自行小車輸送線是工廠常見的柔性生產(chǎn)物流輸送系統(tǒng)，在需要輸送的行業(yè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，是目前國內(nèi)外廣為流行的一種輸送設備，主要適用于汽車、輕工等行業(yè)自動化輸送生產(chǎn)線。伴隨著我國汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，其已在各汽車主機廠廣泛應用。在總裝生產(chǎn)中，其工作效率對整個整車的生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率有著重要的影響。本文主要講述了無線藍牙技術在自行小車輸送線上的應用。

1　自行小車輸送方式介紹

1.1 傳統(tǒng)自行小車輸送方式簡介

傳統(tǒng)自行小車線是通過車體上安裝的集電器和預裝在軌道上的滑觸線滑動接觸進行取電及信號傳遞。地面控制柜內(nèi)設有主控PLC，小車上一般也裝有PLC和變頻器，主控PLC通過滑觸線控制小車執(zhí)行相應的工藝動作。但是由于軌道和滑觸線的尺寸、安裝的要求等各方面因素的局限性，使得軌道上的滑觸線在數(shù)量都只能控制在9根及以下。這樣就會造成大量信號只能通過各自的PLC進行數(shù)據(jù)處理，主控PLC與小車PLC之間只能互相傳遞單個電信號，使系統(tǒng)很難形成閉環(huán)控制，控制的穩(wěn)定性和可靠性較差，故障率也比較高。

1.2 無線技術自行小車輸送方式簡介

無線自行小車輸送線的滑觸線只有4根，主要用于電源取電使用。其余信號通過無線裝置與電柜上的無線接收器進行無線數(shù)據(jù)傳輸，其采集信號多樣，數(shù)字量、模擬量信號均可以采集傳輸。其采集點數(shù)也較多，目前常用的為16點數(shù)字量輸入、輸出、2位模擬量輸入、輸出。

2　無線藍牙技術簡介

在工業(yè)無線領域，主要有兩種無線技術：WLAN、Bluetooth（藍牙）。其各有各自的優(yōu)缺點，如表1所示。

2.1 WLAN技術

無線局域網(wǎng)絡(Wireless Local Area Networks； WLAN)是相當便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻（Radio Frequency； RF）的技術，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構成的局域網(wǎng)絡，使得無線局域網(wǎng)絡能利用簡單的存取架構讓用戶透過它，進行數(shù)據(jù)交換的目的。

2.2 Bluetooth（藍牙）技術

Bluetooth（藍牙）技術是一個開放性的、短距離無線通信技術標準，它工作在全球通用的2.4GHzISM 頻段，采用跳頻擴頻技術，可以用于近距離通過無線連接的方式實現(xiàn)固定設備以及移動設備之間的網(wǎng)絡互連，在各種數(shù)字設備之間實現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的數(shù)據(jù)通信， 實現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)傳輸。對于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，有些地方工作人員甚至難以接近，特別是一些工業(yè)環(huán)境禁止使用電纜或者很難使用電纜來傳送數(shù)據(jù)（如高速旋轉的設備、高空設備、不適于布線的強腐蝕惡劣環(huán)境），采用藍牙等無線通信技術代替電纜來實現(xiàn)現(xiàn)場設備與監(jiān)控網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)傳輸就能有效解決上述問題。藍牙技術的優(yōu)點：快速高效、快速易于安裝、緊固、可靠、高系統(tǒng)密度、更好的兼容性。

3　設計思路及實施

3.1 設備概述

總裝二車間底盤轉運自行葫蘆先主要用于底盤裝配線車架翻轉后轉移至總裝配線。自行小車車組為2車組型，由1臺驅(qū)動主車，1臺副車及均衡梁組成。每臺車組帶有2臺起重量為4000kg的鋼絲繩葫蘆，葫蘆上設置上限位開關。為保證維修時不影響生產(chǎn)，系統(tǒng)設維修道岔及維修軌道。自行小車軌道系統(tǒng)吊掛在廠房屋架上。車組主車減速機采用SEW的產(chǎn)品，葫蘆采用科尼公司產(chǎn)品。全線設1個上料點，1個下料點。在通過操作工人活動的區(qū)域及通道均設置安全網(wǎng)（梁的布置1250mm*650mm），確保安全。

3.2 設備設計

3.2.1 工位布局（如圖3所示）

3.2.2 實現(xiàn)工藝流程

車架總成在底盤裝配線完成懸架系統(tǒng)等零件裝配后，經(jīng)過翻轉，進入上件區(qū)，操作工人發(fā)出信號，空車組從上件區(qū)外的等待區(qū)進入，然后放下吊具，速度為慢-快-慢，到一設定位置后，人工控制下降到位，掛住工件后，人工控制葫蘆上升到一設定位置，然后速度以慢-快-慢上升到位，延時后自動控制運行。車組向前行至總盤裝配線上方的等待區(qū)，按照總裝配線工人發(fā)出的信號進入下件區(qū)，車組進入下件區(qū)后，將吊具降下，在降至一定高度后，轉為手動操作，此時前行速度與總裝配線線速度一致自動隨行，當?shù)蹙呓档轿?，工人確認車架已固定到臺車上后，摘去吊具，吊具上升，在下件工位，葫蘆的動作過程同上件工位，車組在吊具升到位后，自動返回到底盤裝配線末端的等待區(qū)。

3.3 設計實施

為了滿足工藝要求，總裝二車間共設計有四條自行葫蘆生產(chǎn)線，由于現(xiàn)場鋼結構較多，每條自行小車線范圍較為集中，在考慮數(shù)據(jù)可靠安全性及對其他無線設備影響方面，選擇可靠性及對其它無線設備影響較小的Bluetooth（藍牙）無線技術，避免信號相互干擾的情況發(fā)生。在Bluetooth（藍牙）技術較少的客戶端數(shù)量方面，7個已能滿足系統(tǒng)要求。

3.3.1 控制硬件

主控PLC：西門子S7-300CPU：315-2DP總線網(wǎng)絡：Profibus車組數(shù)量：5個+1個備用由于小車變頻器速度給定需要PLC進行模擬量輸入輸出，小車信號采集需要變頻器及電機故障反饋信號，前后葫蘆升到位信號、停車限位信號、防撞信號、車位編碼信號。需要輸出電機正反轉、高速、前進后退信號，共需輸入12個信號，輸出8個信號，模擬量輸出1個。所以每個小車采用一套菲尼克斯無線遠程I/O：ILB BT ADIO 2/2/16/16(16點數(shù)字量輸入/輸出/2模擬量輸入/輸出)進行信號傳輸。防護等級為IP20，與無線基站進行信號轉接。設備組態(tài)十分簡單：基站將連接數(shù)據(jù)寫入ID連接器，然后將ID連接器插入無線模塊，基站通過各種總線連接器集成到所有通用的現(xiàn)場總線中。ILB BT ADIO 2/2/16/16技術參數(shù)如表2所示。

每個無線I/O均有一個ID-PLUG，其決定無線基站與無線I/O的通信。每個I/O模塊為了與基站通信，需要連接數(shù)據(jù)，而這個連接數(shù)據(jù)保存在插入到該模塊的ID-PLUG中。在啟動I/O模塊之前，先把連接數(shù)據(jù)從基站中寫到I/O模塊中，具體步驟如下：

（1）確認所有的連接無誤；給基站上電；

（2）在“TN”旋轉編碼開關上設置合適的模塊地址；

（3）插入ID-PLUG. ID-PLUG燈先變黃，然后變綠；

（4）拔出編程好的ID-PLUG；

（5）把ID-PLUG插入到I/O模塊中。

3.3.2 無線傳輸原理

無線I/O設備信號通過無線藍牙協(xié)議與主控PLC進行通訊，傳輸采用2.4GHz免費工業(yè)無線頻段，采用跳頻擴頻技術，79個頻點跳變，100mA發(fā)射功率，干擾小或不受干擾；即使出現(xiàn)無線I/O設備與主控網(wǎng)絡網(wǎng)絡問題，PLC也可以接收到無線I/O設備的狀態(tài)信號，編程人員可以利用這些無線I/O設備的狀態(tài)信號，做出諸如：封鎖無線I/O設備輸出，禁止無線I/O設備再將輸入信號傳送給主控PLC，網(wǎng)絡斷開報警等保護反應。

現(xiàn)場利用四組行程開關，進行組合碰撞來識別小車到位情況。有車無車信號及控制信號均通過無線I/O傳輸至無線基站，通過Profibus網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。這些信息通過基站到達PLC單元，PLC通過程序執(zhí)行來完成所有的邏輯運算，把執(zhí)行結果再通過基站傳送給小車上的無線I/O模塊予以輸出，以此來完成各種工藝要求的動作和運動。

采用模擬量輸入輸出模塊進行對變頻器進行調(diào)速，使小車與線速進行同步處理，頻率通過主控PLC進行實施調(diào)控，使工藝傳輸更為順暢。

3.3.3主要設計方向及優(yōu)點：

（1）小車信號通過藍牙無線與主控柜進行信號傳輸，滑觸線只提供電源，減少滑觸線及碳刷數(shù)量，減少機械卡滯及故障點。

（2）取消自行小車PLC，全部信號處理由主控柜PLC進行信號處理，避免了復雜的接線回路及控制元件，所有的小車信息及參數(shù)設定都可以在地面主控柜進行監(jiān)控操作，減少攀爬作業(yè)。后續(xù)進行技術改造及增加葫蘆等小車數(shù)量變化、工藝變化都不用做滑觸線等硬件更改，只需要做相應的程序調(diào)試。

（3）由于滑觸線限制，傳統(tǒng)小車只能傳遞個別信號，很多控制保護功能無法實現(xiàn)，只能保證基本的控制和保護功能。而無線方式的采用，可以突破滑線數(shù)量限制，增加更多控制和保護功能，使小車的運行保護更加**合理、安全可靠。

（4）小車可以根據(jù)外圍聯(lián)鎖設備的速度變化實現(xiàn)速度的自動調(diào)節(jié)，頻率變化非常靈活，大大提高了設備的標準化。

（5）傳統(tǒng)小車信號通過滑觸線進行傳輸，滑觸線采用分段信號傳輸，容易出現(xiàn)接觸**導致信號缺失，小車無法動作。采用無線通信的方式，2.4G頻段的藍牙通信協(xié)議保證了實時通信，通過跳頻擴頻技術，使系統(tǒng)抗干擾、穩(wěn)定可靠，大大降低故障率。

4　無線藍牙技術自行小車線優(yōu)點

（1）小車電機中取消了小車控制PLC的使用，全部數(shù)據(jù)傳輸通過無線模塊進行傳輸，小車電柜大大簡化，空間相應減少，并且減少了電氣元件及電纜的使用，使投資費用大大減少。

（2）小車可采集信號點增多，可以傳輸傳統(tǒng)自行小車無法傳輸?shù)哪M量信號，可實現(xiàn)同步閉環(huán)控制、模擬量電機速度給定及故障保護功能。

（3）小車故障后可以通過主電器柜監(jiān)控主控PLC進行故障處理以及信號強制，避免出現(xiàn)小車故障數(shù)據(jù)監(jiān)控需在高空監(jiān)控PLC程序等維修不便、危險作業(yè)，處理故障更加迅速、快捷。

（4）可以將采集的信號數(shù)據(jù)處理，編譯更加合理，直觀的觸摸屏程序，使線體運行實時顯示，方便生產(chǎn)監(jiān)控及故障處理。

5　結語

此設備在總裝二車間使用以來，無線通信控制自行小車一直相當穩(wěn)定，未出現(xiàn)機械卡滯等傳統(tǒng)自行小車線常見的故障。通過此項目證明了無線網(wǎng)絡通信是可靠的，應用在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，減少小車PLC使用，降低設備成本，設備維修更加方便，在國內(nèi)無線網(wǎng)絡用在總裝自行小車輸送系統(tǒng)中，特別是自行小車改造項目中是一個很好的應用。