無(wú)線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

無(wú)線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

?本文介紹了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于底漆生產(chǎn)線自動(dòng)化輸送系統(tǒng)（環(huán)行自行小車）改造中的過(guò)程，系統(tǒng)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，江淮汽車制造廠原有部分生產(chǎn)系統(tǒng)已不能滿足產(chǎn)能的提升需求：涂裝底漆生產(chǎn)線存在瓶頸工位，受工藝時(shí)間的限制，節(jié)拍時(shí)間長(zhǎng)；底漆生產(chǎn)線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(kuò)充很難；老系統(tǒng)已使用了10年，部分設(shè)備出現(xiàn)老化，故障率很高，維護(hù)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(tái)車體進(jìn)行工藝處理。通過(guò)對(duì)原生產(chǎn)線瓶頸工位進(jìn)行雙工位改造和增加自行小車車組，可以消除瓶頸，但是使用原有控制系統(tǒng)是很難實(shí)現(xiàn)的，勢(shì)必要進(jìn)行改造升級(jí)。

??? 此次江淮汽車制造廠底漆生產(chǎn)線的改造，實(shí)際上就是底漆生產(chǎn)線自動(dòng)化輸送系統(tǒng)（環(huán)行自行小車）的改造。最終達(dá)到的產(chǎn)能目標(biāo)，改造后單排、一排半車型工藝節(jié)拍為210s（原來(lái)為280s），產(chǎn)能提高近30%；雙班日產(chǎn)量達(dá)到300臺(tái)（原來(lái)為200臺(tái)左右）。

工藝介紹

??? 汽車涂裝底漆生產(chǎn)線（又稱“前處理和電泳生產(chǎn)線”）主要由工藝槽體系統(tǒng)和自動(dòng)化輸送系統(tǒng)組成。它是汽車涂裝的第一道關(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)線的輸送機(jī)構(gòu)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)線共有11個(gè)工藝槽體，依次是：預(yù)脫脂、脫脂、第一水洗、表調(diào)、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，另外還有上線點(diǎn)、下線點(diǎn)和積放段，整個(gè)環(huán)行滑觸線全長(zhǎng)約218m。

??? 底漆生產(chǎn)線動(dòng)作過(guò)程是：上線點(diǎn)將焊裝車間焊好的白車身裝好在吊具上，吊具升到位后自行小車帶著吊具依次進(jìn)入上述槽體進(jìn)行工藝處理，然后從下線點(diǎn)將電泳好的車身從吊具中取下，空吊具升到位后，小車?yán)^續(xù)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)積放區(qū)重新回到上線點(diǎn)進(jìn)入下一循環(huán)。

無(wú)線解決方案的產(chǎn)生

??? 盡管底漆生產(chǎn)線動(dòng)作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但我們是在仍生產(chǎn)使用的老線基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，而且改造時(shí)間很短（10天左右），風(fēng)險(xiǎn)很大。我們的方案規(guī)劃始終圍繞著：確保可靠性，減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，減少編程調(diào)試時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)全信息采集的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行。

??? 自行小車是物流轉(zhuǎn)運(yùn)輸送線的常用設(shè)備，它是通過(guò)車體上安裝集電極和預(yù)裝在軌道內(nèi)的滑觸線在移動(dòng)中接觸進(jìn)行取電，提供給移動(dòng)的小車。這種取電技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但通過(guò)滑觸線和集電器滑動(dòng)接觸進(jìn)行數(shù)據(jù)通信卻比較特殊和困難：一是由于滑觸線在軌道內(nèi)是平行敷設(shè)的，并且距離比較近，之間僅有絕緣，線體裸露且沒(méi)有屏蔽層的防護(hù)，滑觸線和集電器滑動(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(wěn)定，還是或多或少的存在干擾和各種不穩(wěn)定因素；二是通信數(shù)據(jù)量問(wèn)題，由于軌道和滑觸線的尺寸、安裝的要求及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等各方面因素的局限，通?；|線數(shù)量都采用8根。目前流行的滑觸線數(shù)據(jù)通信方式主要有車載PLC到站發(fā)信方式、現(xiàn)場(chǎng)總線（如Profibus）方式及調(diào)制解調(diào)方式。

??? 由于本項(xiàng)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(nèi)都很難實(shí)現(xiàn)。最后我們選用了最先進(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。無(wú)線的特點(diǎn)是：覆蓋面廣，頻率高不易受干擾，功率低不易干擾其他設(shè)備；可適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境；安裝方便，施工快，免除大量的硬線（多芯電纜）施工；應(yīng)用界面開(kāi)放，調(diào)試維護(hù)方便；擴(kuò)展容易，柔性程度高；數(shù)據(jù)交換量大，速率快。

??? 通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)解決滑觸線數(shù)據(jù)通信受限非常適合，無(wú)線的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)也很好地滿足了我們此次改造的需求。經(jīng)測(cè)試（包括覆蓋區(qū)域、信號(hào)強(qiáng)度、抗干擾、實(shí)時(shí)性及數(shù)據(jù)交換量對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度的影響等）通過(guò)后，最終我們確定采用無(wú)線通信的方案，并采用菲尼克斯電氣的無(wú)線技術(shù)和產(chǎn)品。

控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.地面主控系統(tǒng)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖和主要硬件配置如圖1和表所示。

（1）在地面設(shè)置一臺(tái)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、小車與小車之間以及輸送系統(tǒng)與工藝設(shè)備的數(shù)據(jù)交換及生產(chǎn)線的所有信息采集與監(jiān)控。通過(guò)以太網(wǎng)接口與交換機(jī)連接，可直接與無(wú)線接入點(diǎn)通信。

（2）主控柜安裝了一臺(tái)HMI，選用菲尼克斯電氣TP 12T觸摸屏，對(duì)18臺(tái)小車進(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)顯示整線運(yùn)行情況，在線顯示車組狀態(tài)、位置、所載工件類別和當(dāng)前工藝節(jié)拍狀態(tài)等信息，并能進(jìn)行故障診斷和報(bào)警（見(jiàn)圖3）。

2.車載控制單元

（1）新制自行小車18臺(tái)，每臺(tái)小車選用菲尼克斯電氣ILC150ETH PLC，完成小車啟動(dòng)、停止、吊具的升降及各工序工藝時(shí)間的控制，實(shí)現(xiàn)小車的智能化。通過(guò)以太網(wǎng)接口與無(wú)線客戶端連接，再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線接入點(diǎn)通信，從而實(shí)現(xiàn)車載PLC與地面主控PLC的數(shù)據(jù)交換。車載控制單元如圖4所示。

（2）新制自行小車驅(qū)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(xiàn)工藝識(shí)別、定位識(shí)別和防撞保護(hù)功能，無(wú)機(jī)械摩損，無(wú)需參考點(diǎn)，絕對(duì)位置測(cè)量，實(shí)時(shí)檢測(cè)，最大限度地實(shí)現(xiàn)小車的智能化。

3.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元

（1）設(shè)置無(wú)線客戶端（EC）18臺(tái)，在每臺(tái)小車上安裝一個(gè)，通過(guò)以太網(wǎng)線與150PLC連接。無(wú)線客戶端具有漫游功能，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱自動(dòng)選擇離它最近的無(wú)線接入點(diǎn)通信，這樣車載150PLC就可以保持很好地與地面ILC350主PLC數(shù)據(jù)通信了。

（2）設(shè)置無(wú)線接入點(diǎn)（AP）2臺(tái)。經(jīng)測(cè)試實(shí)際用1個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)就可以滿足系統(tǒng)通信需求，最終采用了兩個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)的方案，一方面是考慮到其中任一臺(tái)出現(xiàn)故障，另一個(gè)仍然可以確保網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，起到熱備的作用，提高了系統(tǒng)的可靠性；另一方面采用兩個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線客戶端漫游通信，兩個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)都正常時(shí)，不管小車運(yùn)行到哪個(gè)位置無(wú)線客戶端都能保持與無(wú)線接入點(diǎn)的通信距離，保證獲得非常好的通信質(zhì)量。現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線接入點(diǎn)和無(wú)線客戶端以及設(shè)置如圖5、圖6所示。

4.滑觸線單元

??? 滑觸線單元包括新制的8根滑觸線系統(tǒng)（5根動(dòng)力、3根控制），采用多路供電，均衡補(bǔ)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的通信能力。當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，新滑觸線系統(tǒng)可摘除故障回路進(jìn)入應(yīng)急模式，利用3根控制滑觸線保證小車在網(wǎng)絡(luò)異常情況下可以有條件的運(yùn)行。

新系統(tǒng)特點(diǎn)

1.一致性的電氣產(chǎn)品

PLC和無(wú)線產(chǎn)品都采用了菲尼克斯電氣的產(chǎn)品，一致性、兼容性好，結(jié)構(gòu)緊湊，空間最小化。

2.使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了直接好處

（1）安裝簡(jiǎn)單方便，免除了硬線連接所需的排線施工和校驗(yàn)的工作，大幅度降低了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，最大限度地縮短了現(xiàn)場(chǎng)改造周期。

（2）根本消除了滑觸線聯(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方式信號(hào)傳輸量限制的根本問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)信息的全采集，提高了可靠性和穩(wěn)定性，也給操作和維護(hù)帶來(lái)了方便。

（3）提供了系統(tǒng)無(wú)線接入點(diǎn)，解決了以往自行小車車載系統(tǒng)與地面連接的問(wèn)題。在對(duì)車載系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、參數(shù)變更、故障檢查和維護(hù)時(shí)無(wú)須采用以往空中操作或線控隨行方式，可以在無(wú)線系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的任意位置通過(guò)無(wú)線客戶端（如筆記本電腦）對(duì)系統(tǒng)全部被控點(diǎn)進(jìn)行操作和監(jiān)控。

（4）系統(tǒng)界面全開(kāi)放，調(diào)試簡(jiǎn)單方便，節(jié)省了開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)間。

3.柔性程度高，擴(kuò)展容易

??? 將來(lái)要想增加車組，控制系統(tǒng)只需增加一套車載控制單元和一臺(tái)無(wú)線客戶端即可。

4.安全保障系統(tǒng)

??? 通過(guò)對(duì)滑觸線的創(chuàng)新改造，我們開(kāi)發(fā)了一套安全保障系統(tǒng)，即使無(wú)線出現(xiàn)故障，新滑觸線系統(tǒng)也能保障生產(chǎn)線的不停線運(yùn)行。

5.定位識(shí)別系統(tǒng)十分先進(jìn)

??? 先進(jìn)的定位識(shí)別系統(tǒng)無(wú)機(jī)械磨損，無(wú)需參考點(diǎn)，絕對(duì)位置測(cè)量，實(shí)時(shí)檢測(cè)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了小車的智能化。

結(jié)語(yǔ)

??? 此項(xiàng)目現(xiàn)已改造完成，并達(dá)到了提升產(chǎn)能的目標(biāo)，目前項(xiàng)目已通過(guò)了預(yù)驗(yàn)收。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從調(diào)試開(kāi)始到現(xiàn)在一直表現(xiàn)相當(dāng)穩(wěn)定，是此項(xiàng)目取得成功的關(guān)鍵。通過(guò)此項(xiàng)目證明了菲尼克斯電氣的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信可靠，應(yīng)用在環(huán)行自行小車自動(dòng)控制系統(tǒng)中能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，性價(jià)比很高。在國(guó)內(nèi)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用在涂裝自行小車輸送系統(tǒng)中，特別是滑動(dòng)距離比較遠(yuǎn)、范圍比較廣且車組數(shù)量多的環(huán)行自行小車改造項(xiàng)目中是一個(gè)全新的嘗試。