无线网络技术在汽车底漆涂装自动控制线上的应用

郑顺璋 ，冯 宾 ，王 浩

(1.合肥黎明水电安装有限公司，安徽合肥230041；2.安徽生物工程学校，安徽合肥230041)

汽车涂装底漆生产线（即驾驶室前处理和电泳），主要由焊装好驾驶室白车身进行预脱脂、脱脂、第一水洗、表调、磷化、第二水洗、去离子水洗、电泳、UF超滤水洗、超滤水洗、去离子水洗等各工艺槽体系统和自动化输送系统两部分组成。是汽车涂装的第一道关键工序，底漆品质的好坏，直接关系到面漆附着力和驾驶室防腐能力，而底漆生产线的输送机构的自动化程度及好坏，又直接影响底漆涂装的品质和生产效率。

1 滑触线自行小车的控制方式

目前滑触线自行小车控制方式主要有：分区供电方式、车载PLC到站发信方式、现场总线方式（如Profibus、Field Bus、Device Net)、调制解调方式等。在安装过程中，所需的排线施工和校验的工作施工量较大，现场改造周期较长；在生产中滑触线联络方式易产生抖动、干扰、丢失等弊端，特别是需要解决滑触线方式信号传输量限制的根本问题。另外，生产现场动力电缆和信号电缆交错纵横，涂装车间生产现场环境恶劣，线缆极易老化失效，因此以上方案用在此项目上很难实施。

无线通讯具有的优势是：覆盖面广，频率高（2.4 GHz）不易受干扰，可适应比较恶劣的环境（如涂装车间）；安装方便，施工快，免除大量的硬线（多芯电缆）现场施工；应用界面开放，调试维护方便；扩展容易，柔性程度高；数据交换量大，能实现全数据采集。

采用无线局域网TCP/IP模型允许从一台机器发出的字节流，无差错地发往互联网上其他机器，实现地面主站与所有车载系统通讯及车载系统之间的通讯。

图1 底漆生产线工艺布局图

2 无线监控系统的构成

新制葫芦自动控制小车18台，采用车载独立PLC控制方式。采用无线通讯系统，使用无线网络实现地面主站与车载系统通讯，小车与小车之间通讯，实现系统信息实时交换和采集。增加行走驱动电机功率，并改为变频控制方式，以提高对工艺要求的高、低速的适应性和运行的平稳。升降葫芦由单速变为双速，实现高低速切换运行，提高驾驶室入槽平稳可靠。各自行葫芦小车配置P+F位置编码器，通过RS485接口直接与PLC通讯，实现包括：工艺识别、定位识别和防撞保护功能，无机械摩损，无需参考点，绝对位置测量，实时检测，最大限度地实现小车的智能化。

图2 无线系统网络图

3 无线监控系统的硬件设计

3.1 系统主要硬件配置

系统主要硬件配置见表1所列。

表1 无线监控系统主要硬件配置表

本系统选用菲尼克斯系列产品设置有2个无线接入点（AP），18 个无线客户端(EC)。

自动控制线采用了安装2个AP的方案（如图3所示），考虑到其中任一台AP出现故障，另一台AP仍然可以确保网络正常运行，起到备用的作用，提高了系统的可靠性。另外采用了2个AP可以实现漫游通讯，两台AP都正常时，不管小车运行到哪个位置，都能保持很好的信号强度，保证了可靠的通讯品质（30 dB以上）。

图3 AP、EC位置

在每台小车上安装了一个EC，通过以太网线与150PLC连接，EC具有漫游功能，根据信号强弱自动选择离得最近的AP通讯，这样车载150PLC就可以保持很好的与地面ILC350主PLC数据通讯了。

本系统选用菲尼克斯公司350 PLC作为地面主控PLC，处理所有地面与小车、小车与小车之间、输送系统与工艺设备的数据交换，及生产线所有信息的采集与监控。通过以太网接口与交换机连接，可直接与AP通讯；选用菲尼克斯公司150 PLC作为车载PLC，完成小车启动、停止、吊具的升降及各工序工艺时间的控制，实现小车的智能化。通过以太网接口与EC连接，再通过无线网络与AP通讯，从而实现车载PLC与地面主控PLC的数据交换。

2.2 单片机与PLC通信硬件的实现

系统采用AT89S51单片机为核心，由于单片机串行口输出的是TTL电平，而PLC自由口输出的是RS-485信号，所以可以通过AT89S51的串行口与MAX485芯片相连，然后与PLC的RS-485口进行通信。单片机的串行通信线RXD和TXD通过电路转换为RS-485信号和PLC通信。

3 无线监控系统的软件设计

3.1 EC应用模块设计

AP将分配唯一的网络ID，分配成功后，用以实现在这唯一ID表示的网络中进行收、发数据，即使EC节点还处于另外一个网络之中，也不与其协调器通信，而只识别与其本身网络ID相同的AP。当发送节点初始化后，首先寻找与其绑定的协调器建立的网络，等待AP将其加入网络中，进行无线通信。每个发送节点的软件设计是相同的，其流程如图4所示。

图4 EC端流程图

3.2 AP应用模块设计

AP节点的无线射频模块接通电源并且复位后，首先要开始建立一个具有唯一ID标识的网络，应答与其绑定的各个发送模块的请求，并将其加入到网络中，同时为每个发送模块分配本网络内唯一的16位地址之后，等待发送端发送数据，当检测到有数据时，便接受这些数据，并通过RS485将接收端数据包传送给PLC主机。接收端流程如图5所示。

图5 AP端流程图

4 结束语

此项目现已改造完成，从调试开始到开线生产，一直表现得相当稳定，具有兼容性好、系统界面全开放、调试简单方便、信息交换量大、柔性程度高、扩展容易等优点。基本上做到闭环控制，提高了可靠性和稳定性，也给操作和维护带来了方便。通过此项目，证明了无线网络通讯可靠，应用在环行自行小车自动控制系统中，能够充分发挥其优势，尤其是在旧线的改造上。

[1]孙 戈.短距离无线通信及组网技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.

[2]张少军.无线传感器网络技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]杜晓通.无线传感器网络技术与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4]麻信洛，李晓中，等.无线局域网构建及应用[M].北京：国防工业出版社，2009.