在車身焊裝生產(chǎn)線中，白車身的生產(chǎn)節(jié)拍為 40 臺 /h ，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(zhuǎn)的方式。小車的運行軌跡為環(huán)形，它們與主控 PLC 之間的信息交換，無法用電纜直接連接實現(xiàn)，傳統(tǒng)的方式為采用滑觸線的控制方式，一般使用 8 極或 10 極滑觸線。對滑觸線進(jìn)行
分段，通過空中自行小車集電器上的電刷采集 / 傳輸信號，從而實現(xiàn)空中自行小車和主控 PLC 之間的信息交換。五菱之光車身焊裝線以及五菱榮光焊裝生產(chǎn)線的環(huán)線空中自行小車輸送系統(tǒng)，均為采用此種信息交換方式，均存在著數(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。
為了避免這種信息交換方式的弊端，我們通過大量的調(diào)研和分析，將無線以太網(wǎng)通訊技術(shù)應(yīng)用于空中自行小車信息交換方式中，從很大程度上彌補了傳統(tǒng)方式的缺陷。該項技術(shù)**在本公司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，也是國內(nèi)**應(yīng)用于汽車焊裝車間。通過兩年來的生產(chǎn)驗證，證明了該系統(tǒng)具有可靠性高、故障率低、維修簡單的優(yōu)點。
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，重點探了討傳統(tǒng)滑觸線和無線以太網(wǎng)通訊的兩種不同的信息交換方式，使環(huán)線空中自行小車信息交換技術(shù)得到了更新。
1 傳統(tǒng)的滑觸線信息交換方式
傳統(tǒng)的方式是對滑觸線進(jìn)行分段，在滑觸線的分段內(nèi)，通過集電器上的電刷采集 / 傳輸信號，這些信號通過中間繼電器和主控 PLC 連接，從而實現(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弊端。
1.1 信息交換量受限
在實際應(yīng)用中，一般使用 8 極或 10 極滑觸線，滿足自行小車和主控 PLC 之間信息交換(如圖 1)。滑觸線采用進(jìn)口的瓦勒(VahLe)或者穩(wěn)福樂(Wampfer)品牌，質(zhì)量可靠、性能優(yōu)越，但相比國產(chǎn)成本較高。10 級(8 級)滑觸線中，電源占用 4 級，信息交換占用 6 級(4 級)。按照每個工位工藝動作的要求，對滑觸線進(jìn)行分段(如圖 2)。工位的工藝動作要求的越多，數(shù)據(jù)交換的信息就越多，滑觸線分段就越多。
從圖 3 中自行小車采集信號原理圖不難看出，10 級的滑觸線分段之后，*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的工藝動作的控制，大量的報警信息則無法傳送到主控 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。
1.2 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(chǎn)生抖動，碳刷隨之也會發(fā)生抖動，會造成信號丟失，使系統(tǒng)的可靠性降低；
（2）長期運行后，碳刷和滑觸線磨損，導(dǎo)致碳刷破裂、接觸**，也會控制信號丟失，使系統(tǒng)的可靠性降低；
（3）長期運行后，碳刷長期和滑觸線摩擦，很多的碳粉會滯留在滑觸線分段處或者滑觸線上，會造成信號的誤傳輸，使系統(tǒng)的可靠性降低。
（4）由于小車工藝動作較多，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(jìn)行轉(zhuǎn)接，必然造成整個控制系統(tǒng)的故障點增多，使系統(tǒng)的可靠性降低。
1.3 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，滑觸線上的信號通過電纜接入 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作較多，控制每個工藝動作的信號較多，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。
2 無線以太網(wǎng)的信息交換方式
為了克服傳統(tǒng)滑觸線信息交換的缺點，通過大量的調(diào)研和分析，我們把無線以太網(wǎng)通訊技術(shù)應(yīng)用于空中自行小車信息交換中，替代了傳統(tǒng)的交換方式，通過無線以太網(wǎng)模塊的發(fā)射 / 接收信號，和主控 PLC 進(jìn)行信息交換。僅需要 4 級滑觸線供自行小車電源使用，取消用于信息交換的 6 級(4 級)滑觸線，減少了滑觸線的使用數(shù)量，從很大程度上彌補了傳統(tǒng)信息交換方式的缺陷。
2.1 信息交換無限量
通過無線以太網(wǎng)通訊模塊的發(fā)射 / 接收數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息交換，系統(tǒng)可以任意的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(xiàn)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(xiàn)比傳統(tǒng)滑觸線方式環(huán)線小車更多的功能。
2.2 系統(tǒng)的可靠性高
無線以太網(wǎng)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(如圖 4)。滑觸線和碳刷的減少，避免了自行小車抓取工件上下抖動和碳刷接觸**造成信號的丟失；避免了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，造成信號的誤傳輸；空中自行小車和主控 PLC 通過無線以太網(wǎng)通訊模塊進(jìn)行交換，無需通過滑觸線和繼電器經(jīng)由電纜和主控 PLC 交換(如圖 5)，使系統(tǒng)的故障點大大較少，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。
2.3 電氣安裝簡單
由于減少了用于信號交換的 6 極滑觸線，也就減少了大量的控制電纜的安裝(如圖 6)。空中只需要 1 根網(wǎng)線連接無線以太網(wǎng)模塊和主控 PLC，數(shù)據(jù)信息交換通過安裝在自行小車上的無線以太網(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線以太網(wǎng)接收 / 發(fā)射模塊進(jìn)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。
2.4 維護(hù)方便
采用無線以太網(wǎng)通訊技術(shù)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(xiàn)故障，只需要重新配置安裝在自行小車和環(huán)線鋁型軌道的無線通訊以太網(wǎng)模塊的 IP 地址即可，節(jié)約了故障查找的時間，使系統(tǒng)維護(hù)更加方便。
3 無線以太網(wǎng)信息交換方式實際應(yīng)用介紹
基于無線以太網(wǎng)信息交換方式表現(xiàn)的優(yōu)越性，**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)行了大膽嘗試，現(xiàn)對實際應(yīng)用作如下介紹。
3.1 無線以太網(wǎng)通訊模塊 Radio LinxProSoft 公司的無線通訊模塊 Radio Linx，是市場上*優(yōu)良的 工 業(yè) 無 線 Modem， 提 供 以 太 網(wǎng) 和 串 口（RS232、RS422、RS485） 應(yīng)用解決方案。包括無線以太網(wǎng)通訊模塊(RadioLinxEthernet Switch RLX-FHE)、無線串口通訊模塊(RadioLinx Serialmodem RLX-FHS) 和無線以太網(wǎng) / 串口通訊組合模塊(RadioLinx Ethernet Switch/Serial protocol encapsulated RLX-FHES)
在五菱鴻途車身焊裝線環(huán)線空中自行小車控制系統(tǒng)采用的無線以太網(wǎng)通訊模塊(RadioLinx Ethernet Switch) RLX-FHE，具有以下特點：
（1）無線交換機 - 獨立于協(xié)議；
（2）單體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器、中繼器、遠(yuǎn)程端；
（3）對等通訊及診斷；
（4）擁有自己的 IP 地址 ；
（5）25km range at 250 kbits/s；
（6）安全性 - 硬件加密；
（7）傳輸數(shù)據(jù)的頻率為 2.4GHz。
3.2 基于無線通訊模塊方案介紹
采用 Prosoft 公司的無線通訊模塊 RadioLinx，取代傳統(tǒng)滑觸線信息交換方式，使空中自行小車 PLC(MicroLogix)和主控PLC(ControlLogix) 通過無線以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。
在整個方案中，共使用 5 個無線以太網(wǎng)通訊模塊RLX-FHE(A、B、C、D、E)，其中 1 個模塊 A(圖 8)和主控 PLC 通過網(wǎng)線相連，其余 4 個模塊 B、C、D、E 分別安裝在 4 臺自行小車上，和自行小車的 PLC 相連(圖 9)。模塊 A、B、C、D、E 之間構(gòu)成一個小型的局域網(wǎng)，通過無線以太網(wǎng)實現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)
交換。
模塊 A 通過無線以太網(wǎng)把模塊 B、C、D、E 的相關(guān)信息進(jìn)行采集，和它相連的主控 PLC 對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后把經(jīng)過主控 PLC 處理的信息，通過無線以太網(wǎng)發(fā)射給模塊 B、C、D、E；每臺自行小車的 PLC 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，傳送給相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)(如電機)；同時，每臺自行小車的 PLC 也會對執(zhí)行機構(gòu)上相關(guān)傳感器的信號進(jìn)行處理，以數(shù)據(jù)包的形式通過安裝在小車上的 RLX-FHE 模塊 B(C、D、E)通過無線以太網(wǎng)發(fā)送給模塊 A；模塊 A 把接收到模塊 B、C、D、E 的相關(guān)信息，傳送給主控 PLC，使每臺自行小車執(zhí)行相關(guān)的工藝動作。無線以太網(wǎng)通訊原理如圖 10 所示。
通過 5 個無線通訊模塊 RLX-FHE，把自行小車的 PLC 和主控 PLC 通過無線以太網(wǎng)的形式連接在一起，使主控 PLC 能夠準(zhǔn)確判斷每臺自行小車的狀態(tài)，并給每臺小車傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)，使小車執(zhí)行下一步的工藝動作。
3.3 經(jīng)濟(jì)效益
對一個控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定可靠至關(guān)重要。而評判一個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，*重要的指標(biāo)就是系統(tǒng)的故障率。故障率越高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越差；故障率越低，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越高。對由控制系統(tǒng)構(gòu)成的生產(chǎn)線來說，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)效益越好；系統(tǒng)穩(wěn)定性越低，生產(chǎn)線停
線率越高，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越差。
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。通過對滑觸線和無線以太網(wǎng)通訊兩種方式的故障率比較發(fā)現(xiàn)(如表 1)，采用無線以太網(wǎng)通訊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。故障率的大大降低，生產(chǎn)線的停線率就會隨之降低，從而提高了生產(chǎn)效率，經(jīng)濟(jì)效益也就隨之提高。
以五菱鴻途生產(chǎn)線為例，如果每天每班停線減少 1min，一個月的停線時間就會減少 90min。生產(chǎn)線每個月就能多生產(chǎn)出30 臺五菱鴻圖。每臺五菱鴻圖平均價值為 5 萬元，那么無形中一個月就多增加 150 萬元的產(chǎn)值，一年就會增加 1800 萬元的產(chǎn)值。
4 結(jié)束語
環(huán)線空中自行小車輸送控制系統(tǒng)，采用無線以太網(wǎng)信息交換方式，代替滑觸線信息交換的方式，在很大程度上提高控制系統(tǒng)的靈活性，數(shù)據(jù)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，故障點減少，生產(chǎn)線的停線率降低；電氣安裝相對簡單，控制電纜、信
號電纜大量減少，使得整個系統(tǒng)維護(hù)相對簡單，進(jìn)而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。
