无线工业网络的应用

无线工业网络的应用

 本文介绍了无线网络应用于底漆生产线自动化输送系统（环行自行小车）改造中的过程，系统改造后不但柔性程度高而且有极高的智能性。

    由于市场需求的提升，江淮汽车制造厂原有部分生产系统已不能满足产能的提升需求：涂装底漆生产线存在瓶颈工位，受工艺时间的限制，节拍时间长；底漆生产线采用分段供电的控制方式，所有的动作都由地面主控PLC完成，技术比较落后，柔性差，扩充很难；老系统已使用了10年，部分设备出现老化，故障率很高，维护十分困难。 但是原有的工艺槽体还是存在提升潜力的，槽体空间比较大，能够放入两台车体进行工艺处理。通过对原生产线瓶颈工位进行双工位改造和增加自行小车车组，可以消除瓶颈，但是使用原有控制系统是很难实现的，势必要进行改造升级。

    此次江淮汽车制造厂底漆生产线的改造，实际上就是底漆生产线自动化输送系统（环行自行小车）的改造。最终达到的产能目标，改造后单排、一排半车型工艺节拍为210s（原来为280s），产能提高近30%；双班日产量达到300台（原来为200台左右）。

工艺介绍

    汽车涂装底漆生产线（又称“前处理和电泳生产线”）主要由工艺槽体系统和自动化输送系统组成。它是汽车涂装的第一道关键工序，底漆质量的好坏，直接关系到后序工艺，而底漆生产线的输送机构的自动化程度及好坏又直接影响涂装的质量和效率。

    底漆生产线共有11个工艺槽体，依次是：预脱脂、脱脂、第一水洗、表调、磷化、第二水洗、去离子水洗、电泳、UF超滤水洗、超滤水洗和去离子水洗。第一个槽体到最后一个槽体距离约100m，另外还有上线点、下线点和积放段，整个环行滑触线全长约218m。

    底漆生产线动作过程是：上线点将焊装车间焊好的白车身装好在吊具上，吊具升到位后自行小车带着吊具依次进入上述槽体进行工艺处理，然后从下线点将电泳好的车身从吊具中取下，空吊具升到位后，小车继续运行，经过积放区重新回到上线点进入下一循环。

无线解决方案的产生

    尽管底漆生产线动作过程比较简单，但我们是在仍生产使用的老线基础上进行改造，而且改造时间很短（10天左右），风险很大。我们的方案规划始终围绕着：确保可靠性，减少现场施工量，减少编程调试时间，并且实现全信息采集的出发点进行。

    自行小车是物流转运输送线的常用设备，它是通过车体上安装集电极和预装在轨道内的滑触线在移动中接触进行取电，提供给移动的小车。这种取电技术已经非常成熟，但通过滑触线和集电器滑动接触进行数据通信却比较特殊和困难：一是由于滑触线在轨道内是平行敷设的，并且距离比较近，之间仅有绝缘，线体裸露且没有屏蔽层的防护，滑触线和集电器滑动接触之间存在很大的阻抗，而且滑动过程中接触的效果也不稳定，还是或多或少的存在干扰和各种不稳定因素；二是通信数据量问题，由于轨道和滑触线的尺寸、安装的要求及经济指标等各方面因素的局限，通常滑触线数量都采用8根。目前流行的滑触线数据通信方式主要有车载PLC到站发信方式、现场总线（如Profibus）方式及调制解调方式。

    由于本项目改造时间很短，改造还受到原有老资源的限制，所以以上方式在短期内都很难实现。最后我们选用了最先进的无线网络通信技术。无线的特点是：覆盖面广，频率高不易受干扰，功率低不易干扰其他设备；可适应比较恶劣的环境；安装方便，施工快，免除大量的硬线（多芯电缆）施工；应用界面开放，调试维护方便；扩展容易，柔性程度高；数据交换量大，速率快。

    通过无线网络通信来解决滑触线数据通信受限非常适合，无线的优势特点也很好地满足了我们此次改造的需求。经测试（包括覆盖区域、信号强度、抗干扰、实时性及数据交换量对网络速度的影响等）通过后，最终我们确定采用无线通信的方案，并采用菲尼克斯电气的无线技术和产品。

控制系统的实现

1.地面主控系统

系统网络图和主要硬件配置如图1和表所示。

（1）在地面设置一台主控柜（见图2），选用菲尼克斯电气（phoenix）ILC350ETH PLC作为地面主控PLC，处理所有地面与小车、小车与小车之间以及输送系统与工艺设备的数据交换及生产线的所有信息采集与监控。通过以太网接口与交换机连接，可直接与无线接入点通信。

（2）主控柜安装了一台HMI，选用菲尼克斯电气TP 12T触摸屏，对18台小车进行启动、停止、吊具的升降及各工序工艺时间的控制和操作；实时显示整线运行情况，在线显示车组状态、位置、所载工件类别和当前工艺节拍状态等信息，并能进行故障诊断和报警（见图3）。

2.车载控制单元

（1）新制自行小车18台，每台小车选用菲尼克斯电气ILC150ETH PLC，完成小车启动、停止、吊具的升降及各工序工艺时间的控制，实现小车的智能化。通过以太网接口与无线客户端连接，再通过无线网络与无线接入点通信，从而实现车载PLC与地面主控PLC的数据交换。车载控制单元如图4所示。

（2）新制自行小车驱动改为变频控制方式，并配置倍加福公司的位置编码器，通过RS485接口直接与PLC通信，实现工艺识别、定位识别和防撞保护功能，无机械摩损，无需参考点，绝对位置测量，实时检测，最大限度地实现小车的智能化。

3.无线网络单元

（1）设置无线客户端（EC）18台，在每台小车上安装一个，通过以太网线与150PLC连接。无线客户端具有漫游功能，根据信号强弱自动选择离它最近的无线接入点通信，这样车载150PLC就可以保持很好地与地面ILC350主PLC数据通信了。

（2）设置无线接入点（AP）2台。经测试实际用1个无线接入点就可以满足系统通信需求，最终采用了两个无线接入点的方案，一方面是考虑到其中任一台出现故障，另一个仍然可以确保网络正常运行，起到热备的作用，提高了系统的可靠性；另一方面采用两个无线接入点可以实现无线客户端漫游通信，两个无线接入点都正常时，不管小车运行到哪个位置无线客户端都能保持与无线接入点的通信距离，保证获得非常好的通信质量。现场无线接入点和无线客户端以及设置如图5、图6所示。

4.滑触线单元

    滑触线单元包括新制的8根滑触线系统（5根动力、3根控制），采用多路供电，均衡补偿；新集电器具有双向作用，既做输出又做输入，柔性化高，最大限度地提高了滑触线的通信能力。当无线网络系统出现故障时，新滑触线系统可摘除故障回路进入应急模式，利用3根控制滑触线保证小车在网络异常情况下可以有条件的运行。

新系统特点

1.一致性的电气产品

PLC和无线产品都采用了菲尼克斯电气的产品，一致性、兼容性好，结构紧凑，空间最小化。

2.使用无线网络带来了直接好处

（1）安装简单方便，免除了硬线连接所需的排线施工和校验的工作，大幅度降低了现场施工的工作量，最大限度地缩短了现场改造周期。

（2）根本消除了滑触线联络方式易产生的抖动、干扰和丢失等弊端，特别是解决了滑触线方式信号传输量限制的根本问题，实现了系统信息的全采集，提高了可靠性和稳定性，也给操作和维护带来了方便。

（3）提供了系统无线接入点，解决了以往自行小车车载系统与地面连接的问题。在对车载系统进行调试、参数变更、故障检查和维护时无须采用以往空中操作或线控随行方式，可以在无线系统覆盖区域内的任意位置通过无线客户端（如笔记本电脑）对系统全部被控点进行操作和监控。

（4）系统界面全开放，调试简单方便，节省了开发和调试时间。

3.柔性程度高，扩展容易

    将来要想增加车组，控制系统只需增加一套车载控制单元和一台无线客户端即可。

4.安全保障系统

    通过对滑触线的创新改造，我们开发了一套安全保障系统，即使无线出现故障，新滑触线系统也能保障生产线的不停线运行。

5.定位识别系统十分先进

    先进的定位识别系统无机械磨损，无需参考点，绝对位置测量，实时检测，最大限度地实现了小车的智能化。

结语

    此项目现已改造完成，并达到了提升产能的目标，目前项目已通过了预验收。无线网络从调试开始到现在一直表现相当稳定，是此项目取得成功的关键。通过此项目证明了菲尼克斯电气的无线网络通信可靠，应用在环行自行小车自动控制系统中能够充分发挥其优势，性价比很高。在国内，无线网络用在涂装自行小车输送系统中，特别是滑动距离比较远、范围比较广且车组数量多的环行自行小车改造项目中是一个全新的尝试。