無線以太網技術在輸送系統(tǒng)中的應用

上汽通用五菱汽車股份有限公司牛毅峰

onmousewheel="return bbimg(this)" alt="" hspace=0 src="/Editor/UploadFiles/solutions02/20091110171743820.jpg" onload=resizepic(this) border=0>　　

圖1 和主控PLC連接的RadioLinx模塊

　　在焊裝生產線中，采用傳統(tǒng)多臺自行小車環(huán)形運轉方式存在數據交換信息量受限、可靠性低以及電氣安裝復雜等弊端。為此，通用五菱公司將無線以太網應用于自行小車信息交換中，從而提高了數據交換量和系統(tǒng)的可靠性，彌補了傳統(tǒng)滑觸線信息交換方式的缺陷。

　　我公司的車身焊裝生產線要求每小時生產40臺白車身(40JPH) ，由于生產節(jié)拍高，因此從下車體線到總拼線的輸送系統(tǒng)采用多臺自行小車環(huán)形運轉的方式。這種傳統(tǒng)的滑觸線控制方式使自行小車與主控PLC之間信息交換無法通過電纜直接連接來實現，存在數據交換信息量受限、可靠性低和電氣安裝復雜等弊端。

　　為了避免這種弊端，我們將無線以太網通信技術應用于空中自行小車信息交換方式中，該技術首次在本公司西部車身車間五菱鴻途車身焊裝線環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)上應用，經過兩年的生產驗證，該系統(tǒng)可靠性高、故障率低且維修簡單。

　　本文以五菱鴻途車身焊裝生產線環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)為例，詳細討論傳統(tǒng)滑觸線和無線以太網通信兩種不同的信息交換方式。

　　傳統(tǒng)滑觸線信息交換方式

　　傳統(tǒng)交換方式是對滑觸線進行分段。在滑觸線的分段內，通過集電器上的電刷采集/傳輸信號經中間繼電器和主控PLC連接，實現空中自行小車和主控PLC之間的信息交換。這種傳統(tǒng)信息交換方式存在以下幾個弊端：

　　1. 信息交換量受限

　　在實際應用中，一般使用10極（8極）滑觸線進行自行小車和主控PLC之間信息的交換。10級（8極）滑觸線中，電源占用4級，信息交換占用6級（4極）。按照每個工位工藝動作的要求對滑觸線進行分段，工位的工藝要求越多，數據交換的信息就越多，滑觸線分段也越多。

　　從自行小車采集信號原理圖可以看出，10級的滑觸線分段之后，最多只能滿足19個信號和主控PLC信息交換，且僅可滿足自行小車基本工藝動作的控制，大量的報警信息無法傳送到主控PLC，無法更好地顯示各自行小車的狀態(tài)。若需新增工藝動作，控制工藝動作的信號無法增加，從而使環(huán)線自行小車和主控PLC的信息交換量受到限制。

　　2. 系統(tǒng)可靠性低

　　（1）環(huán)形空中自行小車通過集電器上的碳刷在滑觸線上采集/傳輸控制信號。自行小車抓取工件升降的過程中會產生抖動，碳刷隨之也會發(fā)生抖動，造成信號丟失，使系統(tǒng)的可靠性降低。

　　（2）環(huán)線空中自行小車長期運行后，碳刷和滑觸線磨損，導致碳刷破裂、接觸不良，也會使控制信號丟失。此外，碳刷長期和滑觸線摩擦，大量碳粉會滯留在滑觸線分段處或滑觸線上，造成信號的誤傳輸，使系統(tǒng)的可靠性降低。

onmousewheel="return bbimg(this)" alt="" hspace=0 src="/Editor/UploadFiles/solutions02/20091110171743241.jpg" onload=resizepic(this) border=0>

　　圖2 和小車PLC連接的RadioLinx模塊

　?。?）由于空中自行小車工藝動作較多，控制每個工藝動作的信號都需要電纜接入主控PLC，通過碳刷和中間繼電器進行轉接，必然造成整個控制系統(tǒng)故障點增多，使系統(tǒng)的可靠性降低。

　　3. 電氣安裝復雜

　　空中自行小車的鋁型軌道大多在空中(離地5m左右)，滑觸線布置在鋁型軌道上，滑觸線上的信號通過電纜接入PLC進行數據交換。由于主控PLC大多放在地面，空中自行小車工藝動作較多，控制每個工藝動作的信號也較多，則需要的電纜較多，敷設電纜和橋架等安裝工作比較復雜。

　　無線以太網信息交換

　　為了克服傳統(tǒng)滑觸線數據信息交換量受限、系統(tǒng)可靠性低及電氣安裝復雜等缺點，通過大量的調研和分析，我們把無線以太網通信技術應用在空中自行小車信息交換中，替代傳統(tǒng)的滑觸線信息交換方式，通過無線以太網模塊的發(fā)射/接收信號，與主控PLC進行信息交換。僅需要4級滑觸線即可滿足自行小車電源的使用，用于信息交換的6級（4極）滑觸線可以取消，大大減少了滑觸線的使用數量。

　　1. 信息交換無限量

　　通過無線以太網通信模塊的發(fā)射/接收數據包進行信息交換，系統(tǒng)可以任意地增加所需要的控制信號，信息交換量不再受到限制，大量的故障報警信息可以傳送給主控PLC，從而實現了主控PLC對空中自行小車的實時監(jiān)控，使系統(tǒng)可以實現比傳統(tǒng)滑觸線方式環(huán)線小車更多的功能。

　　2. 系統(tǒng)的可靠性高

　　無線以太網信息交換方式取消了6級用于信號控制的滑觸線，僅留4級為空中自行小車提供電源?；|線和碳刷的減少，避免了自行小車抓取工件上、下抖動和碳刷接觸不良造成的信號丟失，以及碳刷長期與滑觸線摩擦，碳粉滯留在滑觸線分段處或者滑觸線上造成的信號誤傳輸。空中自行小車和主控PLC的信息交換通過無線以太網通信模塊進行交換，無需通過滑觸線和繼電器經由電纜和主控PLC交換，使系統(tǒng)的故障點大大較少，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　3. 電氣安裝簡單

　　取消了用于信號交換的6極滑觸線，減少了大量的控制電纜的安裝。空中只需要1根網線連接無線以太網模塊和主控PLC，數據信息通過安裝在自行小車上的無線以太網發(fā)射/接收模塊和安裝在環(huán)線自行小車的鋁型軌道的無線以太網接收/發(fā)射模塊進行交換，同時也減少了自行小車隨車電控柜和主控柜大量的中間繼電器和I/O模塊的使用，使安裝、接線和維修簡單化。

　　4. 維護方便

　　采用無線以太網通信技術作為信息交換方式的環(huán)線空中自行小車控制系統(tǒng)，控制信號的電纜幾乎比傳統(tǒng)滑觸線信息交換方式減少了90%，故障點大大減少，使系統(tǒng)的硬件連接更加簡單。系統(tǒng)信息交換出現故障，只需要重新配置安裝在自行小車和環(huán)線鋁型軌道的無線通信以太網模塊的IP地址即可，大大節(jié)約了故障查找的時間，使系統(tǒng)維護更加方便。

　　無線以太網信息交換方式的應用

　　基于無線以太網信息交換方式的優(yōu)勢，我們首次在五菱鴻途車身焊裝生產線中的環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)上進行大膽嘗試。下面以五菱鴻途環(huán)線空中自行小車控制系統(tǒng)為例，介紹無線以太網信息交換方式在實際生產中的應用。

　　1. 無線以太網通信模塊RadioLinx

　　ProSoft公司的無線通信模塊RadioLinx，提供以太網和串口（RS232、RS422和RS485）應用解決方案，包括無線以太網通信模塊、無線串口通信模塊和無線以太網/串口通信組合模塊。

　　在五菱鴻途車身焊裝線環(huán)線空中自行小車控制系統(tǒng)采用無線以太網通信模塊（RadioLinx Ethernet Switch) RLX-FHE，它具有以下特點：

　　（1）無線交換機獨立于協(xié)議。

　　（2）單體數據轉發(fā)器、中繼器和遠程端。

　?。?）對等通信及診斷。

　?。?）擁有自己的IP地址。

　?。?）在25km范圍內，傳輸速率為250kbit/s。

　?。?）硬件可加密，安全性高。

　?。?）傳輸數據的頻率為2.4GHz。

　　2．無線通信模塊方案

　　采用Prosoft公司的無線通信模塊RadioLinx取代傳統(tǒng)滑觸線信息交換方式，使空中自行小車PLC和主控PLC通過無線以太網進行數據信息交換。

　　在整個方案中，共使用5個無線以太網通信模塊RLX-FHE（A、B、C、D和E），其中1個模塊A和主控PLC通過網線相連（如圖1所示），其余4個模塊B、C、D和E分別安裝在4臺自行小車上，和自行小車的PLC相連（如圖2所示）。模塊A、B、C、D和E之間構成一個小型的局域網，通過無線以太網實現之間的數據交換。

　　模塊A通過無線以太網采集模塊B、C、D和E的相關信息，和它相連的主控PLC對所采集的數據進行處理；然后把經過主控PLC處理的信息通過無線以太網發(fā)射給模塊B、C、D和E，每臺自行小車的PLC對數據進行處理，傳送給相應的執(zhí)行機構（如電機）；同時，每臺自行小車的PLC也會對執(zhí)行機構上相關傳感器的信號進行處理，以數據包的形式通過安裝在小車上的RLX-FHE模塊B（C、D或E）通過無線以太網發(fā)送給模塊A，模塊A把接收到模塊B、C、D和E的相關信息傳送給主控PLC，使每臺自行小車執(zhí)行相關的工藝動作。

　　通過5個無線通信模塊RLX-FHE，把自行小車的PLC和主控PLC通過無線以太網的形式連接在一起，使主控PLC能夠準確判斷每臺自行小車的狀態(tài)，并給每臺小車傳輸相應的數據，使自行小車執(zhí)行下一步工藝操作。

　　3. 經濟效益

　　對于控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性至關重要。而評判一個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最重要的指標就是系統(tǒng)的故障率。故障率越低，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越高。對于由控制系統(tǒng)構成的生產線來說，系統(tǒng)穩(wěn)定性越高，生產線的停線率越低，產生的經濟效益越高。

　　采用滑觸線信息交換方式的控制系統(tǒng)，故障主要集中在碳刷、滑觸線和繼電器等方面。兩種通信方式的故障率進行比較后，我們發(fā)現采用無線以太網通信信息交換方式的控制系統(tǒng)明顯優(yōu)于滑觸線信息交換方式，碳刷、滑觸線的故障率大大降低，繼電器故障率為零。

　　以五菱鴻途生產線為例，如果每天每班停線減少1min，1個月的停線時間就會減少90min。生產線每個月就能多生產出30臺五菱鴻途。每臺五菱鴻途平均價值為5萬元，那么公司無形中1個月就多增加150萬的產值，1年就會多增加1800萬的產值。

　　結語

　　環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)采用無線以太網信息交換方式代替滑觸線信息交換方式，在很大程度上提高了控制系統(tǒng)的靈活性，數據交換無限量，使控制信號增加不再受限；同時，滑觸線、碳刷的減少，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，故障點大大減少，生產線的停線率大大降低；電氣安裝相對簡單，控制電纜、信號電纜大量減少，使整個系統(tǒng)維護相對簡單，值得推廣。