無(wú)線(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )在汽車(chē)涂漆輸送控制系統改造的應用

　　本文介紹了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應用于底漆生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化輸送系統（環(huán)行自行小車(chē)）改造中的過(guò)程，系統改造后不但柔性程度高而且有極高的智能性。

　　由于市場(chǎng)需求的提升，江淮汽車(chē)制造廠(chǎng)原有部分生產(chǎn)系統已不能滿(mǎn)足產(chǎn)能的提升需求：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)；底漆生產(chǎn)線(xiàn)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，部分設備出現老化，故障率很高，維護十分困難。但是原有的工藝槽體還是存在提升潛力的，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)對原生產(chǎn)線(xiàn)瓶頸工位進(jìn)行雙工位改造和增加自行小車(chē)車(chē)組，可以消除瓶頸，但是使用原有控制系統是很難實(shí)現的，勢必要進(jìn)行改造升級。

　　此次江淮汽車(chē)制造廠(chǎng)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。最終達到的產(chǎn)能目標，改造后單排、一排半車(chē)型工藝節拍為210s（原來(lái)為280s），產(chǎn)能提高近30%；雙班日產(chǎn)量達到300臺（原來(lái)為200臺左右）。

　　工藝介紹

　　汽車(chē)涂裝底漆生產(chǎn)線(xiàn)（又稱(chēng)“前處理和電泳生產(chǎn)線(xiàn)”）主要由工藝槽體系統和自動(dòng)化輸送系統組成。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個(gè)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、超濾水洗和去離子水洗。第一個(gè)槽體到最后一個(gè)槽體距離約100m，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)約218m。

　　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)。

　　無(wú)線(xiàn)解決方案的產(chǎn)生

　　盡管底漆生產(chǎn)線(xiàn)動(dòng)作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但我們是在仍生產(chǎn)使用的老線(xiàn)基礎上進(jìn)行改造，而且改造時(shí)間很短（10天左右），風(fēng)險很大。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的滑觸線(xiàn)在移動(dòng)中接觸進(jìn)行取電，提供給移動(dòng)的小車(chē)。這種取電技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但通過(guò)滑觸線(xiàn)和集電器滑動(dòng)接觸進(jìn)行數據通信卻比較特殊和困難：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；二是通信數據量問(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)數據通信方式主要有車(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，改造還受到原有老資源的限制，所以以上方式在短期內都很難實(shí)現。最后我們選用了最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)。無(wú)線(xiàn)的特點(diǎn)是：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 )通信來(lái)解決滑觸線(xiàn)數據通信受限非常適合，無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢特點(diǎn)也很好地滿(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，最終我們確定采用無(wú)線(xiàn)通信的方案，并采用菲尼克斯電氣的無(wú)線(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品。

　　控制系統的實(shí)現

　　1.地面主控系統

　　系統網(wǎng)絡(luò )圖和主要硬件配置如圖1和表所示。

　?。?）在地面設置一臺主控柜（見(jiàn)圖2），選用菲尼克斯電氣（phoenix）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)之間以及輸送系統與工藝設備的數據交換及生產(chǎn)線(xiàn)的所有信息采集與監控。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)通信。

　?。?）主控柜安裝了一臺HMI，選用菲尼克斯電氣TP 12T觸摸屏，對18臺小車(chē)進(jìn)行啟動(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)別和當前工藝節拍狀態(tài)等信息，并能進(jìn)行故障診斷和報警（見(jiàn)圖3）。

　　2.車(chē)載控制單元

　?。?）新制自行小車(chē)18臺，每臺小車(chē)選用菲尼克斯電氣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)端連接，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)通信，從而實(shí)現車(chē)載PLC與地面主控PLC的數據交換。車(chē)載控制單元如圖4所示。

　?。?）新制自行小車(chē)驅動(dòng)改為變頻控制方式，并配置倍加福公司的位置編碼器，通過(guò)RS485接口直接與PLC通信，實(shí)現工藝識別、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，最大限度地實(shí)現小車(chē)的智能化。

　　3.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )單元

　?。?）設置無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端（EC）18臺，在每臺小車(chē)上安裝一個(gè)，通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)與150PLC連接。無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端具有漫游功能，根據信號強弱自動(dòng)選擇離它最近的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)通信，這樣車(chē)載150PLC就可以保持很好地與地面ILC350主PLC數據通信了。

　?。?）設置無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)（AP）2臺。經(jīng)測試實(shí)際用1個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)就可以滿(mǎn)足系統通信需求，最終采用了兩個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的方案，一方面是考慮到其中任一臺出現故障，另一個(gè)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)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端漫游通信，兩個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)都正常時(shí)，不管小車(chē)運行到哪個(gè)位置無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端都能保持與無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的通信距離，保證獲得非常好的通信質(zhì)量?，F場(chǎng)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端以及設置如圖 5、圖6所示。

　　4.滑觸線(xiàn)單元

　　滑觸線(xiàn)單元包括新制的8根滑觸線(xiàn)系統（5根動(dòng)力、3根控制），采用多路供電，均衡補償；新集電器具有雙向作用，既做輸出又做輸入，柔性化高，最大限度地提高了滑觸線(xiàn)的通信能力。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。

　　新系統特點(diǎn)

　　1.一致性的電氣產(chǎn)品

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

　　2.使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)了直接好處

　?。?）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，大幅度降低了現場(chǎng)施工的工作量，最大限度地縮短了現場(chǎng)改造周期。

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

　?。?）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、故障檢查和維護時(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)客戶(hù)端即可。

　　4.安全保障系統

　　通過(guò)對滑觸線(xiàn)的創(chuàng )新改造，我們開(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.定位識別系統十分先進(jìn)

　　先進(jìn)的定位識別系統無(wú)機械磨損，無(wú)需參考點(diǎn)，絕對位置測量，實(shí)時(shí)檢測，最大限度地實(shí)現了小車(chē)的智能化。

　　結語(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電氣的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信可靠，應用在環(huán)行自行小車(chē)自動(dòng)控制系統中能夠充分發(fā)揮其優(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、范圍比較廣且車(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。