無(wú)線(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )在汽車(chē)涂裝底漆生產(chǎn)線(xiàn)輸送控制系統改造的應用

　1. 引言

　　由于市場(chǎng)需求的提升，原有的系統已不能夠滿(mǎn)足產(chǎn)能的提升需求。原有的汽車(chē)涂裝底漆生產(chǎn)線(xiàn)存在瓶頸工位，受工藝時(shí)間的限制，節拍時(shí)間長(cháng)。另外原有的汽車(chē)涂裝底漆生產(chǎn)線(xiàn)是采用分段供電的控制方式，所有的動(dòng)作都由地面主控PLC完成，技術(shù)比較落后，柔性差，擴充很難；老系統已使用了10年，部分設備已經(jīng)老化，故障率很高，維護十分困難。

　　但是原有工藝槽體本身還是存在提升的潛力的（槽體空間比較大，能夠放入兩臺車(chē)體進(jìn)行工藝處理）。通過(guò)對瓶頸工位進(jìn)行雙工位改造和增加自行小車(chē)車(chē)組，是能夠消除瓶頸，但要原有控制系統是很難實(shí)現的，勢必要對原有自動(dòng)化輸送控制系統進(jìn)行改造升級。

　　此次底漆生產(chǎn)線(xiàn)的改造，實(shí)際上就是底漆生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化輸送系統（環(huán)行自行小車(chē)）的改造 。通過(guò)此次自動(dòng)化輸送系統的改造，最終達到的產(chǎn)能目標：改造后單排、一排半車(chē)型工藝節拍：210s（原為280S），產(chǎn)能提高近30%，雙班日產(chǎn)達到300臺（原為200臺左右）。

　　2. 工藝介紹

　　工藝說(shuō)明

　　汽車(chē)涂裝底漆生產(chǎn)線(xiàn)（又叫前處理和電泳生產(chǎn)線(xiàn)），它主要由工藝槽體系統和自動(dòng)化輸送系統兩部分組成。它是汽車(chē)涂裝的第一道關(guān)鍵工序，底漆質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到后序工藝，而底漆生產(chǎn)線(xiàn)的輸送機構的自動(dòng)化程度及好壞又直接影響涂裝的質(zhì)量和效率。

　　底漆生產(chǎn)線(xiàn)共有11工藝槽體，依次是：預脫脂、脫脂、第一水洗、表調、磷化、第二水洗、去離子水洗、電泳、UF超濾水洗、超濾水洗、去離子水洗。從第一個(gè)槽體到最后一個(gè)槽體前后長(cháng)100米左右，另外還有上線(xiàn)點(diǎn)、下線(xiàn)點(diǎn)和積放段，整個(gè)環(huán)行滑觸線(xiàn)全長(cháng)218米左右。

　　底漆生產(chǎn)線(xiàn)動(dòng)作過(guò)程是：上線(xiàn)點(diǎn)將焊裝車(chē)間焊好的白車(chē)身裝好在吊具上，吊具升到位后自行小車(chē)帶著(zhù)吊具依次進(jìn)入上述槽體進(jìn)行工藝處理，然后從下線(xiàn)點(diǎn)將電泳好的車(chē)身從吊具中取下，空吊具升到位后，小車(chē)繼續運行，經(jīng)過(guò)積放區重新回到上線(xiàn)點(diǎn)進(jìn)入下一循環(huán)。

　　3. 無(wú)線(xiàn)方案產(chǎn)生

　　盡管底漆生產(chǎn)線(xiàn)動(dòng)作過(guò)程是比較簡(jiǎn)單的，但改造是在仍生產(chǎn)使用的老線(xiàn)的基礎上進(jìn)行改造，而且改造時(shí)間很短（10天左右的時(shí)間），風(fēng)險很大，其余的廠(chǎng)家都因此選擇退出。也就是說(shuō)我們如果也用常規的方案，時(shí)間肯定不夠，但是如果采用新的技術(shù)，可靠性如何來(lái)保證。

　　我們的方案規劃始終圍繞著(zhù)：確?？煽啃?，減少現場(chǎng)施工量，減少編程調試時(shí)間，并且實(shí)現全信息采集的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行

　　自行小車(chē)是物流轉運輸送線(xiàn)的常用設備，它是通過(guò)車(chē)體上安裝集電極和預裝在軌道內滑觸線(xiàn)在移動(dòng)中接觸進(jìn)行取電，提供給移動(dòng)的小車(chē)，這種取電方式已經(jīng)是很成熟的技術(shù)，但通過(guò)滑觸線(xiàn)和集電器滑動(dòng)接觸進(jìn)行數據通訊確是一個(gè)比較特殊和困難的。一是由于滑觸線(xiàn)在軌道內是平行敷設的，并且距離比較近，之間僅有絕緣，線(xiàn)體裸露且沒(méi)有屏蔽層的防護，滑觸線(xiàn)和集電器滑動(dòng)接觸之間存在很大的阻抗，而且滑動(dòng)過(guò)程中接觸的效果也不穩定，還是或多或少的存在干擾和各種不穩定因素。二是通訊數據量問(wèn)題，由于軌道和滑觸線(xiàn)的尺寸、安裝的要求及經(jīng)濟指標等各方面因素的局限，通?；|線(xiàn)數量都采用8 根。目前流行的滑觸線(xiàn)數據通訊方式主要有：車(chē)載PLC到站發(fā)信方式，現場(chǎng)總線(xiàn)（如profibus)方式及調制解調方式。

　　由于本項目改造時(shí)間很短，改造還受原有老資源的限制，所以以上方式在短期內都很難實(shí)現。最后我們想到了最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)。無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢特點(diǎn)：

　　? 覆蓋面廣，頻率高不易受干擾，功率低不易干擾其他設備。

　　?可適應比較惡劣的環(huán)境。

　　?安裝方便，施工快，免除大量的硬線(xiàn)（多芯電纜）施工。

　　?應用界面開(kāi)放，調試維護方便。

　　?擴展容易，柔性程度高。

　　?數據交換量大，速率快。

　　通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊來(lái)解決滑觸線(xiàn)數據通訊受限非常適合，無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢特點(diǎn)也很好的滿(mǎn)足了我們此次改造的需求，經(jīng)測試（包括覆蓋區域、信號強度、抗干擾、實(shí)時(shí)性及數據交換量對網(wǎng)絡(luò )速度的影響等）通過(guò)后，最終才確定采用無(wú)線(xiàn)通訊的方案，并采用菲尼克斯無(wú)線(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品。

　　4. 控制系統的實(shí)現

　　a) 系統網(wǎng)絡(luò )圖

　　無(wú)線(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )在汽車(chē)涂裝底漆生產(chǎn)線(xiàn)輸送控制系統改造的應用

　　b) 主要硬件配置

　　c) 地面主控系統

　　i. 在地面設置一臺主控柜，選用菲尼克斯ILC350ETH PLC作為地面主控PLC，處理所有地面與小車(chē)、小車(chē)與小車(chē)之間、輸送系統與工藝設備的數據交換及生產(chǎn)線(xiàn)所有信息的采集與監控。通過(guò)以太網(wǎng)接口與交換機連接,可直接與無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)(AP)通訊。

　　ii. 主柜安裝了一臺HMI, 選用菲尼克斯公司TP 12T觸摸屏，對18臺小車(chē)進(jìn)行的啟動(dòng)、停止、吊具的升降及各工序工藝時(shí)間的控制和操作；實(shí)時(shí)顯示整線(xiàn)運行情況，在線(xiàn)顯示車(chē)組狀態(tài)、位置、所載工件類(lèi)別、當前工藝節拍狀態(tài)等信息，并能進(jìn)行故障診斷和報警。

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　　d) 車(chē)載控制單元

　　i. 新制自行小車(chē)18臺，每臺小車(chē)的車(chē)載PLC選用菲尼克斯ILC150ETH PLC,完成小車(chē)啟動(dòng)、停止、吊具的升降及各工序工藝時(shí)間的控制，實(shí)現小車(chē)的智能化。通過(guò)以太網(wǎng)接口與無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端（EC）連接，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)(AP)通訊，從而實(shí)現車(chē)載PLC與地面主控PLC的數據交換。

　　ii. 新制自行小車(chē)驅動(dòng)改為變頻控制方式，并配置P+F位置編碼器，通過(guò)RS485接口直接與PLC通訊。實(shí)現包括：工藝識別、定位識別和防撞保護功能，無(wú)機械摩損，無(wú)需參考點(diǎn)，絕對位置測量，實(shí)時(shí)檢測，最大限度的實(shí)現小車(chē)的智能化。

　　e) 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )單元

　　i. 設置無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端（簡(jiǎn)稱(chēng)EC）18臺，在每臺小車(chē)上安裝了一個(gè)EC，通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)與150PLC連接，EC具有漫游功能，根據信號強弱自動(dòng)選擇離它最近的AP通訊，這樣車(chē)載150PLC就可以保持很好的與地面ILC350主PLC數據通訊了。

　　ii. 設置無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)AP）2臺，經(jīng)測試實(shí)際用1個(gè)AP就可以滿(mǎn)足系統通訊需求，最終采用了兩個(gè)AP的方案一方面是考慮到其中任一臺AP出現故障,另一個(gè) AP仍然可以確保網(wǎng)絡(luò )正常運行，起到熱備的作用，提高了系統的可靠性；另一方面采用兩個(gè)AP可以實(shí)現EC漫游通訊，兩個(gè)AP都正常時(shí)，不管小車(chē)運行到哪個(gè)位置EC都能保持與AP的通訊距離，保證獲得非常好通訊質(zhì)量。AP和EC設置如下圖

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　　f) 滑觸線(xiàn)單元

　　i. 新制的8根滑觸線(xiàn)系統，5根動(dòng)力，3根控制；采用多路供電，均衡的補償；新集電器具有雙向作用，即作輸出又作輸入，柔性化高，最大限度的提高了滑觸線(xiàn)的通訊能力，當無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統出現故障時(shí)，新滑觸線(xiàn)系統可摘除故障回路進(jìn)入應急模式，利用3根控制滑觸線(xiàn)保證小車(chē)在網(wǎng)絡(luò )異常情況下可以有條件的運行。

　　g) 通訊程序

　　i. 350PLC通訊程序

　　ii. 150PLC通訊程序

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　　5. 新系統特點(diǎn)

　　1) PLC和無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品都采用了菲尼克斯公司的產(chǎn)品，一致性，兼容性好，結構緊湊，空間最小化。

　　2) 使用了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的直接好處

　　? 安裝簡(jiǎn)單方便，免除了硬線(xiàn)連接所需的排線(xiàn)施工和校驗的工作，大幅度的降低了現場(chǎng)施工工作量，最大限度的縮短現場(chǎng)改造周期。

　　? 根本消除滑觸線(xiàn)聯(lián)絡(luò )方式易產(chǎn)生的抖動(dòng)、干擾、丟失等弊端，特別是解決滑觸線(xiàn)方式信號傳輸量限制的根本問(wèn)題。實(shí)現系統信息的全采集。提高了可靠性和穩定性，也給操作和維護帶來(lái)了方便。

　　? 同時(shí)提供了系統無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，解決了以往自行小車(chē)車(chē)載系統與地面連接的問(wèn)題。在對車(chē)載系統進(jìn)行調試、參數變更、故障檢查、維護時(shí)無(wú)須采用以往空中操作或線(xiàn)控隨行方式，可以在無(wú)線(xiàn)系統覆蓋區域內的任意位置通過(guò)無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端（如筆記本電腦）對系統全部被控點(diǎn)進(jìn)行操作和監控。

　　系統界面全開(kāi)放，調試簡(jiǎn)單方便，節省了開(kāi)發(fā)和調試時(shí)間

　　3) 柔性程度高，擴展容易。將來(lái)要想增加車(chē)組，控制系統只需增加一套車(chē)載控制單元和一臺無(wú)線(xiàn)EC即可。

　　4) 通過(guò)對滑觸線(xiàn)的創(chuàng )新改造，開(kāi)發(fā)了一套安全保障系統，即使無(wú)線(xiàn)出現故障新滑觸線(xiàn)系統也能保障生產(chǎn)線(xiàn)的不停線(xiàn)運行。

　　5) 先進(jìn)的定位識別系統無(wú)機械摩損，無(wú)需參考點(diǎn)，絕對位置測量，實(shí)時(shí)檢測，最大限度的實(shí)現小車(chē)的智能化。

　　6. 結束語(yǔ)

　　此項目現已改造完成，并達到了提升產(chǎn)能的目標，目前項目已通過(guò)了預驗收。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )從調試開(kāi)始到現在一直表現的相當穩定，是此項目取得成功的關(guān)鍵。通過(guò)此項目證明了菲尼克斯無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊可靠，應用在環(huán)行自行小車(chē)自動(dòng)控制系統中能夠充分的發(fā)揮它的優(yōu)勢，性?xún)r(jià)比很高。在國內無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )用在涂裝自行小車(chē)輸送系統中，特別是滑動(dòng)距離比較遠、范圍比較廣、車(chē)組數量多的環(huán)行自行小車(chē)改造項目中是一個(gè)全新的嘗試。