Streszczenie: System przenośników Power & Free (P&F) to w pełni funkcjonalne i elastyczne urządzenie do transportu materiałów. Nie tylko transportuje on elementy obrabiane, ale także umożliwia sortowanie i magazynowanie różnych elementów, co czyni go szeroko stosowanym w produkcji przemysłowej. Niniejszy artykuł przedstawia projekt techniczny systemu przenośników P&F, wykorzystując przykład warsztatu spawalniczego fabryki samochodów.

Słowa kluczowe: System zasilania i swobodnego przepływu, Projektowanie inżynieryjne, Automatyzacja produkcji

I. Przegląd procesu

1. Program produkcji:
Przepustowość linii A wynosi 90 000 pojazdów na dwie zmiany. Przepustowość linii B wynosi 50 000 pojazdów na dwie zmiany. Całkowita przepustowość systemu P&F wynosi 140 000 pojazdów na dwie zmiany. Maksymalna masa całkowita zabudowy (BIW) wynosi 500 kg.

2. Przebieg procesu:

• Stanowisko załadunkowe: Zakwalifikowani spawacze BIW, po zakończeniu spawania w warsztacie spawalniczym, są przenoszeni na przenośnik taśmowy P&F.
• Strefa składowania (obszar akumulacji): W strefach tajnych można składować różne rodzaje BIW.
• Linia przenośnikowa: Transportuje dokumenty BIW przechowywane na przenośnikach P&F do warsztatu malarskiego.

• Stacja rozładunkowa: BIW-y są przeładowywane z przenośnika P&F na przenośnik ślizgowy warsztatu malarskiego.

3. Struktura rośliny:
Zakład ma lekką konstrukcję stalową, a obciążenia procesowe są równomiernie rozłożone w całym warsztacie. Siatka konstrukcyjna składa się z 1 punktu na 8 m wzdłuż długości warsztatu i 1 punktu na 3 m wzdłuż szerokości (prostopadle do warsztatu). Daje to siatkę o wymiarach 3 m x 8 m, przy czym każdy punkt podnoszenia przenosi obciążenie pionowe o masie 4,5 tony i obciążenie poziome o masie 0,8 tony.

II. Określenie trasy systemu P&F i głównego wyposażenia

Elementy systemu: winda załadowcza, przenośnik taśmowy, strefa magazynowa, winda rozładunkowa, system sterowania elektrycznego.

1. Winda załadowcza (winda):
Jeden podnośnik jest zainstalowany na stanowisku załadunku zarówno Linii A, jak i Linii B. Segment podnośnika, zawierający przenośnik rolkowy podnośnika, podnosi się na wymaganą wysokość i przenosi BIW na miejsce. Ogranicznik na linii P&F przed stanowiskiem oczekiwania otwiera się, a pusty wózek jest ciągnięty przez łańcuch do ogranicznika podnośnika. Następnie wózek jest pozycjonowany i pozycjonowany za pomocą sworznia pozycjonującego. Podnośnik opuszcza się, oddzielając przenośnik rolkowy podnośnika od przedmiotu obrabianego, który osiada na pustym wózku. Podnośnik kontynuuje opuszczanie do stanowiska odbioru. Ogranicznik segmentu podnośnika otwiera się, a załadowany wózek jest ciągnięty przez łańcuch do linii magazynowej.

2. Linia przenośnikowa:
Trasa została zaprojektowana w sposób maksymalnie naukowy i racjonalny, zapewniając, że system transportu nie koliduje z innymi urządzeniami w warsztacie. Trasa spełnia wymagania dotyczące transportu i magazynowania materiałów sypkich (BIW). Całkowita długość trasy wynosi około 2000 metrów, z 6 stanowiskami napędowymi sterującymi sześcioma oddzielnymi łańcuchami przenośnika.

3. Strefa magazynowa:
Ponieważ warsztat produkuje trzy główne serie produktów, a wymagana kolejność pojazdów w lakierni różni się od kolejności produkcji w spawalni, należy uwzględnić kolejność i sposób przechowywania pojazdów BIW. W oparciu o rzeczywiste warunki i dostępną przestrzeń w warsztacie, zaprojektowano trzy linie magazynowe do przechowywania trzech różnych typów pojazdów BIW, z których każda może pomieścić 20 pojazdów BIW. Zastosowano również dodatkowy kanał ekspresowy, dzięki któremu pojazdy BIW trafiające do warsztatu omijają obszar magazynowy i trafiają bezpośrednio do lakierni linią przenośnikową.

4. Winda/podnośnik rozładowczy:
Załadowany wózek jest ciągnięty za pomocą łańcucha do ogranicznika podnośnika, gdzie urządzenie pozycjonujące sworzeń ustala położenie wózka. Podnośnik unosi się na wymaganą wysokość, unosi wózek BIW, który oddziela się od wózka. Urządzenie pozycjonujące sworzeń wózka rozłącza się, ogranicznik wózka otwiera się, a pusty wózek jest odciągany od stanowiska rozładunkowego za pomocą łańcucha. Wałek BIW jest następnie przenoszony za pomocą wideł teleskopowych na płozę wałka malarskiego.

III. Cechy konstrukcyjne i wydajność głównego sprzętu systemu P&F

System transportu wykorzystuje do transportu produktów jednoczęściowy, nadtorowy przenośnik P&F o szerokości 4 cali (10 cm), z głowicą popychającą i nadtorowy. Główne elementy składowe to: jednostka napędowa, urządzenie napinające, łańcuch, wózek/wózek pomocniczy, popychacz, tor prosty, tor poziomy z łukiem (z zakrętami rolkowymi), tor pionowy z łukiem, zwrotnice, zespół przenośnika, ograniczniki, urządzenia dyspozytorskie (dekodery), siatki zabezpieczające oraz inne stalowe konstrukcje instalacyjne. Formy konstrukcyjne są następujące:

1. Jednostka napędowa
Jednostka napędowa wykorzystuje przekładnię liniową. Liniowa stacja napędowa jest wyposażona w niezależny łańcuch napędowy typu gąsienicowego, który napędza łańcuch trakcyjny. Płyta prowadząca gąsienicowego łańcucha napędowego ma kształt dużego łuku, aby zminimalizować wahania łańcucha trakcyjnego i zapewnić płynną jazdę. Liniowa stacja napędowa składa się z ramy stałej i ramy ruchomej. Silnik napędowy wykorzystuje regulację prędkości za pomocą zmiennej częstotliwości i jest wyposażony w zabezpieczenie przeciążeniowe.
Liniowy układ napędowy typu gąsienicowego składa się z ramy maszyny, ramy pływającej, silnika przekładniowego i łańcucha napędowego. Silnik napędza bezpośrednio reduktor za pośrednictwem sprzęgła i jest wyposażony w liniowe (obrotowe) pływające mechaniczne zabezpieczenie przeciążeniowe. Solidna rama nośna zapewnia wystarczającą siłę napędową układu napędowego. Regulowane koło napinające i mechanizm podtrzymujący łańcuch ułatwiają i uprzyjemniają montaż oraz regulację luzu zazębienia łańcucha. W przypadku przeciążenia, liniowe pływające mechaniczne zabezpieczenie przeciążeniowe może zasygnalizować i odciąć zasilanie w odpowiednim czasie. Platforma inspekcyjna znajduje się przy układzie napędowym, zapewniając łatwy dostęp do każdego podzespołu. Punkty smarowania są dogodnie rozmieszczone, co umożliwia ręczne smarowanie.

2. Urządzenie napinające
Przenośnik P&F wykorzystuje pneumatyczny mechanizm napinający z rolkowymi podporami pomiędzy ramą stałą i ruchomą. Wyłączniki krańcowe są zainstalowane na obu końcach urządzenia napinającego, aby zabezpieczyć je przed niedostatecznym naciągiem łańcucha i nadmiernym wysunięciem urządzenia napinającego. Wybrano pneumatyczne urządzenie napinające o skoku s = 800 mm, co zapewnia możliwość obciążenia łańcucha o długości równej jednej podziałce popychacza. Po regulacji niewykorzystany skok urządzenia napinającego wynosi co najmniej 50% skoku całkowitego. Urządzenie napinające jest wyposażone w platformę inspekcyjną.

3. Łańcuch, wózek (wózek pomocniczy) i popychacz
Łańcuch trakcyjny wykorzystuje standardowy kuty, rozłączalny łańcuch, wykonany ze stali 45Mn². Łańcuch X-458 ma obciążenie zrywające i dopuszczalne napięcie odpowiednio 216 kN i 15 kN, przy teoretycznym skoku 102,4 mm. Łańcuch musi pracować bez pełzania i podskakiwania.
Łańcuch napędowy jest podtrzymywany przez wózki podtrzymujące łańcuch. Korpus wózka jest integralną, kutą częścią o wysokiej wytrzymałości. Wózek podtrzymujący jest montowany za pomocą śrub. Rolki to integralne koła łożyskowe (z pełnym zestawem kulek bez koszyka), charakteryzujące się umiarkowanym luzem, niskim oporem, trójwarstwowym uszczelnieniem labiryntowym oraz zewnętrznym smarownikiem ciśnieniowym, dzięki czemu nadają się do stosowania w wysokich temperaturach i trudnych warunkach. Układ wózka jest racjonalny i skoordynowany z pionowymi i poziomymi obrotami łańcucha napędowego. Podparcie dwugrupowe powinno być stosowane po obu stronach popychacza.
Używany jest czterokołowy wózek transportowy, składający się z jednego wózka przedniego, jednego wózka tylnego, dwóch wózków środkowych, jednego amortyzatora korbowego, jednego sztywnego korbowodu i jednego drążka rozdzielczego. Przedni wózek wózka transportowego jest wózkiem trakcyjnym. Wózek przedni współpracuje z ogranicznikiem i wózkiem tylnym, aby realizować funkcje zatrzymywania i gromadzenia. Wózki środkowe służą do podtrzymywania wózka. Dwa zestawy sworzni łączących mogą podtrzymywać wózek. Jeden zestaw korbowodów z funkcją buforowania zapewnia długość gromadzenia i realizuje buforowanie zestawu nośnego. Wózki przednie i tylne wykonane są z precyzyjnego odlewu stalowego. Korpus wózka i płyty boczne są połączone za pomocą śrub o wysokiej wytrzymałości i nakrętek zabezpieczających, aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność wózka. Wózek transportowy spełnia wymagania dotyczące prostej instalacji, elastycznej obsługi, rozsądnej konstrukcji, solidności, trwałości i wygodnej konserwacji. Ma umiarkowany luz, niski opór, dobre uszczelnienie i zewnętrzne smarowniczki ciśnieniowe.

4. Tor (tor prosty)
Tor składa się z trzech sekcji z profilowanej stali, połączonych spawaniem, a połączenie między sekcjami odbywa się poprzez skręcanie. Tor łańcuchowy wykonany jest ze stali I10, a tor tramwajowy ze specjalnej stali kanałowej o średnicy 4 cali.

5. Tor poziomy zakrzywiony (zakręty rolkowe)
Pozioma sekcja skrętu toru łańcuchowego w poziomym torze łukowym jest wyposażona w łuki rolkowe, aby zapewnić prawidłową trajektorię łańcucha napędowego i prawidłowe zazębienie między popychaczem a wózkiem. W poziomej sekcji skrętu łańcuch napędowy styka się z rolkami łuków rolkowych, które charakteryzują się określoną twardością. Rolki są zamontowane w specjalnie wykonanym rowku toru. Rolki są wyposażone w uszczelnione łożyska z zewnętrznymi smarowniczkami, zapewniającymi regularne smarowanie. Kąt poziomego toru łukowego jest określony przez ogólny układ linii. Materiał użyty do produkcji poziomego toru łukowego jest taki sam, jak w przypadku toru prostego.

6. Tor zakrzywiony pionowo
Powierzchnia pionowej, zakrzywionej szyny jest gładka, a jej krzywizna nie wpływa na naprężenie łańcucha. Krzywizna szyny jest dobierana zgodnie z wymaganiami procesu.

7. Rozjazdy
Przełączniki dzielą się na przełączniki przekierowujące i przełączniki zbieżne.

• Przełączniki przełączające: Służą do podziału jednej linii na dwie. Wybór kierunku, gdy wózek z ładunkiem przejeżdża przez przełącznik przełączający, jest automatycznie kontrolowany przez sterownik PLC w sterowni elektrycznej za pomocą zaworu elektromagnetycznego, siłownika pneumatycznego i języczka przełącznika w jednostce pneumatycznej przełącznika.
• Rozjazdy zbieżne: Są to rozjazdy niesterowane, służące do łączenia dwóch linii w jedną. Wózek transportowy przejeżdża przez rozjazd zbieżny, polegając na samym wózku, który otwiera iglicę rozjazdu.

8. Zespół nośny
Zespół nośny składa się z wózka przedniego, dwóch wózków środkowych, wózka tylnego, przedniego i tylnego korbowodu oraz uchwytu.

9. Korek
Blokada wykorzystuje napędzaną siłownikiem pneumatycznym rolkę blokującą. Po uruchomieniu, blokada zatrzymuje przedni popychacz wózka zespołu nośnego po odłączeniu go od pręta popychacza łańcucha trakcyjnego, ustalając jego położenie. System jest wyposażony w urządzenie wykrywające położenie blokady.

10. Siatki ochronne i inne konstrukcje stalowe do montażu
Integralną częścią systemu są siatki zabezpieczające, instalowane w miejscach, gdzie przebiega linia przenośnika. Stalowa konstrukcja instalacyjna wykorzystuje niezależny system zawieszeń kratownicowych.

IV. Projekt układu sterowania elektrycznego łańcucha P&F

System sterowania elektrycznego wykorzystuje sterownik PLC serii Siemens S7 jako rdzeń sterowania na poziomie urządzeń, skonfigurowany za pomocą modułów komunikacji Ethernet i magistrali komunikacyjnej. Przed automatycznym uruchomieniem linii rozbrzmiewa alarm muzyczny. Obwód główny wszystkich silników systemu jest wyposażony w wyłączniki niskiego napięcia. Obwód sterowania jest uzupełniany przez sterownik PLC i przetwornice częstotliwości, co pozwala na uzyskanie wysokiej/niskiej prędkości obrotowej oraz pracy silników w przód/w tył. Jednocześnie obwód sterowania przetwornicy częstotliwości zapewnia wyjście sygnału błędu, sygnalizującego przeciążenie, zwarcie, zanik fazy i inne funkcje zabezpieczające silniki.

Pozyskiwanie sygnałów wejściowych z terenu oraz wymiana informacji z linią regulacyjną i lakiernią odbywa się w oparciu o technologię fieldbus. Technologia ta charakteryzuje się doskonałą otwartością i kompletnym, rygorystycznym protokołem sieciowym. Stacja nadrzędna PLC i znajdujące się pod nią stacje operatorskie tworzą sieć Profibus-DP za pośrednictwem magistrali, zapewniając niezawodny odczyt i zapis danych między PLC a podstacjami, a ostatecznie gwarantując automatyzację produkcji i automatyczne sterowanie parametrami procesu dla całej linii poprzez programowanie. Stan wszystkich urządzeń terenowych może być również przesyłany najpierw do PLC, a następnie do komputera nadrzędnego w celu scentralizowanego monitorowania za pośrednictwem sieci fieldbus. Schemat sterowania jest prosty, struktura zwięzła, a konserwacja wygodna. Dodatkowo, szafa sterownicza jest wyposażona w ekran dotykowy do wyświetlania stanu pracy urządzeń i szybkiego wyszukiwania usterek.

System sterowania elektrycznego łańcuchem P&F składa się z jednego głównego panelu sterowania (MCP), trzech paneli zdalnego sterowania (RCP) oraz dziewięciu stanowisk operacyjnych (OS). MCP to główny panel sterowania łańcuchem spawalniczym P&F; RCP to szafy sterowania elektrycznego łańcuchem P&F RCP01, RCP02 i RCP03; OS to stanowiska operacyjne BS01, BS02, BS03, BS04, BS05, BS06, BS07, BS08 i BS09. Spośród nich stanowiska operacyjne BS01, BS03 i BS09 są wyposażone w ekrany dotykowe.

Układ napędowy łańcuchowy P&F składa się z 6 silników napędowych: M1, M2, M3, M4, M5 i M6.

Procedura uruchomienia linii łańcuchowej P&F:

Zamknij główny wyłącznik obwodu wewnątrz łańcucha spawalniczego P&F MCP, aby zasilić RCP01, RCP02 i RCP03 → Zamknij wyłączniki obwodu wewnątrz RCP01, RCP02 i RCP03, aby zasilić sterowniki PLC, urządzenia elektryczne wewnątrz RCP01, RCP02 i RCP03 oraz stanowiska operacyjne BS01 do BS09 → Zamknij wyłączniki obwodu wewnątrz stanowisk operacyjnych, aby zasilić sterowniki PLC i urządzenia elektryczne wewnątrz stanowisk operacyjnych → Jeśli wszystko jest w porządku, można zamknąć zasilanie sterujące kluczem, a kontrolka zasilania sterującego zaświeci się → Przejdź do stacji zdalnej RCP01, wybierz tryb pracy linii: „Półautomatyczny”, „Konserwacja” lub „Automatyczny” → Zamknij wyłączniki silników wewnątrz Stacji Zdalnej, aby umożliwić uruchomienie silników napędowych M1, M2, M3, M6, M4 i M5, napędzających linię łańcuchową. → Przejdź do Stacji Zdalnej RCP01 i naciśnij przycisk „Uruchomienie systemu”.

W trybie „Konserwacja” zapala się kontrolka uruchomienia systemu. W trybie „Półautomatycznym” lub „Automatycznym” linia łańcucha uruchomi się automatycznie, a kontrolka uruchomienia systemu zaświeci się.

Procedura zatrzymania linii łańcucha P&F:

Przejdź do Panelu zdalnego sterowania RCP01 i naciśnij przycisk „Zatrzymanie systemu”. Łańcuch zatrzyma się, a kontrolka zatrzymania systemu zaświeci się.

Linia łańcuchowa działa w następujących trybach: „Półautomatyczny”, „Konserwacyjny” i „Automatyczny”. W trybie „Konserwacyjnym” podnośniki LF1, LF2 oraz ograniczniki można obsługiwać ręcznie, co ułatwia personelowi konserwacyjnemu ich sprawdzenie. W trybie „Półautomatycznym” lub „Automatycznym” wszystkie dyspozytory i ograniczniki mogą działać tylko wtedy, gdy linia łańcuchowa pracuje. W przypadku zatrzymania awaryjnego linii łańcuchowej wszystkie dyspozytory i ograniczniki pozostaną w aktualnym stanie do momentu ponownego uruchomienia linii.
W przypadku awarii sprzętu należy natychmiast nacisnąć przycisk zatrzymania awaryjnego na panelu zdalnego sterowania, stanowisku operacyjnym lub skrzynce z przyciskami. Po usunięciu usterki, linia łańcuchowa może zostać ponownie uruchomiona dopiero po naciśnięciu przycisku „Reset awarii”.

Test wskaźnika produkcji:

Naciśnij przycisk „Wskaźnik testu”. Wszystkie kontrolki zapalą się, a towarzyszyć temu będzie dźwięk brzęczyka. Zwolnienie przycisku spowoduje zatrzymanie testu.

Obecnie przenośniki nadziemne stosowane przez producentów samochodów nie służą wyłącznie do transportu detali i nadwozi; stanowią one kompletny system sterowania mechanicznego i elektrycznego o bardzo wysokim stopniu automatyzacji. Mogą one obsługiwać współliniową produkcję wielu typów nadwozi oraz realizować transport i składowanie nadwozi zgodnie z wymaganiami produkcyjnymi. Stacja transferowa wymaga precyzyjnego pozycjonowania i automatycznego transferu. Cały system przenośników P&F może precyzyjnie dostarczać gotowe elementy BIW ze spawalni do lakierni, bez konieczności ręcznej obsługi.