無線工業(yè)網絡在汽車涂裝底漆生產線改造的應用

　　作者:天津聯(lián)進電子工程有限公司 羅政

1. 引言

　　由于市場需求的提升，原有的系統(tǒng)已不能夠滿足產能的提升需求。原有的汽車涂裝底漆生產線存在瓶頸工位 ，受工藝時間的限制，節(jié)拍時間長。另外原有的汽車涂裝底漆生產線是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(tǒng)已使用了10年，部分設備已經老化，故障率很高，維護十分困難。

　　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，能夠放入兩臺車體進行工藝處理）。通過對瓶頸工位進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)是很難實現(xiàn)的，勢必要對原有自動化輸送控制系統(tǒng)進行改造升級。

　　此次底漆生產線的改造，實際上就是底漆生產線自動化輸送系統(tǒng)（環(huán)行自行小車）的改造 。通過此次自動化輸送系統(tǒng)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(jié)拍：210s（原為280S），產能提高近30%，雙班日產達到300臺（原為200臺左右）。

　　2. 工藝介紹

　　a) 底漆生產線工藝布局圖　

　　b) 工藝說明

　　汽車涂裝底漆生產線（又叫前處理和電泳生產線），它主要由工藝槽體系統(tǒng)和自動化輸送系統(tǒng)兩部分組成。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、去離子水洗。從第一個槽體到最后一個槽體前后長100米左右，另外還有上線點、下線點和積放段，整個環(huán)行滑觸線全長218米左右。

　　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(xù)運行，經過積放區(qū)重新回到上線點進入下一循環(huán)。

　　3. 無線方案產生

　　盡管底漆生產線動作過程是比較簡單的，但改造是在仍生產使用的老線的基礎上進行改造，而且改造時間很短（10天左右的時間），風險很大，其余的廠家都因此選擇退出。也就是說我們如果也用常規(guī)的方案，時間肯定不夠，但是如果采用新的技術，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)場施工量，減少編程調試時間，并且實現(xiàn)全信息采集的出發(fā)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，這種取電方式已經是很成熟的技術，但通過滑觸線和集電器滑動接觸進行數(shù)據(jù)通訊確是一個比較特殊和困難的。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(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、安裝的要求及經濟指標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，改造還受原有老資源的限制，所以以上方式在短期內都很難實現(xiàn)。最后我們想到了最先進的無線網絡通訊技術。無線的優(yōu)勢特點：

　　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(huán)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(shù)據(jù)交換量大，速率快。

　　通過無線網絡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)勢特點也很好的滿足了我們此次改造的需求，經測試（包括覆蓋區(qū)域、信號強度、抗干擾、實時性及數(shù)據(jù)交換量對網絡速度的影響等）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和產品。

　　4. 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　a) 系統(tǒng)網絡圖　

　　b) 主要硬件配置　

　　c) 地面主控系統(tǒng)　

i. 在地面設置一臺主控柜，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)與工藝設備的數(shù)據(jù)交換及生產線所有信息的采集與監(jiān)控。通過以太網接口與交換機連接,可直接與無線接入點(AP)通訊。

　　ii. 主柜安裝了一臺HMI, 選用菲尼克斯公司TP 12T觸摸屏，對18臺小車進行的啟動、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(tài)、位置、所載工件類別、當前工藝節(jié)拍狀態(tài)等信息，并能進行故障診斷和報警。　　

　　d) 車載控制單元　

　　i. 新制自行小車18臺，每臺小車的車載PLC選用菲尼克斯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(xiàn)小車的智能化。通過以太網接口與無線客戶端（EC）連接，再通過無線網絡與無線接入點(AP)通訊，從而實現(xiàn)車載PLC與地面主控PLC的數(shù)據(jù)交換。

　　ii. 新制自行小車驅動改為變頻控制方式，并配置P+F位置編碼器，通過RS485接口直接與PLC通訊。實現(xiàn)包括：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，最大限度的實現(xiàn)小車的智能化。

　　e) 無線網絡單元

　　i. 設置無線客戶端（簡稱EC）18臺，在每臺小車上安裝了一個EC，通過以太網線與150PLC連接，EC具有漫游功能，根據(jù)信號強弱自動選擇離它最近的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. 設置無線接入點（簡稱AP）2臺，經測試實際用1個AP就可以滿足系統(tǒng)通訊需求，最終采用了兩個AP的方案一方面是考慮到其中任一臺AP出現(xiàn)故障,另一個AP仍然可以確保網絡正常運行，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AP可以實現(xiàn)EC漫游通訊，兩個AP都正常時，不管小車運行到哪個位置EC都能保持與AP的通訊距離，保證獲得非常好通訊質量。AP和EC設置如下圖

　　f) 滑觸線單元

　　i. 新制的8根滑觸線系統(tǒng)，5根動力，3根控制；采用多路供電，均衡的補償；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，當無線網絡系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，新滑觸線系統(tǒng)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。

　　g) 通訊程序

　　i. 350PLC通訊程序　

　　ii. 150PLC通訊程序　　

　　5. 新系統(tǒng)特點　

　　1) PLC和無線產品都采用了菲尼克斯公司的產品，一致性，兼容性好，結構緊湊，空間最小化。

　　2) 使用了無線網絡帶來的直接好處

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

根本消除滑觸線聯(lián)絡方式易產生的抖動、干擾、丟失等弊端，特別是解決滑觸線方式信號傳輸量限制的根本問題。實現(xiàn)系統(tǒng)信息的全采集。提高了可靠性和穩(wěn)定性，也給操作和維護帶來了方便。

同時提供了系統(tǒng)無線接入點，解決了以往自行小車車載系統(tǒng)與地面連接的問題。在對車載系統(tǒng)進行調試、參數(shù)變更、故障檢查、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(tǒng)覆蓋區(qū)域內的任意位置通過無線客戶端（如筆記本電腦）對系統(tǒng)全部被控點進行操作和監(jiān)控。

系統(tǒng)界面全開放，調試簡單方便，節(jié)省了開發(fā)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(tǒng)只需增加一套車載控制單元和一臺無線EC即可。

　　4) 通過對滑觸線的創(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)也能保障生產線的不停線運行。

　　5) 先進的定位識別系統(tǒng)無機械摩損，無需參考點，絕對位置測量，實時檢測，最大限度的實現(xiàn)小車的智能化。

　　6. 結束語

　　此項目現(xiàn)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(xiàn)在一直表現(xiàn)的相當穩(wěn)定，是此項目取得成功的關鍵。通過此項目證明了菲尼克斯無線網絡通訊可靠，應用在環(huán)行自行小車自動控制系統(tǒng)中能夠充分的發(fā)揮它的優(yōu)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(tǒng)中，特別是滑動距離比較遠、范圍比較廣、車組數(shù)量多的環(huán)行自行小車改造項目中是一個全新的嘗試。