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圖爾克BL ident I/O系統和TBEN-S I/O模塊在卡車催化轉化器安全模具更換中的應用

  2018年03月23日  

  大型發動機產生大量廢氣。因此,卡車的廢氣清潔系統被相應調整。最多6個催化轉化器系統可清潔大型卡車發動機的廢氣。用于汽車和卡車的催化轉化器由三個主要單元組成:整體式陶瓷載體(單塊),纏繞在載體上的纖維層和外部金屬管。陶瓷載體具有蜂窩狀結構。蜂窩結構涂有催化活性的貴金屬。在顯微鏡下,可以看到這種涂層是非常粗糙的。因此,涂層的表面積可高達100平方米/克。可將碳氫化合物和氮氧化物轉化成二氧化碳、水和氮氣的一氧化碳的催化作用就發生在該表面上。

  纖維層可確保在外部金屬管內的正確定位,并且必須具有精確的正確密度以便廢氣不會流過整體式載體。外部金屬管提供了與車輛發動機和下游廢氣管路的過程連接。主要的汽車制造商根據催化轉化器的類型,在他們的車輛廠中自己安裝這三個基本元件和其他部件,并提供整體式陶瓷載體、纖維層和管道。

  硬填料 vs. 軟填料

  安裝催化轉化器有兩種不同的方法:硬填料和軟填料。采用硬填料時,帶纖維層的整體式載體在壓力作用下被插入到預先擴大到所需尺寸的金屬管中。采用軟填料時,帶纖維層的整體式載體被松散插入到外殼中,然后壓縮(或者收縮)到所需尺寸。

  無論采用哪種方法,催化轉化器在自動化制造單元中的安裝都是高度復雜的。因此,許多知名車輛制造商現在轉向位于Neu-Ulm附近Stra?的Swabian鎮的 Kirschenhofer Maschinen GmbH。該專用設備制造商專門從事這些類型的安裝機器,已經積累了相當豐富的專業知識。目前該公司共有25名員工,制造的機器是該領域的技術領導者。

  靈活性和可追溯性

  在該主要卡車制造商的安裝設備中,最多可生產60多種不同類型的催化轉化器。這些催化轉化器的尺寸不同,具有圓形、橢圓形或多邊形橫截面,并且也使用硬填料或軟填料工藝制造。安裝設備必須提供高度的靈活性,以便處理所有型號,而無需任何改裝時間。

  每個催化轉化器中安裝的金屬管、纖維層和整體式載體的批次必須在10年后仍可追溯。這樣可以在任何召回操作時將成本或者圖像損壞保持在最低限度。

 

  RFID模具識別

  制造過程中機器可以防止和檢測生產故障。例如,檢查整體式載體邊緣是否存在裂紋和損壞,并移除所有故障部件。采用硬填料工藝時,金屬管必須擴展到所需尺寸。根據后續催化轉化器的幾何尺寸,所需的不同模具被裝夾到機器中,并且通常在一個生產批次后更換。這在一天中會進行多次,每個批次為200至1000 個催化轉化器,生產速度約為每分鐘一個催化轉化器。由于模具被儲存在中央高貨架倉庫中,并且它們也被用于其他機器,因此客戶需要一個自動化模具識別系統。

  “客戶使用20種不同的模具。特定模具的ID號被存儲在RFID標簽上。機器使用ID號來檢查插入的模具是否正確,只有正確時才會拉伸金屬管。”Thomas Sch?n 解釋道,他是Kirschenhofer的程序員。由于機器施加的作用力為30到60噸,使用錯誤的模具會造成巨大破壞和重大生產故障。

  模具識別過程通過圖爾克的RFID BL ident系統實施。為此模具裝有T W-R30-M-K2標簽,這些標簽嵌在金屬內。圖爾克的緊湊型TN-Q14 HF讀寫頭被安裝在模具架上。“我們之所以選擇圖爾克的RFID讀寫頭是因為其緊湊設計。”Kirschenhofer的電氣部門主管Craig Craill說道。Q14的高度只有14毫米,而提供的最大讀寫距離高達72毫米。盡管讀寫距離在金屬環境中會縮短,但仍然足以保護讀寫頭,避免與模具碰撞。

  可選磨損檢測

  來自Kirschenhofer的另一種機器類型(德國主要的汽車制造商已經在十多個車型中使用)同樣在拉伸過程后檢查管道直徑,并將測量值與存儲在標簽上的公差值進行比較。這個附加選項的好處是機器可以在拉伸期間檢測模具的任何磨損,任何材料故障或操作錯誤。管道的最大直徑和最小直徑也被存儲在卡車催化轉化器現有設備的標簽上。因此如果需要該功能,可以方便地進行改裝。

  靈敏的機器人手爪

  空載和滿載管在設備的兩個加工站之間通過機器人手爪運輸。氣動手爪必須根據金屬管是滿載還是空載來施加不同的壓力。帶有氣動手爪的機械臂必須使用2.5 bar壓力來夾緊空管,以免將其壓扁。機器人將金屬管移動到插入工作站,在該工作站上裝入帶纖維層的整體式載體。隨后必須使用6 bar壓力夾緊重量約為20 kg 的金屬管,以免其從手爪中掉落。

  Profinet I/O模塊維修方便,節省時間

  使用圖爾克的緊湊型TBEN-S2-4AO Profinet I/O模塊將相關模擬值傳送到氣動閥。IP67模塊被直接安裝在機械臂上,并將模擬值從控制器傳送到閥門。帶模擬輸入的 TBEN-S2-4AI模塊將氣動閥的模擬值反饋給控制器。“ 我們以前將所有裝置都單獨接線。有一個巨大的電纜導管,并且需要大量的接線工作。現在我們只需要一根Profinet電纜和一根電源電纜。”Craig Craill解釋說,“現在的解決方案維修也更加方便。如果客戶出現問題,我們查看該模塊就可以精確來了解正在發生的問題。”另一種機器人手爪只需運輸已填裝的金屬管,因此也可以使用帶數字輸入/輸出的I/O模塊進行管理。為此,Kirschenhofer使用帶8個通道的通用型TBENS1-8DXP模塊,這些通道都可被用作輸入或輸出。

  模具座中的三個讀寫頭確保使用了正確的模具

 

  “采用這種設計的其他I/O模塊的問題在于他們沒有自己的IP地址,但是必須通過內部總線訪問。我還可以毫不費力地根據需要擴展圖爾克系統。”Craill在說明 TBEN-S與其他備選產品之間的差異時說道。

  圖爾克的TBEN-S多協議模塊兼容三種工業以太網協議,因此不僅可用于Profinet網絡,而且還可用于 EtherNet/IP和Modbus TCP網絡。“我們只使用 Profinet,盡管我們一再被美國客戶詢問我們是否也使用Allen-Bradley控制器。”Craill說道,“然而,我們仍然有自己的標準,并且只有我們繼續保持才可以經濟地工作。我們必須在技術上理解我們系統的所有細節。”

  展望

  Craig Craill很期待最近推出的TBEN-S2-RFID模塊。你可以在總線模式下,采用線性拓撲連接32個可尋址讀寫頭。這可以減少從讀寫頭到RFID接口的布線工作。此外,所需的接口數量更少,這反過來可以節省成本和空間。

標簽:圖爾克 BL ident I O系統我要反饋
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