高效立体涂装工艺系统的制作方法

1.本发明涉及船舶舾装产品涂装领域，尤其涉及一种高效立体涂装工艺系统。


背景技术：

2.船舶舾装产品涂装作为船舶制造的重要生产工序，是影响生产计划的重要环节。一般舾装产品需要涂两度或者三度漆成品完工，每度漆需要有涂覆间隔保证油漆固化，再加上修补和检验等多个环节，导致施工周期较长，长期占用涂装场地；涂装因其工艺特殊性对施工环境有严格要求，对厂房的温度、湿度、通风等都需要专用成套的设备、设施支持，因此可施工的涂装场地是稀缺资源，也是影响涂装生产进度的重要因素。目前涂装方式是在车间内平铺托盘进行喷涂，车间场地利用率很低。


技术实现要素：

3.本发明基于对目前已有的涂装工艺方法的分析，提供一种在空间上拓展施工场地、充分利用有限空间资源、提高涂装场地利用率、加快涂装生产的涂装工艺系统。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种高效立体涂装工艺系统，其包括：配置在厂房内的喷涂区，所述喷涂区在地面上设置有单层涂装架且用于对工件实施涂装；配置在厂房内的置物区，所述置物区在地面上设置多层的立体支架且用于被涂装的工件送到立体支架上的不同空位区进行干燥、凝固；控制与操作装置，所述控制与操作装置用于卸载、装载运送工件，维持置物区温度的恒定，实时监测污染物的排放情况以及吸收喷涂区的漆雾；
5.所述控制与操作装置包括：plc控制模块，所述plc控制模块的输入端与传感器模块的输出端、voc监测模块的输出端、安全模块的输出端相连，所述plc控制模块的输出端与水幕模块的输入端、恒温控制模块的输入端、通风模块的输入端、移动与提升模块的输入端相连，所述plc控制模块用于向所述移动与提升模块、恒温控制模块、水幕模块与通风模块发送具体的工作指令；传感器模块，所述传感器模块用于向所述plc控制模块传输托盘的位置信息；voc监测模块，所述voc监测模块用于向所述plc控制模块传输污染排放物的信息；安全模块，所述安全模块用于向所述plc控制模块传输紧急控制指令；水幕模块，所述水幕模块根据所述plc控制模块的工作指令吸收喷涂区的漆雾；恒温控制模块，所述恒温控制模块根据所述plc控制模块的工作指令改变置物区的温度；通风模块，所述通风模块根据所述plc控制模块的工作指令向置物区吹风；移动与提升模块，所述移动与提升模块根据所述plc控制模块的工作指令从喷涂区向置物区运输工件；供电模块，所述供电模块通过开关电源向所述控制与操作装置的各模块供电。
6.优选方式下，所述移动与提升模块包括：喷涂区和置物区间设置的轨道输送系统，所述轨道输送系统设置有横移系统和提升系统，所述横移系统与提升系统装设有多个电机，所述plc控制模块通过输出电机正反转指令使装有工件的托盘在所述轨道输送系统的横移系统中左右移动、所述轨道输送系统的提升系统中上下移动。
7.优选方式下，所述传感器模块包括：位移传感器，所述位移传感器用于实时检测所
述移动与提升模块的托盘高度；接近开关，所述接近开关用于实时检测所述移动与提升模块的托盘与置物区、喷涂区的距离。
8.优选方式下，所述安全模块包括多个急停按钮，所述急停按钮用于在紧急情况下手动使运行中的高效立体涂装工艺系统迅速停止。
9.优选方式下，其实现步骤为：
10.s1：装有被涂装工件的托盘，在所述喷涂区进行第一度漆的喷涂；
11.s2：通过所述移动与提升模块将被涂装工件移送至置物区并卸载；其中，所述托盘的移动以水平距离最近、层级最低的空位区为移动目的地并进行移送；
12.s3：所述托盘返回至喷涂区的原位；
13.s4：根据校验或再涂装的要求，所述托盘装载对应置物区的被涂装工件，移送至所述喷涂区进行校验或再涂装；
14.s5：重复上述涂装和校验过程，直至完成施工要求。
15.本发明的有益效果为：喷涂效率高；场地利用率提高；装置安全可靠；工装结构简单，方便组装，经济效益好；喷涂区域固定，避免喷涂时油雾对其他管件的污染。
附图说明
16.图1是本发明的置物区的立体结构示意图；
17.图2是本发明的置物区的侧视图；
18.图3是本发明的置物区的主视图。
19.图4是本发明的位置布置图；
20.图5是本发明的喷涂流程图；
21.图6是本发明的供电模块的设计图；
22.图7是本发明的开关电源的设计图；
23.图8是本发明的plc控制模块原理图1；
24.图9是本发明的plc控制模块原理图2；
25.图10是本发明的plc控制模块原理图3；
26.图11是本发明的电机控制设计图1；
27.图12是本发明的电机控制设计图2；
28.图13是本发明的电机控制设计图3；
29.图14是本发明的提升系统原理图；
30.图15是本发明的传感器模块原理图；
31.图16是本发明的voc监测模块与恒温控制模块的原理图；
32.图17是本发明的安全模块的原理图；
33.图18是本发明的架构图。
34.图中：1、立体支架，2、托盘，3、横移系统，4、提升系统，5、通风模块，6、恒温控制模块，7、voc监测模块，8、管件，9、喷涂区，10、置物区，11、轨道a，12、轨道b，13、轨道c，14、水幕模块。
具体实施方式
35.根据图1、2、3，本发明方法中置物区工装主要包括立体支架1、托盘2、横移系统3、提升系统4。
36.立体支架1分为多层，即两层或两层以上的多层框架结构，具体地，所述多层框架的层数可根据现场空间进行确定，每一层两侧都可以存放载有已涂管子的托盘。载物部分为托盘2，其用以存放已涂管子。横移系统3通过液压装置的作用，将载物部分平移至每一层对应位置。提升系统4通过液压装置的顶升作用，将载物部分送至每一层的高度位置。置物区周围设置通风模块5、恒温控制模块6、voc监测模块7。通风模块5保证空气流通、恒温控制模块6可以保持置物区维持相对恒定温度，有助于油漆的凝固、干燥；voc监测模块7用于污染物排放的检测。如图2，其中框架沿管道方向的长度和两层框架之间高度的比例是3:1。如图3，框架垂直与管道方向的长度与横移系统3垂直与管道方向的长度相同。
37.为了实现本发明所需的全部功能，需分块对各个功能进行设计，整个控制电路的设计分为以下部分：供电模块、开关电源、plc控制模块、移动与提升模块、通风模块、水幕模块、传感器模块、voc监测模块、恒温控制模块、安全模块及人机交互系统。图6-17为上述部分的原理图。图18为本发明整个控制系统的架构图，其中，voc监测系统即为voc监测模块，恒温系统即恒温控制模块，通风系统即通风模块，安全系统即安全模块，水幕即水幕模块。本发明通过人工操控，对整体工装系统进行操作。
38.(1)供电模块与开关电源
39.供电模块为整个涂装系统提供电能，控制箱中有一个主断路器qf1，用来对整个控制箱进行保护。qf2、qf3、qf4为分断路器，分别用来控制voc监测模块、恒温控制模块、移动与提升模块的电机等设备的供电。图中开关电源v1为控制箱中的弱电系统提供供电，电压为直流24v，开关电源先将输出连接到端子排x6和x7，再对plc、继电器、接触器、传感器、电磁阀、触摸屏等进行供电。
40.(2)plc控制模块
41.plc对整个涂装系统进行控制，其中中央处理单元n1选用西门子1512sp-1pn，plc右侧可插入io模块进行扩展。以下对plc扩展模块进行说明。
42.n2为数字量输入模块，可接受来自于外界的信号，如急停、限位开关、原点信号、报警信号等；n3和n4为数字量输出模块，用于控制接触器，继电器等；n5为模拟量输入模块，用于测量提升系统的实时高度；n6为模拟量输出模块，用于控制恒温控制模块的温度。
43.(3)移动与提升模块
44.所述移动与提升模块中，横移系统由输送电机m1进行驱动，plc通过q0.0和q0.1两个输出点对接触器km1和km2进行控制，通过km1和km2的主触点控制电机m1的正转和反转。所述横移系统通过液压装置将载物托盘水平移动到置物区，通过plc模块控制接触器，再由接触器控制交流电机以驱动输送辊道的正转和反转，并通过安装于置物区的接近开关判断载物托盘是否到位以停止水平移动。
45.轨道输送系统由输送电机m2进行驱动，plc通过q0.5和q0.6两个输出点对接触器km1和km2进行控制，通过km3和km4的主触点控制电机m2的正转和反转。轨道输送系统负责将载物托盘在喷涂区和置物区之间来回移动，通过交流变频器驱动输送电机，由于需要移动的位置相对固定，可通过在不同位置放置不同的接近开关以检测载物托盘的位置。
46.提升系统由plc控制，通过拉线位移传感器sqh1可实时检测提升系统的高度，从而实现对提示系统高度的闭环控制。需要控制提升系统时，除了需要控制油泵电机m5，还需要对换向阀y1和y2进行控制，由于换向阀功率较大，已超出plc的最大输出功率，因此y1和y2由继电器kh1和kh2进行间接控制，通过换向阀y1可对提升系统进行抬升控制，通过y2可对提升系统进行下降控制。提升系统的油泵由电机m5进行驱动，plc通过输出点q0.2对接触器km7进行控制，通过km7的主触点控制电机m5的启动和停止。
47.所述提升系统通过液压装置的顶升作用，将载物部分送至每一层的高度位置；提升系统负责将载物托盘垂直移动到置物区的响应层，由于需提升的托盘质量较重，需选用液压升降系统。液压驱动系统由液压泵、换向阀、节流阀、压力阀、油箱、油管、油缸、滤芯检测、液位检测、油温检测等部件组成。
48.其中，液压泵和换向阀分别由接触器和继电器控制，plc通过控制接触器和换向阀以控制油缸的上升和下降，将液压站的滤芯、液位、油温检测等接入plc以监控液压站是否工作正常。
49.为了使提升系统精确送到每一层，提升系统需配备拉线位移传感器以检测托盘的实时高度。
50.(4)通风模块
51.通风系统可保证空气流通，通过接触器控制通风电机即可。具体地，所述通风模块由电机m3进行驱动，plc通过输出点q1.0对接触器km5进行控制，通过km5的主触点控制电机m3的启动和停止。
52.(5)水幕模块
53.水幕模块由电机m4进行驱动，水幕可通过水泵电机实现，进行喷涂操作时，只需控制接触器即可使水泵电机启动。具体地，plc通过输出点q1.1对接触器km6进行控制，通过km6的主触点控制电机m4的启动和停止。所述水幕系统用于吸收喷涂区域漆雾。
54.(6)传感器模块
55.涂装系统需要用到的传感器有接近开关、位移传感器等，接近开关可作为横移系统、轨道输送系统的限位以及原点。对机构的运行起位置保护、位置检测等作用。图中ser1、ser2、ser3为横移系统的限位和原点，ser4和ser5为轨道输送系统的限位。
56.(7)voc监测模块
57.voc监测模块用于污染物排放的检测，当污染物排放超标时，检测系统可输出相应的信号给plc，plc再通过报警装置进行报警。具体地，当排放物超标时，系统可以输出报警信号到plc的输入点di7，通过触摸屏可对此报警进行提示。
58.(8)恒温控制模块
59.恒温控制模块可以保持置物区维持相对恒定的温度，为了使恒温控制模块达到温度可设的目的，plc需将设定的温度进行数模转换，通过模拟量模块将模拟量输出给恒温系统，以达到温度控制的目的。具体地，plc需扩展模拟量输出模块aq4，模拟量输出模块可输出0-10v的模拟量到恒温系统，以此达到温度控制的目的。所述恒温控制系统用于保证置物区温度相对恒定，有助于油漆干燥、固化。
60.(9)安全模块及人机交互系统
61.安全系统主要用于保证人身安全，以及在关键动作时发出报警警告。可在喷涂区
以及置物区设置急停开关、声光报警装置。具体地，安全模块包括在涂装控制系统中设置的多处设定急停按钮，出现紧急情况时可通过急停按钮让运行中的部件迅速停止。系统中在控制箱盒、操作盒两处设定急停按钮。触摸屏是人机交互系统的接口，通过触摸屏可控制系统的启动、停止、参数设定、报警显示、点动操作等。
62.整个电气控制电路采用ice标准进行设计，图中每一个元件都有完整的设备标识符以区分元件类别，各设备标识符所对应的元件如表1所示：
63.表1元件设备标识符表
[0064][0065][0066]
实施例1：
[0067]
以普通舾装产品管两度漆为例，主要施工工艺流程为：喷1
→
补1
→
交1喷2
→
补2
→
交验，如图4所示，在厂房8中，具体施工流程如下：
[0068]
(1)装有待涂的管件8的载物托盘放至带有轨道的提升系统托盘上，在喷涂区9进行第一度漆的喷涂；喷涂区分三层，一层为d1、d2区、二层为e1、e2区、三层为f1、f2区。喷涂区周围设置水幕14，用于吸收喷涂区域漆雾，用以减少漆雾对环境的污染及对涂装产品的影响；
[0069]
(2)通过提升系统将装有已涂一度漆管子的载物托盘沿着轨道a—轨道b—轨道c送至置物区干燥，托盘随后回到原位；置物区分三层，一层为a1区、a2区，二层为b1区、b2区，三层为c1区、c2区。置物区10周围设置通风系统5、voc监测系统7、恒温系统6。通风系统5保证空气流通、恒温系统6可以保持干燥区维持相对恒定温度，有助于油漆的凝固、干燥；voc监测系统7用于污染物排放的检测。
[0070]
(3)重复步骤1，并将载物托盘送至其它置物空位区域相应层数；
[0071]
(4)涂好一度漆的管子在置物区域干燥、凝固后，由提升系统4的托盘p到对应位置取回装有一度漆管子的载物托盘，进行第一次交验；
[0072]
(5)对需要补漆的管子进行补漆喷涂，随后重复步骤2，将补漆后的管子送到空位区域进行干燥、凝固。
[0073]
(6)等待补漆后的管子干燥凝固后，用提升系统的托盘p将其取回，进行二次交验。
[0074]
实施例2：
[0075]
图5是本发明方法喷涂流程图。以待喷涂管舾装p1为例详细说明本实施例的喷涂过程；day1时，在p区喷涂后通过轨道转移至置物区中的a1区；day2时将a1区的p1连同载物托盘送至p区补喷一度漆，补漆后将p1与载物托盘送回a1区；day3时再次将p1送至p区进行交验，合格后喷二度漆，喷漆后送回a1取；day4时取出需补漆的p1至p区补漆后送回a1区晾晒；day5时将p1送至p区交验，完成管舾装p1二度漆的喷涂。
[0076]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。