杜尔走珠系统在小颜色喷涂领域中的应用

张 旭（上汽大通汽车有限公司，江苏无锡 214177）

0 引言

在汽车颜色领域，传统汽车行业制造模式现有开发完成的颜色范围已无法满足追求独特个性的80后、90后们，新生代的用户群体有着更张扬的个性化需求，比如张扬个性、不野不皮卡的越野大红色自车展后就形成了一股热潮，与此同时，行业的需求也需要特定的颜色来彰显公司品牌。

当今汽车行业，面对客户日益增长的个性化需求以及行业的特殊需求，车企需要提供定制的颜色供客户选择，譬如京东的红色，DHL的黄色，蔚来的蓝色，消防系统用的橙色，特警系统用的蓝色和黑色等等，这些定制的颜色大都通过改装厂来制作，一般均采用低温漆调制后手工喷漆或贴膜的方法来实现，然而改装厂使用的低温漆喷涂质量无法与整车厂媲美，且价格也高出很多。在这些因素的共同驱动下，一种颜色多样化定制、快速标准化生产的新模式诞生了，即走珠模式，也称为快速换色模式。

1 传统系统存在的问题

随着车型发展、市场需求、C2B（Customer to Business，即消费者到企业）个性化定制增多，车身小颜色的数量也在大量增加，传统的MINI油漆系统已不能及时满足多种多样的小颜色需求。在线生产切换颜色时，需要将小颜色油漆系统进行彻底的清洗，清洗过程将会影响正常的生产且系统清洗困难，清洗不干净时，会产生颜色色差。在换色时间方面，MINI系统换色时间往往超过1 d，换色时间长，换色清洗工作量大，颜色切换时管路中的大量油漆不能回收利用，造成油漆及清洗溶剂的大量浪费。因此，利用传统的系统喷涂小颜色会造成人力、物力的浪费。而使用走珠系统，车辆状态将会通过PLC控制器进行实时跟踪，同时颜色切换时，由管路走珠进行自动清洗，有效地避免了MINI油漆系统存在的清洗困难、清洗周期长等弊病。

2 走珠系统

2.1 系统的构成

简单来说走珠系统由5部分构成：漆站、主线、分配站、终端以及清洗台，大体布局如图1所示。漆站的主要作用是加载油漆，新的颜色投入后在漆站自循环等待发射输送。漆站还包含压缩空气、溶剂供应及回收装置，废溶剂经回收直接排放到废溶剂缸里。主线即输送油漆的主管路，每条主线将负责固定的分配器为机器人或者手工站提供油漆。分配站视喷漆点数量而定，一般1个分配站对应1个喷漆点。终端即主线的末端，主要功能为回收油漆。清洗台用于清洗油漆缸盖，通过电动葫芦将油漆缸盖放到清洗缸里进行清洗。

图1 走珠系统示意图Figure 1 The schematic diagram of EcoSupply P system

2.2 走珠布局及原理

走珠系统顾名思义，即通过珠球来回走动来实现油漆的输送功能。系统一般配置3颗珠球，第1颗珠球用来分隔空气和溶剂，第2颗珠球用来分隔溶剂和油漆，第3颗珠球用来推送油漆，如图2所示。一般为了润滑第1颗走珠，往往会在其前面充一段溶剂。走珠间的溶剂除了润滑珠球外还起到再次清洗管路的作用。

图2 珠球布局示意图Figure 2 The schematic diagram of pearl ball layout

以珠球作为中心点，由源站（珠球发射站）开始，推送清洗溶剂、油漆，压缩空气作为动力顶住珠球前进，并且采用透明管路，对管路中出现的问题可以及时发现或排除，同时为了能够自动控制珠球，实现智能化的人机控制，将管路控制接入PLC控制柜。

通过控制面板使珠球由源站开始发射，推动压缩空气、溶剂及油漆，以输入到各个喷漆站点，当车辆完成喷涂后，由目标站点将珠球推回至源站，以进行下一种颜色的喷涂。

2.3 系统程序与控制

走珠系统采用西门子控制系统，PLC工作站采用S7-319F-3PN/DP；现场总线系统采用ProfiNet/ProfiSafe。现场的操作、演示、模拟以及参数设置均可通过EcoScreen 3D-Onsite实现。通过EcoSupply P的PLC软件，每个喷漆站的错误信息都可以存贮在1个数据块中。车身油漆喷涂数据通过系统控制器的网关或者带TCP/IP 协议的Ethernet总线系统传输到EcoSupply P控制器，如果车身数据失效或不完整，该数据也可通过手动进行输入。所有信号可以通过电子总线模块（ProfiSafe，Ethernet IP/Safety）进行交换，少部分信号接口（如喷房，防火）一般通过浮动触点实现。

整个系统的PLC程序由若干子程序组成，通过对每个子程序的调用来操控着系统各个部分的电磁阀（包括溶剂、压缩空气）的开与关，从而实现整个系统的功能性。

2.4 走珠系统的工艺流程

2.4.1 加载油漆

新的颜色投入系统时，首先按需将油漆注入系统油漆缸中并进行搅拌，将进出口管路接到油漆缸盖上，开启隔膜泵进行自循环。当需要注漆时关闭自循环阀，切换隔膜泵输入压力开始向主管路输送油漆。当主管路油漆填充完成后分配器阀门打开，支管路开始注入油漆。所有支路注漆完成后即等待喷涂。

2.4.2 回流

喷涂完成后系统将进行回流。终端通过压缩空气顶住油漆开始往回流动直至回到漆站缸内。此过程支路不参与回流，分配器至机器人或手枪站的管路油漆将直接排放。

2.4.3 清洗系统

主管油漆全部回收到缸体内后开始执行系统清洗程序，依次对管路终端、源头、漆站以及分支进行清洗，通过压缩空气以及溶剂的反复吹扫清洗彻底清洁系统，主线在回流过程中已经清洗因而不必再清洗。

2.5 换色时间

换色时间取决于以下参数：油漆黏度及性能参数（包括油漆结构黏度、触变性、漂清性）、每个软管的预加载油漆量以及喷涂之后将被回收的油漆量。其中加载与回收油漆量则取决于单个车身的用漆量。

以杜尔走珠系统计算换色时间为例，总的换色时间包括喷涂完成后从分配站回收油漆、珠球的清洗、泵循环系统的清洗、更换油漆桶、珠球软管到涂料换色器及枪站的预加载时间的总和。

3 系统安装与调试

在涂装车间调漆间内规划好油漆系统主体部分的可安装位置，以及油漆管路通过路径及安装位置，同时要考虑到满足主体部分的24个自动工位和12个手工工位所需的油漆量。系统安装完成后，开始进行控制器及管路的清洗与调试，首先将自动清洗机同油漆管路进行连接，用溶剂充分地清洗完管路后，将清洗溶剂放入废溶剂回收系统。进行完相关清洗任务后，将小颜色的油漆投入系统中，进行电气设备的调试，同时调节及控制系统中的空气压力，使油漆管路中的压力完全满足喷涂要求。由于新增的电气控制系统是独立的，安装后需要保证其目视化、操作台和接线盒的匹配，同时需要满足软件的匹配和所有硬件/软件的调试。

在管路安装及控制面板调试过程中，反复进行技术参数的调整，从而完成对油漆的供给、循环、分散、配给、定量、换色、清洗的调试，并完成多种小颜色的喷涂调试，最终确保能满足小颜色的质量要求。

调试过程中需要注意以下几个问题：

（1） 当油漆系统中的油漆长时间不用时，需要及时启用退漆功能，将系统中的油漆及时退出。

（2） 要求系统具有单独的操作台和目视化装置，目视化装置的安放位置尽量靠近走珠系统。在操作台界面上要求显示介质的温度、漆罐内的液位、压力，以及泵、搅拌器的运行状态。必要时设置油漆流量传感器，实时监控管路走珠状态及进入喷涂机器人的油漆流量状态，从而及时控制和排除油漆系统中可能出现的问题。

（3） 在设备调试过程中，要将设备连续运行至少6个工作日，每个工作日换色次数不小于3次。连续运行时做好记录，记录中要包括所有出现的问题、故障、原因、排除方法。如调试无法达到快速切换的效果或存在管路清洗不彻底的现象，需要重复进行调试。

（4） 所有的模拟量监测要保证精确度在±1%以内，开关量监控要保证100%准确。在停产期间，要求对容器中的液位测量值进行监控分析，并且对管道内的压力测量进行泄漏监控方面的分析。而泄漏监控装置要求能够单独通过目视化装置被激活和停止。

（5） 油漆管路建议采用主管路走珠和支管路不走珠的方式，这样能确保更加高效的管路清洗，避免支管中油漆清洗不彻底导致串色的现象，这是目前国外较常采用的一种方式。

4 走珠系统在小颜色喷涂领域中的应用

为满足个性化定制专用车身颜色的需求，提高涂装车间颜色生产的柔性化，降低小颜色油漆的使用量，缩短小颜色油漆的切换时间，减轻涂装车间的生产负担，车间投入了水性漆、油性漆两套走珠系统。系统投入使用后，目前已经完成了十余种小颜色油漆车身的生产。走珠系统根据每次的喷涂用量对系统投入极少的油漆，车辆喷涂完成后，油漆会通过小球推动回流，高效迅速地清洗和切换颜色，不影响主线生产节拍的同时减少了油漆的浪费，走珠系统目前使用状态良好。

走珠系统的投入使用使得每种颜色的生产周期由原来的3 d缩短至目前的1 h，油漆用量由原来的最低350 kg减少至目前的15 kg，单车使用量大幅度降低，极大地缩减了客户订单的生产周期和单车成本，提高了市场竞争力，目前，这种油漆走珠系统也已经应用在了上汽其他工厂。

当然，一套新系统的投入必然也有其弊端。由于管路布置、流量计算等原因，走珠系统的注漆量有限，单车油漆损耗较大的情况下系统只能满足连续几台车的喷涂。批量车喷涂只能采取不推珠模式，即系统只发射两颗珠球，通过隔膜泵源源不断地输送油漆，其效果和大系统以及卫星站相同。

5 结语

走珠系统秉承着“快速”、“高效”、“节约”、“清洁环保”的理念，在传统油漆系统的基础上进行改造，使用的空间、位置、能源与传统油漆系统一样，但最终油漆系统的切换时间、油漆最小投入量均减少80%以上，大大缩减了小颜色车身的生产时间及单车制造成本，同时也减少了大量的有机清洗溶剂，更有利于环保，适应于未来多种多样的小颜色车身的生产。