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现场总线/工业以太网 |
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无线以太网技术在输送系统中的应用 |
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作者：上汽通用五菱汽车股份有限公司 牛毅峰 |
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我公司的车身焊装生产线要求每小时生产40台白车身(40JPH) ，由于生产节拍高，因此从下车体线到总拼线的输送系统采用多台自行小车环形运转的方式。这种传统的滑触线控制方式使自行小车与主控PLC之间信息交换无法通过电缆直接连接来实现，存在数据交换信息量受限、可靠性低和电气安装复杂等弊端。
为了避免这种弊端，我们将无线以太网通信技术应用于空中自行小车信息交换方式中，该技术首次在本公司西部车身车间五菱鸿途车身焊装线环线空中自行小车输送控制系统上应用，经过两年的生产验证，该系统可靠性高、故障率低且维修简单。
图1 和主控PLC连接的RadioLinx模块
本文以五菱鸿途车身焊装生产线环线空中自行小车输送控制系统为例，详细讨论传统滑触线和无线以太网通信两种不同的信息交换方式。
传统滑触线信息交换方式
传统交换方式是对滑触线进行分段。在滑触线的分段内，通过集电器上的电刷采集/传输信号经中间继电器和主控PLC连接，实现空中自行小车和主控PLC之间的信息交换。这种传统信息交换方式存在以下几个弊端：
1. 信息交换量受限
在实际应用中，一般使用10极（8极）滑触线进行自行小车和主控PLC之间信息的交换。10级（8极）滑触线中，电源占用4级，信息交换占用6级（4极）。按照每个工位工艺动作的要求对滑触线进行分段，工位的工艺要求越多，数据交换的信息就越多，滑触线分段也越多。
从自行小车采集信号原理图可以看出，10级的滑触线分段之后，最多只能满足19个信号和主控PLC信息交换，且仅可满足自行小车基本工艺动作的控制，大量的报警信息无法传送到主控PLC，无法更好地显示各自行小车的状态。若需新增工艺动作，控制工艺动作的信号无法增加，从而使环线自行小车和主控PLC的信息交换量受到限制。
2. 系统可靠性低
（1）环形空中自行小车通过集电器上的碳刷在滑触线上采集/传输控制信号。自行小车抓取工件升降的过程中会产生抖动，碳刷随之也会发生抖动，造成信号丢失，使系统的可靠性降低。
（2）环线空中自行小车长期运行后，碳刷和滑触线磨损，导致碳刷破裂、接触不良，也会使控制信号丢失。此外，碳刷长期和滑触线摩擦，大量碳粉会滞留在滑触线分段处或滑触线上，造成信号的误传输，使系统的可靠性降低。
图2 和小车PLC连接的RadioLinx模块
（3）由于空中自行小车工艺动作较多，控制每个工艺动作的信号都需要电缆接入主控PLC，通过碳刷和中间继电器进行转接，必然造成整个控制系统故障点增多，使系统的可靠性降低。
3. 电气安装复杂
空中自行小车的铝型轨道大多在空中(离地5m左右)，滑触线布置在铝型轨道上，滑触线上的信号通过电缆接入PLC进行数据交换。由于主控PLC大多放在地面，空中自行小车工艺动作较多，控制每个工艺动作的信号也较多，则需要的电缆较多，敷设电缆和桥架等安装工作比较复杂。
无线以太网信息交换
为了克服传统滑触线数据信息交换量受限、系统可靠性低及电气安装复杂等缺点，通过大量的调研和分析，我们把无线以太网通信技术应用在空中自行小车信息交换中，替代传统的滑触线信息交换方式，通过无线以太网模块的发射/接收信号，与主控PLC进行信息交换。仅需要4级滑触线即可满足自行小车电源的使用，用于信息交换的6级（4极）滑触线可以取消，大大减少了滑触线的使用数量。
1. 信息交换无限量
通过无线以太网通信模块的发射/接收数据包进行信息交换，系统可以任意地增加所需要的控制信号，信息交换量不再受到限制，大量的故障报警信息可以传送给主控PLC，从而实现了主控PLC对空中自行小车的实时监控，使系统可以实现比传统滑触线方式环线小车更多的功能。
2. 系统的可靠性高
无线以太网信息交换方式取消了6级用于信号控制的滑触线，仅留4级为空中自行小车提供电源。滑触线和碳刷的减少，避免了自行小车抓取工件上、下抖动和碳刷接触不良造成的信号丢失，以及碳刷长期与滑触线摩擦，碳粉滞留在滑触线分段处或者滑触线上造成的信号误传输。空中自行小车和主控PLC的信息交换通过无线以太网通信模块进行交换，无需通过滑触线和继电器经由电缆和主控PLC交换，使系统的故障点大大较少，从而提高了系统的可靠性。
3. 电气安装简单
取消了用于信号交换的6极滑触线，减少了大量的控制电缆的安装。空中只需要1根网线连接无线以太网模块和主控PLC，数据信息通过安装在自行小车上的无线以太网发射/接收模块和安装在环线自行小车的铝型轨道的无线以太网接收/发射模块进行交换，同时也减少了自行小车随车电控柜和主控柜大量的中间继电器和I/O模块的使用，使安装、接线和维修简单化。
4. 维护方便
采用无线以太网通信技术作为信息交换方式的环线空中自行小车控制系统，控制信号的电缆几乎比传统滑触线信息交换方式减少了90%，故障点大大减少，使系统的硬件连接更加简单。系统信息交换出现故障，只需要重新配置安装在自行小车和环线铝型轨道的无线通信以太网模块的IP地址即可，大大节约了故障查找的时间，使系统维护更加方便。
无线以太网信息交换方式的应用
基于无线以太网信息交换方式的优势，我们首次在五菱鸿途车身焊装生产线中的环线空中自行小车输送控制系统上进行大胆尝试。下面以五菱鸿途环线空中自行小车控制系统为例，介绍无线以太网信息交换方式在实际生产中的应用。
1. 无线以太网通信模块RadioLinx
ProSoft公司的无线通信模块RadioLinx，提供以太网和串口（RS232、RS422和RS485）应用解决方案，包括无线以太网通信模块、无线串口通信模块和无线以太网/串口通信组合模块。
在五菱鸿途车身焊装线环线空中自行小车控制系统采用无线以太网通信模块（RadioLinx Ethernet Switch) RLX-FHE，它具有以下特点：
（1）无线交换机独立于协议。
（2）单体数据转发器、中继器和远程端。
（3）对等通信及诊断。
（4）拥有自己的IP地址。
（5）在25km范围内，传输速率为250kbit/s。
（6）硬件可加密，安全性高。
（7）传输数据的频率为2.4GHz。
2．无线通信模块方案
采用Prosoft公司的无线通信模块RadioLinx取代传统滑触线信息交换方式，使空中自行小车PLC和主控PLC通过无线以太网进行数据信息交换。
在整个方案中，共使用5个无线以太网通信模块RLX-FHE（A、B、C、D和E），其中1个模块A和主控PLC通过网线相连（如图1所示），其余4个模块B、C、D和E分别安装在4台自行小车上，和自行小车的PLC相连（如图2所示）。模块A、B、C、D和E之间构成一个小型的局域网，通过无线以太网实现之间的数据交换。
模块A通过无线以太网采集模块B、C、D和E的相关信息，和它相连的主控PLC对所采集的数据进行处理；然后把经过主控PLC处理的信息通过无线以太网发射给模块B、C、D和E，每台自行小车的PLC对数据进行处理，传送给相应的执行机构（如电机）；同时，每台自行小车的PLC也会对执行机构上相关传感器的信号进行处理，以数据包的形式通过安装在小车上的RLX-FHE模块B（C、D或E）通过无线以太网发送给模块A，模块A把接收到模块B、C、D和E的相关信息传送给主控PLC，使每台自行小车执行相关的工艺动作。
通过5个无线通信模块RLX-FHE，把自行小车的PLC和主控PLC通过无线以太网的形式连接在一起，使主控PLC能够准确判断每台自行小车的状态，并给每台小车传输相应的数据，使自行小车执行下一步工艺操作。
3. 经济效益
对于控制系统来说，系统的可靠性和稳定性至关重要。而评判一个系统的稳定性，最重要的指标就是系统的故障率。故障率越低，系统的稳定性就越高。对于由控制系统构成的生产线来说，系统稳定性越高，生产线的停线率越低，产生的经济效益越高。
采用滑触线信息交换方式的控制系统，故障主要集中在碳刷、滑触线和继电器等方面。两种通信方式的故障率进行比较后，我们发现采用无线以太网通信信息交换方式的控制系统明显优于滑触线信息交换方式，碳刷、滑触线的故障率大大降低，继电器故障率为零。
以五菱鸿途生产线为例，如果每天每班停线减少1min，1个月的停线时间就会减少90min。生产线每个月就能多生产出30台五菱鸿途。每台五菱鸿途平均价值为5万元，那么公司无形中1个月就多增加150万的产值，1年就会多增加1800万的产值。
结语
环线空中自行小车输送控制系统采用无线以太网信息交换方式代替滑触线信息交换方式，在很大程度上提高了控制系统的灵活性，数据交换无限量，使控制信号增加不再受限；同时，滑触线、碳刷的减少，使得系统稳定性提高，故障点大大减少，生产线的停线率大大降低；电气安装相对简单，控制电缆、信号电缆大量减少，使整个系统维护相对简单，值得推广。(end)
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(11/9/2009) |
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