上汽通用五菱汽車股份有限公司牛毅峰

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圖1 和主控PLC連接的RadioLinx模塊

　　在焊裝生產(chǎn)線中，采用傳統(tǒng)多臺(tái)自行小車環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)方式存在數(shù)據(jù)交換信息量受限、可靠性低以及電氣安裝復(fù)雜等弊端。為此，通用五菱公司將無(wú)線以太網(wǎng)應(yīng)用于自行小車信息交換中，從而提高了數(shù)據(jù)交換量和系統(tǒng)的可靠性，彌補(bǔ)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(chǎn)線要求每小時(shí)生產(chǎn)40臺(tái)白車身(40JPH) ，由于生產(chǎn)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(tái)自行小車環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)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(wú)法通過(guò)電纜直接連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，存在數(shù)據(jù)交換信息量受限、可靠性低和電氣安裝復(fù)雜等弊端。

　　為了避免這種弊端，我們將無(wú)線以太網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用于空中自行小車信息交換方式中，該技術(shù)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(yīng)用，經(jīng)過(guò)兩年的生產(chǎn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)可靠性高、故障率低且維修簡(jiǎn)單。

　　本文以五菱鴻途車身焊裝生產(chǎn)線環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)為例，詳細(xì)討論傳統(tǒng)滑觸線和無(wú)線以太網(wǎng)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(duì)滑觸線進(jìn)行分段。在滑觸線的分段內(nèi)，通過(guò)集電器上的電刷采集/傳輸信號(hào)經(jīng)中間繼電器和主控PLC連接，實(shí)現(xiàn)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(gè)弊端：

　　1. 信息交換量受限

　　在實(shí)際應(yīng)用中，一般使用10極（8極）滑觸線進(jìn)行自行小車和主控PLC之間信息的交換。10級(jí)（8極）滑觸線中，電源占用4級(jí)，信息交換占用6級(jí)（4極）。按照每個(gè)工位工藝動(dòng)作的要求對(duì)滑觸線進(jìn)行分段，工位的工藝要求越多，數(shù)據(jù)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(hào)原理圖可以看出，10級(jí)的滑觸線分段之后，最多只能滿足19個(gè)信號(hào)和主控PLC信息交換，且僅可滿足自行小車基本工藝動(dòng)作的控制，大量的報(bào)警信息無(wú)法傳送到主控PLC，無(wú)法更好地顯示各自行小車的狀態(tài)。若需新增工藝動(dòng)作，控制工藝動(dòng)作的信號(hào)無(wú)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(guò)集電器上的碳刷在滑觸線上采集/傳輸控制信號(hào)。自行小車抓取工件升降的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，碳刷隨之也會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，造成信號(hào)丟失，使系統(tǒng)的可靠性降低。

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

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　　圖2 和小車PLC連接的RadioLinx模塊

　　（3）由于空中自行小車工藝動(dòng)作較多，控制每個(gè)工藝動(dòng)作的信號(hào)都需要電纜接入主控PLC，通過(guò)碳刷和中間繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)接，必然造成整個(gè)控制系統(tǒng)故障點(diǎn)增多，使系統(tǒng)的可靠性降低。

　　3. 電氣安裝復(fù)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(hào)通過(guò)電纜接入PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于主控PLC大多放在地面，空中自行小車工藝動(dòng)作較多，控制每個(gè)工藝動(dòng)作的信號(hào)也較多，則需要的電纜較多，敷設(shè)電纜和橋架等安裝工作比較復(fù)雜。

　　無(wú)線以太網(wǎng)信息交換

　　為了克服傳統(tǒng)滑觸線數(shù)據(jù)信息交換量受限、系統(tǒng)可靠性低及電氣安裝復(fù)雜等缺點(diǎn)，通過(guò)大量的調(diào)研和分析，我們把無(wú)線以太網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)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(guò)無(wú)線以太網(wǎng)模塊的發(fā)射/接收信號(hào)，與主控PLC進(jìn)行信息交換。僅需要4級(jí)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(jí)（4極）滑觸線可以取消，大大減少了滑觸線的使用數(shù)量。

　　1. 信息交換無(wú)限量

　　通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)通信模塊的發(fā)射/接收數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息交換，系統(tǒng)可以任意地增加所需要的控制信號(hào)，信息交換量不再受到限制，大量的故障報(bào)警信息可以傳送給主控PLC，從而實(shí)現(xiàn)了主控PLC對(duì)空中自行小車的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)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(wú)線以太網(wǎng)信息交換方式取消了6級(jí)用于信號(hào)控制的滑觸線，僅留4級(jí)為空中自行小車提供電源。滑觸線和碳刷的減少，避免了自行小車抓取工件上、下抖動(dòng)和碳刷接觸不良造成的信號(hào)丟失，以及碳刷長(zhǎng)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(hào)誤傳輸。空中自行小車和主控PLC的信息交換通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)通信模塊進(jìn)行交換，無(wú)需通過(guò)滑觸線和繼電器經(jīng)由電纜和主控PLC交換，使系統(tǒng)的故障點(diǎn)大大較少，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　3. 電氣安裝簡(jiǎn)單

　　取消了用于信號(hào)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(wǎng)線連接無(wú)線以太網(wǎng)模塊和主控PLC，數(shù)據(jù)信息通過(guò)安裝在自行小車上的無(wú)線以太網(wǎng)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(wú)線以太網(wǎng)接收/發(fā)射模塊進(jìn)行交換，同時(shí)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(jiǎn)單化。

　　4. 維護(hù)方便

　　采用無(wú)線以太網(wǎng)通信技術(shù)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(hào)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(diǎn)大大減少，使系統(tǒng)的硬件連接更加簡(jiǎn)單。系統(tǒng)信息交換出現(xiàn)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(wú)線通信以太網(wǎng)模塊的IP地址即可，大大節(jié)約了故障查找的時(shí)間，使系統(tǒng)維護(hù)更加方便。

　　無(wú)線以太網(wǎng)信息交換方式的應(yīng)用

　　基于無(wú)線以太網(wǎng)信息交換方式的優(yōu)勢(shì)，我們首次在五菱鴻途車身焊裝生產(chǎn)線中的環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)上進(jìn)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(wú)線以太網(wǎng)信息交換方式在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

　　1. 無(wú)線以太網(wǎng)通信模塊RadioLinx

　　ProSoft公司的無(wú)線通信模塊RadioLinx，提供以太網(wǎng)和串口（RS232、RS422和RS485）應(yīng)用解決方案，包括無(wú)線以太網(wǎng)通信模塊、無(wú)線串口通信模塊和無(wú)線以太網(wǎng)/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(wú)線以太網(wǎng)通信模塊（RadioLinx Ethernet Switch) RLX-FHE，它具有以下特點(diǎn)：

　　（1）無(wú)線交換機(jī)獨(dú)立于協(xié)議。

　　（2）單體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器、中繼器和遠(yuǎn)程端。

　　（3）對(duì)等通信及診斷。

　　（4）擁有自己的IP地址。

　　（5）在25km范圍內(nèi)，傳輸速率為250kbit/s。

　　（6）硬件可加密，安全性高。

　　（7）傳輸數(shù)據(jù)的頻率為2.4GHz。

　　2．無(wú)線通信模塊方案

　　采用Prosoft公司的無(wú)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(guò)無(wú)線以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。

　　在整個(gè)方案中，共使用5個(gè)無(wú)線以太網(wǎng)通信模塊RLX-FHE（A、B、C、D和E），其中1個(gè)模塊A和主控PLC通過(guò)網(wǎng)線相連（如圖1所示），其余4個(gè)模塊B、C、D和E分別安裝在4臺(tái)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(gòu)成一個(gè)小型的局域網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)之間的數(shù)據(jù)交換。

　　模塊A通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)采集模塊B、C、D和E的相關(guān)信息，和它相連的主控PLC對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；然后把經(jīng)過(guò)主控PLC處理的信息通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)發(fā)射給模塊B、C、D和E，每臺(tái)自行小車的PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，傳送給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電機(jī)）；同時(shí)，每臺(tái)自行小車的PLC也會(huì)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上相關(guān)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，以數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)安裝在小車上的RLX-FHE模塊B（C、D或E）通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)發(fā)送給模塊A，模塊A把接收到模塊B、C、D和E的相關(guān)信息傳送給主控PLC，使每臺(tái)自行小車執(zhí)行相關(guān)的工藝動(dòng)作。

　　通過(guò)5個(gè)無(wú)線通信模塊RLX-FHE，把自行小車的PLC和主控PLC通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)的形式連接在一起，使主控PLC能夠準(zhǔn)確判斷每臺(tái)自行小車的狀態(tài)，并給每臺(tái)小車傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)，使自行小車執(zhí)行下一步工藝操作。

　　3. 經(jīng)濟(jì)效益

　　對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。而評(píng)判一個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最重要的指標(biāo)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(duì)于由控制系統(tǒng)構(gòu)成的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)穩(wěn)定性越高，生產(chǎn)線的停線率越低，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)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(jìn)行比較后，我們發(fā)現(xiàn)采用無(wú)線以太網(wǎng)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(chǎn)線為例，如果每天每班停線減少1min，1個(gè)月的停線時(shí)間就會(huì)減少90min。生產(chǎn)線每個(gè)月就能多生產(chǎn)出30臺(tái)五菱鴻途。每臺(tái)五菱鴻途平均價(jià)值為5萬(wàn)元，那么公司無(wú)形中1個(gè)月就多增加150萬(wàn)的產(chǎn)值，1年就會(huì)多增加1800萬(wàn)的產(chǎn)值。

　　結(jié)語(yǔ)

　　環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)采用無(wú)線以太網(wǎng)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(shù)據(jù)交換無(wú)限量，使控制信號(hào)增加不再受限；同時(shí)，滑觸線、碳刷的減少，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，故障點(diǎn)大大減少，生產(chǎn)線的停線率大大降低；電氣安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，控制電纜、信號(hào)電纜大量減少，使整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，值得推廣。