無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在汽車涂裝底漆生產(chǎn)線輸送控制系統(tǒng)改造的應(yīng)用

　1. 引言

　　由于市場(chǎng)需求的提升，原有的系統(tǒng)已不能夠滿足產(chǎn)能的提升需求。原有的汽車涂裝底漆生產(chǎn)線存在瓶頸工位，受工藝時(shí)間的限制，節(jié)拍時(shí)間長。另外原有的汽車涂裝底漆生產(chǎn)線是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)備已經(jīng)老化，故障率很高，維護(hù)十分困難。

　　但是原有工藝槽體本身還是存在提升的潛力的（槽體空間比較大，能夠放入兩臺(tái)車體進(jìn)行工藝處理）。通過對(duì)瓶頸工位進(jìn)行雙工位改造和增加自行小車車組，是能夠消除瓶頸，但要原有控制系統(tǒng)是很難實(shí)現(xiàn)的，勢(shì)必要對(duì)原有自動(dòng)化輸送控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。

　　此次底漆生產(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 。通過此次自動(dòng)化輸送系統(tǒng)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：210s（原為280S），產(chǎn)能提高近30%，雙班日產(chǎn)達(dá)到300臺(tái)（原為200臺(tái)左右）。

　　2. 工藝介紹

　　工藝說明

　　汽車涂裝底漆生產(chǎn)線（又叫前處理和電泳生產(chǎn)線），它主要由工藝槽體系統(tǒng)和自動(dòng)化輸送系統(tǒng)兩部分組成。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、去離子水洗。從第一個(gè)槽體到最后一個(gè)槽體前后長100米左右，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218米左右。

　　底漆生產(chǎn)線動(dòng)作過程是：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)過積放區(qū)重新回到上線點(diǎn)進(jìn)入下一循環(huán)。

　　3. 無線方案產(chǎn)生

　　盡管底漆生產(chǎn)線動(dòng)作過程是比較簡(jiǎn)單的，但改造是在仍生產(chǎn)使用的老線的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，而且改造時(shí)間很短（10天左右的時(shí)間），風(fēng)險(xiǎn)很大，其余的廠家都因此選擇退出。也就是說我們?nèi)绻灿贸Ｒ?guī)的方案，時(shí)間肯定不夠，但是如果采用新的技術(shù)，可靠性如何來保證。

　　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，它是通過車體上安裝集電極和預(yù)裝在軌道內(nèi)滑觸線在移動(dòng)中接觸進(jìn)行取電，提供給移動(dòng)的小車，這種取電方式已經(jīng)是很成熟的技術(shù)，但通過滑觸線和集電器滑動(dòng)接觸進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊確是一個(gè)比較特殊和困難的。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。二是通訊數(shù)據(jù)量問題，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，通常滑觸線數(shù)量都采用8 根。目前流行的滑觸線數(shù)據(jù)通訊方式主要有：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)。最后我們想到了最先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。無線的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：

　　? 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。

　　通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊來解決滑觸線數(shù)據(jù)通訊受限非常適合，無線的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)也很好的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）通過后，最終才確定采用無線通訊的方案，并采用菲尼克斯無線技術(shù)和產(chǎn)品。

　　4. 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　a) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

　　無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在汽車涂裝底漆生產(chǎn)線輸送控制系統(tǒng)改造的應(yīng)用

　　b) 主要硬件配置

　　c) 地面主控系統(tǒng)

　　i. 在地面設(shè)置一臺(tái)主控柜，選用菲尼克斯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、輸送系統(tǒng)與工藝設(shè)備的數(shù)據(jù)交換及生產(chǎn)線所有信息的采集與監(jiān)控。通過以太網(wǎng)接口與交換機(jī)連接,可直接與無線接入點(diǎn)(AP)通訊。

　　ii. 主柜安裝了一臺(tái)HMI, 選用菲尼克斯公司TP 12T觸摸屏，對(duì)18臺(tái)小車進(jìn)行的啟動(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、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。

　　無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在汽車涂裝底漆生產(chǎn)線輸送控制系統(tǒng)改造的應(yīng)用

　　d) 車載控制單元

　　i. 新制自行小車18臺(tái)，每臺(tái)小車的車載PLC選用菲尼克斯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。通過以太網(wǎng)接口與無線客戶端（EC）連接，再通過無線網(wǎng)絡(luò)與無線接入點(diǎn)(AP)通訊，從而實(shí)現(xiàn)車載PLC與地面主控PLC的數(shù)據(jù)交換。

　　ii. 新制自行小車驅(qū)動(dòng)改為變頻控制方式，并配置P+F位置編碼器，通過RS485接口直接與PLC通訊。實(shí)現(xiàn)包括：工藝識(shí)別、定位識(shí)別和防撞保護(hù)功能，無機(jī)械摩損，無需參考點(diǎn)，絕對(duì)位置測(cè)量，實(shí)時(shí)檢測(cè)，最大限度的實(shí)現(xiàn)小車的智能化。

　　e) 無線網(wǎng)絡(luò)單元

　　i. 設(shè)置無線客戶端（簡(jiǎn)稱EC）18臺(tái)，在每臺(tái)小車上安裝了一個(gè)EC，通過以太網(wǎng)線與150PLC連接，EC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AP通訊，這樣車載150PLC就可以保持很好的與地面ILC350主PLC數(shù)據(jù)通訊了。

　　ii. 設(shè)置無線接入點(diǎn)（簡(jiǎn)稱AP）2臺(tái)，經(jīng)測(cè)試實(shí)際用1個(gè)AP就可以滿足系統(tǒng)通訊需求，最終采用了兩個(gè)AP的方案一方面是考慮到其中任一臺(tái)AP出現(xiàn)故障,另一個(gè) AP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)AP可以實(shí)現(xiàn)EC漫游通訊，兩個(gè)AP都正常時(shí)，不管小車運(yùn)行到哪個(gè)位置EC都能保持與AP的通訊距離，保證獲得非常好通訊質(zhì)量。AP和EC設(shè)置如下圖

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　　f) 滑觸線單元

　　i. 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，均衡的補(bǔ)償；新集電器具有雙向作用，即作輸出又作輸入，柔性化高，最大限度的提高了滑觸線的通訊能力，當(dāng)無線網(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。

　　g) 通訊程序

　　i. 350PLC通訊程序

　　ii. 150PLC通訊程序

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　　5. 新系統(tǒng)特點(diǎn)

　　1) PLC和無線產(chǎn)品都采用了菲尼克斯公司的產(chǎn)品，一致性，兼容性好，結(jié)構(gòu)緊湊，空間最小化。

　　2) 使用了無線網(wǎng)絡(luò)帶來的直接好處

　　? 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，大幅度的降低了現(xiàn)場(chǎng)施工工作量，最大限度的縮短現(xiàn)場(chǎng)改造周期。

　　? 根本消除滑觸線聯(lián)絡(luò)方式易產(chǎn)生的抖動(dòng)、干擾、丟失等弊端，特別是解決滑觸線方式信號(hào)傳輸量限制的根本問題。實(shí)現(xiàn)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)帶來了方便。

　　? 同時(shí)提供了系統(tǒng)無線接入點(diǎn)，解決了以往自行小車車載系統(tǒng)與地面連接的問題。在對(duì)車載系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、參數(shù)變更、故障檢查、維護(hù)時(shí)無須采用以往空中操作或線控隨行方式，可以在無線系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的任意位置通過無線客戶端（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。

　　系統(tǒng)界面全開放，調(diào)試簡(jiǎn)單方便，節(jié)省了開發(fā)和調(diào)試時(shí)間

　　3) 柔性程度高，擴(kuò)展容易。將來要想增加車組，控制系統(tǒng)只需增加一套車載控制單元和一臺(tái)無線EC即可。

　　4) 通過對(duì)滑觸線的創(chuàng)新改造，開發(fā)了一套安全保障系統(tǒng)，即使無線出現(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) 先進(jìn)的定位識(shí)別系統(tǒng)無機(jī)械摩損，無需參考點(diǎn)，絕對(duì)位置測(cè)量，實(shí)時(shí)檢測(cè)，最大限度的實(shí)現(xiàn)小車的智能化。

　　6. 結(jié)束語

　　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)目已通過了預(yù)驗(yàn)收。無線網(wǎng)絡(luò)從調(diào)試開始到現(xiàn)在一直表現(xiàn)的相當(dāng)穩(wěn)定，是此項(xiàng)目取得成功的關(guān)鍵。通過此項(xiàng)目證明了菲尼克斯無線網(wǎng)絡(luò)通訊可靠，應(yīng)用在環(huán)行自行小車自動(dòng)控制系統(tǒng)中能夠充分的發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，性價(jià)比很高。在國內(nèi)無線網(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、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。