無線網絡應用于底漆生產線自動化輸送系統（環行自行小車）改造中的過程

天津聯進電子工程有限公司 工藝與裝備

本文介紹了無線網絡應用于底漆生產線自動化輸送系統（環行自行小車）改造中的過程，系統改造后不但柔性程度高而且有極高的智能性。

由于市場需求的提升，江淮汽車制造廠原有部分生產系統已不能滿足產能的提升需求：涂裝底漆生產線存在瓶頸工位，受工藝時間的限制，節拍時間長；底漆生產線采用分段供電的控制方式，所有的動作都由地面主控PLC完成，技術比較落后，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，能夠放入兩臺車體進行工藝處理。通過對原生產線瓶頸工位進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是很難實現的，勢必要進行改造升級。

此次江淮汽車制造廠底漆生產線的改造，實際上就是底漆生產線自動化輸送系統（環行自行小車）的改造。最終達到的產能目標，改造后單排、一排半車型工藝節拍為210s（原來為280s），產能提高近30%；雙班日產量達到300臺（原來為200臺左右）。

工藝介紹

汽車涂裝底漆生產線（又稱“前處理和電泳生產線”）主要由工藝槽體系統和自動化輸送系統組成。它是汽車涂裝的第一道關鍵工序，底漆質量的好壞，直接關系到后序工藝，而底漆生產線的輸送機構的自動化程度及好壞又直接影響涂裝的質量和效率。

底漆生產線共有11個工藝槽體，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。第一個槽體到最后一個槽體距離約100m，另外還有上線點、下線點和積放段，整個環行滑觸線全長約218m。

底漆生產線動作過程是：上線點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入上述槽體進行工藝處理，然后從下線點將電泳好的車身從吊具中取下，空吊具升到位后，小車繼續運行，經過積放區重新回到上線點進入下一循環。

無線解決方案的產生

盡管底漆生產線動作過程比較簡單，但我們是在仍生產使用的老線基礎上進行改造，而且改造時間很短（10天左右），風險很大。我們的方案規劃始終圍繞著：確保可靠性，減少現場施工量，減少編程調試時間，并且實現全信息采集的出發點進行。

自行小車是物流轉運輸送線的常用設備，它是通過車體上安裝集電極和預裝在軌道內的滑觸線在移動中接觸進行取電，提供給移動的小車。這種取電技術已經非常成熟，但通過滑觸線和集電器滑動接觸進行數據通信卻比較特殊和困難：一是由于滑觸線在軌道內是平行敷設的，并且距離比較近，之間僅有絕緣，線體裸露且沒有屏蔽層的防護，滑觸線和集電器滑動接觸之間存在很大的阻抗，而且滑動過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；二是通信數據量問題，由于軌道和滑觸線的尺寸、安裝的要求及經濟指標等各方面因素的局限，通常滑觸線數量都采用8根。目前流行的滑觸線數據通信方式主要有車載PLC到站發信方式、現場總線（如Profibus）方式及調制解調方式。

由于本項目改造時間很短，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現。最后我們選用了最先進的無線網絡通信技術。無線的特點是：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境；安裝方便，施工快，免除大量的硬線（多芯電纜）施工；應用界面開放，調試維護方便；擴展容易，柔性程度高；數據交換量大，速率快。

通過無線網絡通信來解決滑觸線數據通信受限非常適合，無線的優勢特點也很好地滿足了我們此次改造的需求。經測試（包括覆蓋區域、信號強度、抗干擾、實時性及數據交換量對網絡速度的影響等）通過后，最終我們確定采用無線通信的方案，并采用菲尼克斯電氣的無線技術和產品。

控制系統的實現

1.地面主控系統

系統網絡圖和主要硬件配置如圖1和表所示。

（1）在地面設置一臺主控柜（見圖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與工藝設備的數據交換及生產線的所有信息采集與監控。通過以太網接口與交換機連接，可直接與無線接入點通信。

（2）主控柜安裝了一臺HMI，選用菲尼克斯電氣TP 12T觸摸屏，對18臺小車進行啟動、停止、吊具的升降及各工序工藝時間的控制和操作；實時顯示整線運行情況，在線顯示車組狀態、位置、所載工件類別和當前工藝節拍狀態等信息，并能進行故障診斷和報警（見圖3）。

2.車載控制單元

（1）新制自行小車18臺，每臺小車選用菲尼克斯電氣ILC150ETH PLC，完成小車啟動、停止、吊具的升降及各工序工藝時間的控制，實現小車的智能化。通過以太網接口與無線客戶端連接，再通過無線網絡與無線接入點通信，從而實現車載PLC與地面主控PLC的數據交換。車載控制單元如圖4所示。

（2）新制自行小車驅動改為變頻控制方式，并配置倍加福公司的位置編碼器，通過RS485接口直接與PLC通信，實現工藝識別、定位識別和防撞保護功能，無機械摩損，無需參考點，絕對位置測量，實時檢測，最大限度地實現小車的智能化。

3.無線網絡單元

（1）設置無線客戶端（EC）18臺，在每臺小車上安裝一個，通過以太網線與150PLC連接。無線客戶端具有漫游功能，根據信號強弱自動選擇離它最近的無線接入點通信，這樣車載150PLC就可以保持很好地與地面ILC350主PLC數據通信了。

（2）設置無線接入點（AP）2臺。經測試實際用1個無線接入點就可以滿足系統通信需求，最終采用了兩個無線接入點的方案，一方面是考慮到其中任一臺出現故障，另一個仍然可以確保網絡正常運行，起到熱備的作用，提高了系統的可靠性；另一方面采用兩個無線接入點可以實現無線客戶端漫游通信，兩個無線接入點都正常時，不管小車運行到哪個位置無線客戶端都能保持與無線接入點的通信距離，保證獲得非常好的通信質量。現場無線接入點和無線客戶端以及設置如圖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（5根動力、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的通信能力。當無線網絡系統出現故障時，新滑觸線系統可摘除故障回路進入應急模式，利用3根控制滑觸線保證小車在網絡異常情況下可以有條件的運行。

新系統特點

1.一致性的電氣產品

PLC和無線產品都采用了菲尼克斯電氣的產品，一致性、兼容性好，結構緊湊，空間最小化。

2.使用無線網絡帶來了直接好處

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

（2）根本消除了滑觸線聯絡方式易產生的抖動、干擾和丟失等弊端，特別是解決了滑觸線方式信號傳輸量限制的根本問題，實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了方便。

（3）提供了系統無線接入點，解決了以往自行小車車載系統與地面連接的問題。在對車載系統進行調試、參數變更、故障檢查和維護時無須采用以往空中操作或線控隨行方式，可以在無線系統覆蓋區域內的任意位置通過無線客戶端（如筆記本電腦）對系統全部被控點進行操作和監控。

（4）系統界面全開放，調試簡單方便，節省了開發和調試時間。

3.柔性程度高，擴展容易

將來要想增加車組，控制系統只需增加一套車載控制單元和一臺無線客戶端即可。

4.安全保障系統

通過對滑觸線的創新改造，我們開發了一套安全保障系統，即使無線出現故障，新滑觸線系統也能保障生產線的不停線運行。

5.定位識別系統十分先進

先進的定位識別系統無機械磨損，無需參考點，絕對位置測量，實時檢測，最大限度地實現了小車的智能化。

結語

此項目現已改造完成，并達到了提升產能的目標，目前項目已通過了預驗收。無線網絡從調試開始到現在一直表現相當穩定，是此項目取得成功的關鍵。通過此項目證明了菲尼克斯電氣的無線網絡通信可靠，應用在環行自行小車自動控制系統中能夠充分發揮其優勢，性價比很高。在國內，無線網絡用在涂裝自行小車輸送系統中，特別是滑動距離比較遠、范圍比較廣且車組數量多的環行自行小車改造項目中是一個全新的嘗試。