Özet: Güç ve Serbest (P&F) konveyör sistemi, tamamen işlevsel ve esnek bir malzeme taşıma ekipmanıdır. Sadece iş parçalarını taşımakla kalmaz, aynı zamanda farklı iş parçalarını sıralayabilir ve depolayabilir, bu da onu endüstriyel üretimde geniş bir uygulama alanı haline getirir. Bu makale, bir otomobil fabrikasının kaynak atölyesinden bir örnek alarak, bir P&F konveyör sisteminin mühendislik tasarımını tanıtmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Güç ve Serbest Sistem, Mühendislik Tasarımı, Üretim Otomasyonu

I. Süreç Genel Bakışı

1. Üretim Programı:
A Hattı‘nın kapasitesi iki vardiyada 90.000 araçtır. B Hattı‘nın kapasitesi iki vardiyada 50.000 araçtır. Toplam P&F sistemi kapasitesi iki vardiyada 140.000 araca ulaşmaktadır. Gövde iskeletinin (BIW) maksimum ağırlığı 500 kg‘dır.

2. İşlem Akışı:

• Yükleme İstasyonu: Kaynak atölyesinde kaynak işlemini tamamlayan nitelikli BIW‘ler, P&F konveyör taşıyıcısına aktarılır.
• Depolama Alanı (Biriktirme Alanı): Farklı tipteki BIW‘ler sınıflandırılmış alanlarda depolanabilir.
• Konveyör Hattı: P&F taşıyıcılarında depolanan BIW‘leri boyama atölyesine taşır.

• Boşaltma İstasyonu: BIW‘ler, P&F taşıyıcısından boyama atölyesinin kızaklı konveyörüne aktarılır.

3. Bitki Yapısı:
Tesis, atölye boyunca eşit olarak dağıtılmış proses yüklerine sahip hafif çelik bir yapıdır. Yapısal ızgara, atölyenin uzunluğu boyunca her 8 metrede bir nokta ve genişliği boyunca (atölyeye dik) her 3 metrede bir nokta olacak şekilde düzenlenmiştir. Bu, her kaldırma noktasının 4,5 ton dikey yük ve 0,8 ton yatay yük taşıdığı 3m x 8m‘lik bir ızgara dağılımı ile sonuçlanır.

II. P&F Sistem Güzergahının ve Ana Ekipmanların Belirlenmesi

Sistem Bileşenleri: Yükleme vinci/asansörü, Konveyör hattı, Depolama alanı, Boşaltma vinci/asansörü, Elektrik kontrol sistemi.

1. Yükleme Vinçi/Asansörü (Kaldırıcı):
Hem A hem de B hattının yükleme pozisyonuna birer kaldırıcı monte edilmiştir. Kaldırıcı makaralı konveyörü içeren kaldırıcı segmenti, gerekli yüksekliğe yükselir ve BIW‘yi yerine aktarır. Bekleme pozisyonunun önündeki P&F hattındaki durdurucu açılır ve boş taşıyıcı zincirle kaldırıcı durdurucusuna çekilir. Ardından taşıyıcı, taşıyıcı pim konumlandırma cihazı tarafından konumlandırılır ve yerleştirilir. Kaldırıcı aşağı iner, kaldırıcı makaralı konveyörü iş parçasından ayırır ve iş parçası boş taşıyıcıya yerleşir. Kaldırıcı, alma pozisyonuna kadar inmeye devam eder. Kaldırıcı segmenti durdurucusu açılır ve yüklü taşıyıcı zincirle depolama hattına çekilir.

2. Konveyör Hattı:
Güzergah, atölyedeki diğer ekipmanlarla etkileşime girmemesini sağlayacak şekilde, en bilimsel ve rasyonel yöntemle tasarlanmıştır. Güzergah, BIW taşıma ve depolama gereksinimlerini karşılamaktadır. Toplam güzergah uzunluğu yaklaşık 2000 metredir ve altı ayrı konveyör zincirini kontrol etmek için altı tahrik istasyonu kurulmuştur.

3. Depolama Alanı:
Atölyede üç ana ürün serisi üretildiğinden ve boyahanedeki araçların gerekli sırası kaynak atölyesinin üretim sırasından farklı olduğundan, BIW‘lerin sırası ve depolanması dikkate alınmalıdır. Atölyedeki mevcut koşullar ve alan göz önünde bulundurularak, her biri 20 BIW depolayabilen üç farklı BIW tipini depolamak için üç depolama hattı tasarlanmıştır. Ayrıca, üretime giren BIW‘lerin depolama alanını atlayarak konveyör hattı üzerinden doğrudan boyahaneye gitmesini sağlayan ek bir ekspres kanal da eklenmiştir.

4. Yükleme Vinçi/Asansör:
Yüklenmiş taşıyıcı, zincirle kaldırma durdurucusuna çekilir; burada taşıyıcı pim konumlandırma cihazı taşıyıcıyı yerine yerleştirir. Kaldırıcı gerekli yüksekliğe yükselir, BIW‘yi kaldırır ve BIW taşıyıcıdan ayrılır. Taşıyıcı pim konumlandırma cihazı devre dışı kalır, taşıyıcı durdurucu açılır ve boş taşıyıcı zincirle boşaltma istasyonundan uzaklaştırılır. BIW daha sonra teleskopik bir çatal yardımıyla boya rulo kızağına aktarılır.

III. Ana Güç ve Besleme Sistemi Ekipmanlarının Yapısal Özellikleri ve Performansı

Taşıma sistemi, ürünleri taşımak için 4 inç genişliğinde, tek üniteli, itme başlıklı, ray üstü P&F tipi bir üstten taşıma konveyörü kullanır. Ana bileşenler arasında tahrik ünitesi, gerdirme tertibatı, zincir, taşıyıcı/yardımcı taşıyıcı, itici, düz ray, yatay kavisli ray (makaralı bükümler), dikey kavisli ray, makaslar, taşıyıcı tertibatı, durdurucular, dağıtıcılar (kod çözücüler), güvenlik koruma ağları ve diğer montaj çelik yapıları bulunur. Yapısal formlar aşağıdaki gibidir:

1. Tahrik Ünitesi
Tahrik ünitesi doğrusal bir iletim biçimini benimser. Doğrusal tahrik istasyonu, çekiş zincirini tahrik etmek için bağımsız paletli tipte bir tahrik zinciri ile donatılmıştır. Paletli tipteki tahrik zincirinin kılavuz plakası, çekiş zincirinin dalgalanmasını en aza indirmek ve düzgün sürüşü sağlamak için geniş bir yay şekline sahiptir. Doğrusal tahrik istasyonu, sabit bir çerçeve ve hareketli bir çerçeveden oluşur. Tahrik motoru, değişken frekanslı hız kontrolü kullanır ve aşırı yük koruma cihazı ile donatılmıştır.
Paletli tip doğrusal tahrik ünitesi, bir makine gövdesi, bir yüzer çerçeve, bir dişli motor ve bir tahrik zincirinden oluşmaktadır. Motor, bir kaplin vasıtasıyla redüktörü doğrudan tahrik eder ve doğrusal (dönen) yüzer mekanik aşırı yük korumasına sahiptir. Sağlam destek çerçevesi, tahrik ünitesinin yeterli tahrik gücü sağlamasını garanti eder. Ayarlanabilir gergi tekerleği ve zincir destek mekanizması, zincir dişlisi açıklığının takılmasını ve ayarlanmasını basit ve kullanışlı hale getirir. Aşırı yüklenme durumunda, doğrusal yüzer mekanik aşırı yük koruması zamanında sinyal vererek gücü kesebilir. Her bir bileşene kolay erişim için tahrik ünitesinde bir inceleme platformu kurulmuştur. Manuel yağlama için uygun şekilde konumlandırılmış gres noktaları mevcuttur.

2. Gerdirme Cihazı
P&F konveyörü, sabit ve hareketli çerçeveler arasında makaralı desteklere sahip pnömatik bir gerdirme mekanizması kullanır. Gerdirme cihazının her iki ucuna da yetersiz zincir gerginliğine ve gerdirme cihazının aşırı hareketine karşı koruma sağlamak için limit anahtarları takılmıştır. 800 mm stroklu bir pnömatik gerdirme cihazı seçilmiştir; bu cihaz, bir itici adımına eşit zincir uzunluğunu absorbe edebilmesini sağlar. Ayarlamadan sonra, gerdirme cihazının kullanılmayan stroku, toplam strokun %50‘sinden az değildir. Gerdirme cihazı bir kontrol platformu ile donatılmıştır.

3. Zincir, Arabalı Taşıma Arabası ve İtici
Çekiş zinciri, 45Mn2 çelikten yapılmış standart dövme, sökülebilir bir zincir kullanır. X-458 zincirinin kırılma yükü ve izin verilen gerilimi sırasıyla 216 kN ve 15 kN olup, teorik adım aralığı 102,4 mm‘dir. Zincir, sürünme veya atlama yapmadan çalışmalıdır.
Çekiş zinciri, zincir destek arabaları tarafından desteklenir. Araba gövdesi, yüksek mukavemetli, yekpare dövme bir parçadır. Destek arabası cıvatalarla monte edilir. Makaralar, orta derecede boşluk, düşük direnç, üç katmanlı labirent conta koruması ve harici basınçlı yağlama nipeli sunan, yüksek sıcaklık ve zorlu ortamlarda kullanıma uygun, entegre rulmanlı tekerleklerdir (kafessiz tam bilyalı yatak). Araba düzeni, çekiş zincirinin dikey ve yatay dönüşleriyle rasyonel ve koordinelidir. İtici tarafın her iki tarafında da çift gruplu destek kullanılmalıdır.
Dört tekerlekli bir yük taşıma arabası kullanılır; bu araba bir ön araba, bir arka araba, iki orta araba, bir tamponlu bağlantı çubuğu, bir rijit bağlantı çubuğu ve bir dağıtıcı çubuktan oluşur. Yük arabasının ön arabası çekiş arabasıdır. Ön araba, durdurucu ve arka araba ile birlikte durdurma ve biriktirme işlevlerini gerçekleştirir. Orta arabalar taşıyıcıyı desteklemek için kullanılır. İki takım bağlantı pimi taşıyıcıyı taşıyabilir. Tamponlama fonksiyonlu bir takım bağlantı çubuğu, biriktirme uzunluğunu sağlar ve taşıyıcı setinin tamponlanmasını gerçekleştirir. Ön ve arka arabalar hassas döküm çelikten yapılmıştır. Araba gövdesi ve yan plakaları, arabanın güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için yüksek mukavemetli cıvatalar ve kilit somunları ile bağlanmıştır. Yük arabası, basit kurulum, esnek çalışma, makul yapı, sağlamlık, dayanıklılık ve kolay bakım gereksinimlerini karşılar. Orta derecede boşluk, düşük direnç, iyi sızdırmazlık ve harici basınçlı yağlama nipeli özelliklerine sahiptir.

4. Ray (Düz Ray)
Ray sistemi, kaynakla birbirine bağlanan üç profilli çelik bölümden oluşur ve ray bölümleri arasındaki birleştirme cıvatalama ile sağlanır. Zincir ray sisteminde I10 çelik, troley ray sisteminde ise 4" özel kanal çeliği kullanılır.

5. Yatay Kavisli Ray (Makaralı Virajlar)
Yatay kavisli rayda, zincir rayının yatay dönüş bölümü, çekiş zincirinin doğru yörüngesini ve itici ile araba arasındaki doğru kavrama ilişkisini sağlamak için makaralı bükümlerle donatılmıştır. Yatay dönüş bölümünde, çekiş zinciri, belirli bir sertliğe sahip olan makaralı bükümlerin makaralarıyla temas edecektir. Makaralar, özel olarak yapılmış bir tekerlek oluğu rayına monte edilmiştir. Makaralar, düzenli yağlama için harici yağ nipelli sızdırmaz rulmanlarla donatılmıştır. Yatay kavisli rayın açısı, genel hat düzeniyle belirlenir. Yatay kavisli rayın imalatında kullanılan malzeme, düz ray ile aynıdır.

6. Dikey Kavisli Ray
Dikey kavisli rayın yüzeyi pürüzsüzdür ve kavisli yapısı zincirin gerilimini etkilemez. Ray kavisli yapısı, proses gereksinimlerine göre belirlenir.

7. Makaslar (Dönüş Noktaları)
Anahtarlar, yön değiştirici anahtarlar ve birleştirici anahtarlar olmak üzere ikiye ayrılır.

• Yön Değiştirme Makasları: Bir hattı ikiye bölmek için kullanılır. Yük arabası yön değiştirme makasından geçerken yön seçimi, elektrik kontrol odasındaki PLC tarafından, makasın pnömatik ünitesindeki bir solenoid valf, hava silindiri ve makas dili aracılığıyla otomatik olarak kontrol edilir.
• Birleştirme Makasları: Bunlar, iki hattı tek bir hatta birleştirmek için kullanılan kontrolsüz makaslardır. Yük arabası, makas dilini açmak için arabanın kendisinin itmesine bağlı olarak birleştirme makasından geçer.

8. Taşıyıcı Montajı
Taşıyıcı düzeneği, bir ön araba, iki orta araba, bir arka araba, ön ve arka bağlantı çubukları ve taşıyıcıdan (şablon) oluşur.

9. Tıpa
Durdurucu, hava silindiri tahrikli makaralı durdurma plakası tipindedir. Durdurucu devreye girdiğinde, taşıyıcı tertibatının ön araba iticisini, çekme zinciri itici çubuğundan ayrıldıktan sonra durdurarak konumlandırır. Bu sistem, durdurucu için konum algılama cihazı ile donatılmıştır.

10. Güvenlik Koruma Ağları ve Diğer Montaj Çelik Yapıları
Sistemin ayrılmaz bir parçası olarak, konveyör hattının geçtiği alanlara güvenlik koruma ağları monte edilmiştir. Montaj çelik yapısı, bağımsız kafes askı şemasını benimsemiştir.

IV. P&F Zincir Elektrik Kontrol Sistemi Tasarımı

Elektrik kontrol sistemi, ekipman seviyesi kontrolü için Siemens S7 serisi PLC‘yi temel alarak, Ethernet iletişim modülleri ve fieldbus iletişim modülleri ile yapılandırılmıştır. Hattın otomatik başlatılmasından önce müzikli alarm çalar. Tüm sistem motorlarının ana devresi düşük voltajlı devre kesicilerle donatılmıştır. Kontrol devresi, PLC ve frekans dönüştürücüler tarafından birlikte tamamlanarak motorların yüksek/düşük hız ve ileri/geri çalışmasını sağlar. Aynı zamanda, frekans dönüştürücü kontrol devresi, motorlar için aşırı yük, kısa devre, faz kaybı ve diğer koruma fonksiyonları için arıza çıkışı sağlar.

Saha giriş sinyallerinin alınması ve ayarlama hattı ile boyama atölyesi ile bilgi alışverişi, fieldbus teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilir. Bu teknoloji mükemmel bir açıklığa ve eksiksiz, titiz bir ağ protokolüne sahiptir. PLC ana istasyonu ve altındaki işletme istasyonları, bus üzerinden bir Profibus-DP ağı oluşturarak PLC ile alt istasyonlar arasında güvenilir veri okuma ve yazma işlemlerini sağlar ve sonuç olarak programlama yoluyla tüm hat için otomatik üretim ve proses parametrelerinin otomatik kontrolünü garanti eder. Tüm saha ekipmanlarının durumu da önce PLC‘ye, ardından fieldbus ağı üzerinden merkezi izleme için ana bilgisayara gönderilebilir. Kontrol şeması basittir, yapısı özlüdür ve bakımı kolaydır. Ayrıca, kontrol kabini, ekipmanın çalışma durumunu görüntülemek ve hızlı arıza sorgulaması yapmak için bir dokunmatik ekranla donatılmıştır.

P&F zincir elektrik kontrol sistemi, bir Ana Kontrol Paneli (MCP), üç Uzaktan Kontrol Paneli (RCP) ve dokuz İşletme İstasyonundan (OS) oluşmaktadır. MCP, Kaynak P&F Zinciri Ana Kontrol Paneli‘dir; RCP‘ler, P&F Zinciri Elektrik Kontrol Kabinleri RCP01, RCP02 ve RCP03‘tür; OS‘ler ise İşletme İstasyonları BS01, BS02, BS03, BS04, BS05, BS06, BS07, BS08 ve BS09‘dur. Bunlardan BS01, BS03 ve BS09 İşletme İstasyonları dokunmatik ekranlarla donatılmıştır.

P&F zincir tahrik sistemi 6 adet tahrik motorundan oluşmaktadır: M1, M2, M3, M4, M5 ve M6.

P&F Zincir Hattı Başlatma Prosedürü:

Kaynak P&F Zincir MCP‘sinin içindeki ana devre kesiciyi kapatarak RCP01, RCP02 ve RCP03‘e güç sağlayın → RCP01, RCP02 ve RCP03 içindeki PLC‘lere, elektrikli cihazlara ve BS01 ila BS09 işletim istasyonlarına güç sağlamak için RCP01, RCP02 ve RCP03 içindeki devre kesicileri kapatın → İşletim istasyonlarının içindeki PLC‘lere ve elektrikli cihazlara güç sağlamak için işletim istasyonlarının içindeki devre kesicileri kapatın → Her şey normal ise, kontrol gücü bir tuşla kapatılabilir ve kontrol gücü gösterge ışığı yanar → Uzaktan İstasyon RCP01‘e gidin, hat çalışma modunu seçin: "Yarı Otomatik", "Bakım" veya "Otomatik" → Zincir hattını çalıştıran M1, M2, M3, M6, M4 ve M5 tahrik motorlarının çalışmasını sağlamak için Uzaktan Kumanda İstasyonu içindeki motor devre kesicilerini kapatın. → Uzaktan Kumanda İstasyonu RCP01‘e gidin ve "Sistem Başlat" düğmesine basın.

"Bakım" modu seçilirse, Sistem Başlatma gösterge ışığı yanar. "Yarı Otomatik" veya "Otomatik" mod seçilirse, zincir hattı otomatik olarak çalışmaya başlar ve Sistem Başlatma gösterge ışığı yanar.

P&F Zincir Hattı Durdurma Prosedürü:

Uzaktan Kumanda Paneli RCP01‘e gidin ve "Sistem Durdur" düğmesine basın. Zincir hattı durur ve Sistem Durdur gösterge ışığı yanar.

Zincir hattı çalışma modları "Yarı Otomatik", "Bakım" ve "Otomatik"tir. Hat çalışma modu "Bakım" ise, bakım personeli tarafından hata ayıklama için LF1, LF2 kaldırıcıları ve durdurucular manuel olarak çalıştırılabilir. Hat çalışma modu "Yarı Otomatik" veya "Otomatik" ise, tüm sevk görevlileri ve durdurucular yalnızca zincir hattı çalışırken çalışabilir. Zincir hattı acil durdurma durumuna geçerse, tüm sevk görevlileri ve durdurucular zincir hattı yeniden başlatılana kadar mevcut durumlarını koruyacaktır.
Ekipman arızası meydana gelirse, uzaktan kumanda panelindeki, işletim istasyonundaki veya buton kutusundaki acil durdurma düğmesine hemen basın. Arıza onarımı tamamlandıktan sonra, zincir hattı yalnızca "Arıza Sıfırlama" düğmesine basıldıktan sonra yeniden çalıştırılabilir.

Üretim Göstergesi Testi:

"Test Göstergesi" düğmesine basın; tüm ışıklar yanar ve bir bip sesi duyulur. Düğmeyi bırakmak testi durdurur.

Günümüzde otomobil üreticileri tarafından kullanılan üstten taşıma konveyörleri sadece iş parçaları ve araç gövdelerini taşımakla kalmıyor; çok yüksek otomasyon derecesine sahip, eksiksiz bir mekanik ve elektrik kontrol sistemi oluşturuyor. Birden fazla araç gövdesi tipinin eş hat üretimini destekleyebiliyor ve üretim gereksinimlerine göre araç gövdelerinin taşınmasını ve depolanmasını sağlayabiliyor. Transfer istasyonunun hassas konumlandırma ve otomatik transfer gerektirmesi durumunda, tüm P&F konveyör sistemi, kaynak atölyesinde tamamlanan BIW‘leri (Boyama Gövdeleri) manuel işçi müdahalesine gerek kalmadan boyama atölyesine hassas bir şekilde teslim edebiliyor.