冲压线板料拆垛系统挡料器装置的研发与应用

牛同威，张海龙

（一汽轿车股份有限公司，吉林长春 130012）

0 引言

板料拆垛系统作为自动冲压线中的首道工序，负责分张拾取料垛中的板料，通过传输皮带将其自线首传至下道工序[1]。板料输送系统拾取板料的过程为：①料垛由料垛小车运到拆垛站内；②举升台将料垛顶起至拆垛位置；③分层磁铁运行到位紧靠料垛，将料片分层；④真空吸盘接触料片，拾取板料并提升；⑤板料由带磁性的传输皮带吸附，送至清洗机、涂油机或过渡皮带机准备[2-3]。

在单料垛生产时，料垛四周都有分层磁铁定位，不存在料片偏斜的问题。但随着冲压工艺的发展以及对生产效率要求的提升，1模2件甚至1模4件的品种越来越多，双料垛生产的情况越来越普遍。但生产双料垛时由于分层磁铁无法深入两料垛中间进行定位，因而在板料拾取过程中，极易发生板料偏斜，造成吸盘报警以致停机事件频发，该问题严重影响了生产质量和效率。“板料拆垛系统挡料器装置”属自主研发项目，可有效解决双料垛内侧定位问题，避免板料输送系统真空吸盘抓取板料过程中所发生的双料垛板料位置偏斜问题，并在实际生产中得到良好应用，在国内自动冲压生产线板料输送系统中尚属首例。

1 挡料器结构组成

1.1 可调节伸缩支架

因拆垛站空间有限，板料抓取空间较为狭小，同时双料垛由升降台托起后，2个料垛之间空间也特别狭小。故在单料垛生产时，挡料器主体必须收回，存放在2个分层磁铁之间。这要求挡料器主体结构要紧凑，并具有伸缩存放的功能，本装置由伸缩支架和挡料机构2大部分构成，通过调节伸缩支架长度可调节挡料器位置（图1）。不使用时，挡料器可通过伸缩支架收回至两侧分层磁铁之间，不影响单料垛的生产；在双料垛生产的情况下，通过伸缩支架调节至合理位置，挡料机构打开定位两侧料垛，实现固定双料垛功能。

图1 中间挡料器

1.2 挡料机构

安装于伸缩支架上的挡料机构是本装置的核心，主要由1个双联气缸、一组伸缩支架、一组调整锁销和一对挡料板构成（图2）。

挡料器气动控制部分主要采用双联气缸、两位五通的电磁换向阀、节流阀等元器件，通过典型气动原理实现挡料器的挡料板双向伸出和缩回动作。同时利用双联气缸的结构尺寸小、不回转精度高及抵抗侧面负载力强的特点[4]，保证机构在收回时可以安装在分层磁铁结构中间，在打开时可以与双料垛紧靠，从而限制双料垛板料位置不偏斜（图3）。

图2 挡料机构组成

图3 双联气缸气动控制原理

2 挡料器控制/安全系统

2.1 西门子PLC控制程序

挡料器控制系统采用西门子S7-400系列PLC[5]，可用于对设备的直接控制，也可用于对下一级可编程逻辑控制器进行监控。通过考虑可能影响挡料器使用的所有制约前提条件以及挡料器在板料输送系统中与其他部件动作的逻辑关系，将制约因素转化成输入输出作为PLC控制程序中一部分，实现双联气缸的双向动作，另外加入打开关闭动作的互锁避免误动作的产生（图4）。为提升挡料器装置维修、保养和调试等工作的容易度，程序中增加了手动调试的功能。

图4 挡料器PLC控制程序

图5 安全优先级

2.2 皮尔磁（PILZ）可编程安全系统

为保证工作时设备和人员的安全，防止误动作造成严重后果，本挡料器装置引入安全PLC保护技术，采用皮尔磁可编程安全系统PSS以及安全开放式总线系统SafetyBUSp[6]。该系统由安全总线连接形成局域网保护系统，通过现场总线与PLC、服务器保持实时通讯。自动化程度较高的生产线都具备安全保护系统，通常情况它主要控制运行设备动力源方面。运用冲压自动线板料输送系统中已经设置的安全优先级（图5），引入安全信号到档料器控制程序中：安全升降门作为安全第一层级；安全门以外的保护区域，即光栅保护区域作为安全第二层级。任何一个安全层级被破坏，设备将立即停止。

2.3 安全防护

如果挡料器存放位置或伸出位置不准确，易与料垛相刮碰后造成损坏，为保证对挡料器动作的准确控制，装置采用了接近开关保护装置，通过检测伸缩支架的位置反应挡料器实际定位。在未预选使用挡料器时，其伸缩机构必须收回，料垛升降台才可继续上升；而当预选使用挡料器时，其伸缩机构必须伸出到位后才使用能料垛升降台的升起指令（图6）。

随着料垛逐渐减少，升降台升起到顶部后，中间料垛舌驶出，此时挡料器不再接通打开信号，避免剩余少量板料被挡料器挤压，造成料垛偏移或是变形；当双料垛任一料垛板料清空时（由横向挡块中的2个PNPNO传感器检测），接通气缸关闭信号，两侧挡料板部分收回，避免板料或料盘与挡料器相撞。

2.4 人机界面（Human Machine Interface，HMI）

挡料器可通过HMI进行操作，通过远程I/O、工业以太网、PROFIBUS-DP总线[7]等工业局域网通讯技术，可以对挡料器装置的执行元件进行实时监控。在PC（操作面板）上，即板料输送系统操作面板上增加了挡料器预选操作功能，其实现过程为：利用QNX_HMI面板中预留选项，将该选项编写为挡料器选择模块，在PLC程序中查找到与该参数预选模块对应的DB块相应的位，将预选挡料器功能的数据存储地址写入控制程序前提条件中，实现HMI上该预选功能有效，默认功能双料垛时可选择，单料垛可不选。利用上位机中故障信息存储二进制区，添加挡料器故障文字信息并分配唯一的PLC地址，于PLC程序中添加挡料器报警程序，便于维修人员在挡料器发生故障后迅速识别出故障点。

图6 挡料器安全防护程序（控制升降台上升）

3 实际应用效果

自动冲压生产线“板料拆垛系统挡料器”在一汽轿车股份有限公司冲压车间A线率先使用，随后投入B线使用，同时制定了挡料器的点检与作业指导书，保障挡料器正常操作。在实际运行过程中，本装置可消除由双料垛料片位置偏斜所带来的设备停机，每条生产线每年因消除双料垛板料偏斜停台而节约成本51万元人民币。该挡料器适用于大型的自动生产线，节省投资，运行稳定，维护便捷，便于设备后续的更新和功能扩充。在一汽集团天津丰田公司、北京奔驰公司等类似自动冲压线拆垛系统中均可横向推广使用，具有可观的经济效益和发展前景。

［1］王秀叶，陈朝华.板材冲压自动拆垛上料技术［J］.锻压装备与制造技术，2004（6）：35-37.

［2］李彦蓉，孙晓朋.冲压自动上料及自动出件装置的研究与设计［J］.锻压技术，2010（5）：84-87.

［3］南雷英，戚春晓，孙友松.冲压生产自动送料技术的现状与发展概况［J］.锻压装备与制造技术，2006（2）：18-21.

［4］钱功，荣昉.压力机用安全双联阀回顾及展望(二［)J］.锻压装备与制造技术，2010（2）：21-25.

［5］王丽伟，刘轩.用PLC实现压机的自动控制［J］.洛阳大学学报，2006（2）：72-76.

［6］顾硕.皮尔磁提供完整安全解决方案［J］.自动化博览，2014（2）：30.

［7］陈月婷，何芳.PROFIBUS现场总线技术及发展分析［J］.济南大学学报(自然科学版)，2007（3）：226-230.