，即消費者到企業(yè)）個性化定制增多，車身小顏色的數(shù)量也在大量增加，傳統(tǒng)的MINI油漆系統(tǒng)已不能及時滿足多種多樣的小顏色需求。在線生產(chǎn)切換顏色時，需要將小顏色油漆系統(tǒng)進行徹底的清洗，清洗過程將會影響正常的生產(chǎn)且系統(tǒng)清洗困難，清洗不干凈時，會產(chǎn)生顏色色差。在換色時間方面，MINI系統(tǒng)換色時間往往超過1 d，換色時間長，換色清洗工作量大，顏色切換時管路中的大量油漆不能回收利用，造成油漆及清洗溶劑的大量浪費。因此，利用傳統(tǒng)的系統(tǒng)噴涂小顏色會造成人力、物力的浪費。而使用走珠系統(tǒng)，車輛狀態(tài)將會通過PLC控制器進行實時跟蹤，同時顏色切換時，由管路走珠進行自動清洗，有效地避免了MINI油漆系統(tǒng)存在的清洗困難、清洗周期長等弊病。

2 走珠系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的構成

簡單來說走珠系統(tǒng)由5部分構成：漆站、主線、分配站、終端以及清洗臺，大體布局如圖1所示。漆站的主要作用是加載油漆，新的顏色投入后在漆站自循環(huán)等待發(fā)射輸送。漆站還包含壓縮空氣、溶劑供應及回收裝置，廢溶劑經(jīng)回收直接排放到廢溶劑缸里。主線即輸送油漆的主管路，每條主線將負責固定的分配器為機器人或者手工站提供油漆。分配站視噴漆點數(shù)量而定，一般1個分配站對應1個噴漆點。終端即主線的末端，主要功能為回收油漆。清洗臺用于清洗油漆缸蓋，通過電動葫蘆將油漆缸蓋放到清洗缸里進行清洗。

圖1 走珠系統(tǒng)示意圖Figure 1 The schematic diagram of EcoSupply P system

2.2 走珠布局及原理

走珠系統(tǒng)顧名思義，即通過珠球來回走動來實現(xiàn)油漆的輸送功能。系統(tǒng)一般配置3顆珠球，第1顆珠球用來分隔空氣和溶劑，第2顆珠球用來分隔溶劑和油漆，第3顆珠球用來推送油漆，如圖2所示。一般為了潤滑第1顆走珠，往往會在其前面充一段溶劑。走珠間的溶劑除了潤滑珠球外還起到再次清洗管路的作用。

圖2 珠球布局示意圖Figure 2 The schematic diagram of pearl ball layout

以珠球作為中心點，由源站（珠球發(fā)射站）開始，推送清洗溶劑、油漆，壓縮空氣作為動力頂住珠球前進，并且采用透明管路，對管路中出現(xiàn)的問題可以及時發(fā)現(xiàn)或排除，同時為了能夠自動控制珠球，實現(xiàn)智能化的人機控制，將管路控制接入PLC控制柜。

通過控制面板使珠球由源站開始發(fā)射，推動壓縮空氣、溶劑及油漆，以輸入到各個噴漆站點，當車輛完成噴涂后，由目標站點將珠球推回至源站，以進行下一種顏色的噴涂。

2.3 系統(tǒng)程序與控制

走珠系統(tǒng)采用西門子控制系統(tǒng)，PLC工作站采用S7-319F-3PN/DP；現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用ProfiNet/ProfiSafe?，F(xiàn)場的操作、演示、模擬以及參數(shù)設置均可通過EcoScreen 3D-Onsite實現(xiàn)。通過EcoSupply P的PLC軟件，每個噴漆站的錯誤信息都可以存貯在1個數(shù)據(jù)塊中。車身油漆噴涂數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)控制器的網(wǎng)關或者帶TCP/IP 協(xié)議的Ethernet總線系統(tǒng)傳輸?shù)紼coSupply P控制器，如果車身數(shù)據(jù)失效或不完整，該數(shù)據(jù)也可通過手動進行輸入。所有信號可以通過電子總線模塊（ProfiSafe，Ethernet IP/Safety）進行交換，少部分信號接口（如噴房，防火）一般通過浮動觸點實現(xiàn)。

整個系統(tǒng)的PLC程序由若干子程序組成，通過對每個子程序的調(diào)用來操控著系統(tǒng)各個部分的電磁閥（包括溶劑、壓縮空氣）的開與關，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能性。

2.4 走珠系統(tǒng)的工藝流程

2.4.1 加載油漆

新的顏色投入系統(tǒng)時，首先按需將油漆注入系統(tǒng)油漆缸中并進行攪拌，將進出口管路接到油漆缸蓋上，開啟隔膜泵進行自循環(huán)。當需要注漆時關閉自循環(huán)閥，切換隔膜泵輸入壓力開始向主管路輸送油漆。當主管路油漆填充完成后分配器閥門打開，支管路開始注入油漆。所有支路注漆完成后即等待噴涂。

2.4.2 回流

噴涂完成后系統(tǒng)將進行回流。終端通過壓縮空氣頂住油漆開始往回流動直至回到漆站缸內(nèi)。此過程支路不參與回流，分配器至機器人或手槍站的管路油漆將直接排放。

2.4.3 清洗系統(tǒng)

主管油漆全部回收到缸體內(nèi)后開始執(zhí)行系統(tǒng)清洗程序，依次對管路終端、源頭、漆站以及分支進行清洗，通過壓縮空氣以及溶劑的反復吹掃清洗徹底清潔系統(tǒng)，主線在回流過程中已經(jīng)清洗因而不必再清洗。

2.5 換色時間

換色時間取決于以下參數(shù)：油漆黏度及性能參數(shù)（包括油漆結構黏度、觸變性、漂清性）、每個軟管的預加載油漆量以及噴涂之后將被回收的油漆量。其中加載與回收油漆量則取決于單個車身的用漆量。

以杜爾走珠系統(tǒng)計算換色時間為例，總的換色時間包括噴涂完成后從分配站回收油漆、珠球的清洗、泵循環(huán)系統(tǒng)的清洗、更換油漆桶、珠球軟管到涂料換色器及槍站的預加載時間的總和。

3 系統(tǒng)安裝與調(diào)試

在涂裝車間調(diào)漆間內(nèi)規(guī)劃好油漆系統(tǒng)主體部分的可安裝位置，以及油漆管路通過路徑及安裝位置，同時要考慮到滿足主體部分的24個自動工位和12個手工工位所需的油漆量。系統(tǒng)安裝完成后，開始進行控制器及管路的清洗與調(diào)試，首先將自動清洗機同油漆管路進行連接，用溶劑充分地清洗完管路后，將清洗溶劑放入廢溶劑回收系統(tǒng)。進行完相關清洗任務后，將小顏色的油漆投入系統(tǒng)中，進行電氣設備的調(diào)試，同時調(diào)節(jié)及控制系統(tǒng)中的空氣壓力，使油漆管路中的壓力完全滿足噴涂要求。由于新增的電氣控制系統(tǒng)是獨立的，安裝后需要保證其目視化、操作臺和接線盒的匹配，同時需要滿足軟件的匹配和所有硬件/軟件的調(diào)試。

在管路安裝及控制面板調(diào)試過程中，反復進行技術參數(shù)的調(diào)整，從而完成對油漆的供給、循環(huán)、分散、配給、定量、換色、清洗的調(diào)試，并完成多種小顏色的噴涂調(diào)試，最終確保能滿足小顏色的質量要求。

調(diào)試過程中需要注意以下幾個問題：

（1） 當油漆系統(tǒng)中的油漆長時間不用時，需要及時啟用退漆功能，將系統(tǒng)中的油漆及時退出。

（2） 要求系統(tǒng)具有單獨的操作臺和目視化裝置，目視化裝置的安放位置盡量靠近走珠系統(tǒng)。在操作臺界面上要求顯示介質的溫度、漆罐內(nèi)的液位、壓力，以及泵、攪拌器的運行狀態(tài)。必要時設置油漆流量傳感器，實時監(jiān)控管路走珠狀態(tài)及進入噴涂機器人的油漆流量狀態(tài)，從而及時控制和排除油漆系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題。

（3） 在設備調(diào)試過程中，要將設備連續(xù)運行至少6個工作日，每個工作日換色次數(shù)不小于3次。連續(xù)運行時做好記錄，記錄中要包括所有出現(xiàn)的問題、故障、原因、排除方法。如調(diào)試無法達到快速切換的效果或存在管路清洗不徹底的現(xiàn)象，需要重復進行調(diào)試。

（4） 所有的模擬量監(jiān)測要保證精確度在±1%以內(nèi)，開關量監(jiān)控要保證100%準確。在停產(chǎn)期間，要求對容器中的液位測量值進行監(jiān)控分析，并且對管道內(nèi)的壓力測量進行泄漏監(jiān)控方面的分析。而泄漏監(jiān)控裝置要求能夠單獨通過目視化裝置被激活和停止。

（5） 油漆管路建議采用主管路走珠和支管路不走珠的方式，這樣能確保更加高效的管路清洗，避免支管中油漆清洗不徹底導致串色的現(xiàn)象，這是目前國外較常采用的一種方式。

4 走珠系統(tǒng)在小顏色噴涂領域中的應用

為滿足個性化定制專用車身顏色的需求，提高涂裝車間顏色生產(chǎn)的柔性化，降低小顏色油漆的使用量，縮短小顏色油漆的切換時間，減輕涂裝車間的生產(chǎn)負擔，車間投入了水性漆、油性漆兩套走珠系統(tǒng)。系統(tǒng)投入使用后，目前已經(jīng)完成了十余種小顏色油漆車身的生產(chǎn)。走珠系統(tǒng)根據(jù)每次的噴涂用量對系統(tǒng)投入極少的油漆，車輛噴涂完成后，油漆會通過小球推動回流，高效迅速地清洗和切換顏色，不影響主線生產(chǎn)節(jié)拍的同時減少了油漆的浪費，走珠系統(tǒng)目前使用狀態(tài)良好。

走珠系統(tǒng)的投入使用使得每種顏色的生產(chǎn)周期由原來的3 d縮短至目前的1 h，油漆用量由原來的最低350 kg減少至目前的15 kg，單車使用量大幅度降低，極大地縮減了客戶訂單的生產(chǎn)周期和單車成本，提高了市場競爭力，目前，這種油漆走珠系統(tǒng)也已經(jīng)應用在了上汽其他工廠。

當然，一套新系統(tǒng)的投入必然也有其弊端。由于管路布置、流量計算等原因，走珠系統(tǒng)的注漆量有限，單車油漆損耗較大的情況下系統(tǒng)只能滿足連續(xù)幾臺車的噴涂。批量車噴涂只能采取不推珠模式，即系統(tǒng)只發(fā)射兩顆珠球，通過隔膜泵源源不斷地輸送油漆，其效果和大系統(tǒng)以及衛(wèi)星站相同。

5 結語

走珠系統(tǒng)秉承著“快速”、“高效”、“節(jié)約”、“清潔環(huán)?！钡睦砟?，在傳統(tǒng)油漆系統(tǒng)的基礎上進行改造，使用的空間、位置、能源與傳統(tǒng)油漆系統(tǒng)一樣，但最終油漆系統(tǒng)的切換時間、油漆最小投入量均減少80%以上，大大縮減了小顏色車身的生產(chǎn)時間及單車制造成本，同時也減少了大量的有機清洗溶劑，更有利于環(huán)保，適應于未來多種多樣的小顏色車身的生產(chǎn)。