自行小車是工程機(jī)械輸送線上的常見設(shè)備。傳統(tǒng)的自行小車是通過車體上安裝的集電器與預(yù)裝在軌道內(nèi)的滑觸線在移動(dòng)接觸中進(jìn)行分段取電，提供給移動(dòng)小車電能，并通過分段的滑線反饋小車的位置區(qū)域及小車升降葫蘆的上限信號(hào)。該傳統(tǒng)供電和反饋信號(hào)的方式存在以下弊端：

(1) 分段取電方式直接影響了碳刷的使用壽命，并限制了小車行走的速度；

(2) 分段控制的穩(wěn)定性和可靠性較差，故障率也比較高，無法實(shí)現(xiàn)全線的聯(lián)動(dòng)；

(3) 無法反饋小車的實(shí)際狀態(tài)及位置，無法實(shí)現(xiàn)信息化管理和生產(chǎn)，以及柔性化；

(4) 無法實(shí)現(xiàn)能源的有效控制。

近些年，我國(guó)的工程機(jī)械呈現(xiàn)了相當(dāng)良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，傳統(tǒng)機(jī)械化生產(chǎn)向智能化、柔性化、信息化及綠色節(jié)能的現(xiàn)代化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變已是大勢(shì)所趨。筆者所在公司率先將智能控制技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械涂裝輸送線自行小車，是該領(lǐng)域的一個(gè)全新突破。本文通過在涂裝 MES(Manufacturing Execution System，即制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng))輸送線上采用智能控制技術(shù)的實(shí)際案例，從技術(shù)角度分析它所能實(shí)現(xiàn)的功能及作用，為我國(guó)工程機(jī)械智能化工廠的發(fā)展提供借鑒。

1 智能控制系統(tǒng)慨述

本案線路總長(zhǎng) 410 m，共 20 個(gè)工藝工位，工件上件后經(jīng)過拋丸、清灰、噴底漆、噴面漆、流平、烘干、強(qiáng)冷等工藝處理，然后輸送到下件工位。線體的平面布置如圖 1 所示。

該系統(tǒng)主控 PLC(可編程邏輯控制器)采用西門子 S7-1500CPU-1513-1PN 中央處理器，遠(yuǎn)程站用ET200SP 電源模塊(西門子)，西門子 TP1500 觸摸屏用于顯示設(shè)備狀態(tài)及涂裝工藝參數(shù)調(diào)整，自行小車采用德國(guó) VAHLE 的 DCS-1 智能控制器，行走定位通過二維碼，升降采用***編碼器檢測(cè)升降高度。

共使用 5 級(jí)安全滑觸線，其中 3 級(jí)用于驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，2 級(jí)用于智能控制器和地面調(diào)度模塊的總線通信。系統(tǒng)構(gòu)成如圖 2 所示。

主控系統(tǒng)和 MES 系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)(Ethernet)通信，實(shí)時(shí)接收信息管理系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)信息，并反饋設(shè)備狀況、產(chǎn)量等信息。主控 PLC 與遠(yuǎn)程站及智能 i-COM 站通過 Profinet 通信。小車與i-COM 通過滑觸線通信。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖 3 所示。

2 智能控制技術(shù)的應(yīng)用

2. 1 無間斷的安全滑觸線供電

傳統(tǒng)工藝為了控制小車在工位間完成工藝動(dòng)作，需要將滑觸線按工位分段控制。由于存在物理分段，小車在行走過程中容易出現(xiàn)集電器卡滯而導(dǎo)致跳刷或斷刷的現(xiàn)象。采用自行小車智能控制器后，工位工藝動(dòng)作通過總線控制小車智能模塊 DCS 完成，所以滑觸線無需物理分段，這樣大大提高了集電器的壽命，降低了故障率，同時(shí)小車也因?yàn)闆]有斷口而加快了行走速度，提高了生產(chǎn)效率。

2. 2 柔性的位置控制

在整條線路行走方向上安裝有絕對(duì)地址的二維碼，每臺(tái)小車裝有一個(gè)讀碼器，這樣控制中心就可以通過與小車智能控制器通信，隨時(shí)知道每臺(tái)小車的當(dāng)前位置。根據(jù)從生產(chǎn)系統(tǒng)接收的工件信息，控制小車在室體門打開后快速進(jìn)入烘干等工位，按工件信息自動(dòng)判斷工件末端完全進(jìn)入室體后立即快速關(guān)閉室體門，從而有效地減少了烘干室體內(nèi)熱量的散失，節(jié)約能源。此外，小車還能夠根據(jù)工件的復(fù)雜程度自行調(diào)整通過拋丸的速度，*佳匹配拋丸時(shí)間，這樣不僅可以保證拋丸質(zhì)量，而且可以降低設(shè)備損耗、丸料損耗及能源消耗。

根據(jù)從生產(chǎn)系統(tǒng)接收的工件信息，通過調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部算法，依據(jù)不同工件的長(zhǎng)短來自動(dòng)調(diào)整小車之間的安全防撞距離，從而實(shí)現(xiàn)工位間小車的同步行走。僅此一項(xiàng)就可以提高生產(chǎn)效率 10%以上。而傳統(tǒng)控制是等前一工位小車完全離開后，后一工位小車才能進(jìn)入前一工位。所以采用智能控制器后，生產(chǎn)節(jié)

拍得到了有效提高。

葫蘆升降采用***編碼器定位。前后葫蘆各裝一個(gè)編碼器，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)前后升降高度，同時(shí)依據(jù)工藝自動(dòng)調(diào)節(jié)不同工件的工位升降高度，確保產(chǎn)品涂裝質(zhì)量。

所以，在將來智能工廠實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)時(shí)，面對(duì)多種小批量工件同時(shí)混線生產(chǎn)，該控制方式就可以靈活地自動(dòng)調(diào)節(jié)不同工件的處理工藝參數(shù)，柔性化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)會(huì)更加凸顯[1]。

2. 3 生產(chǎn)的信息化管理

生產(chǎn)信息化將信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，可以改善制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、管理、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[2]。本案采用了基于滑線的總線通信技術(shù)，使地面主控中心和移動(dòng)小車之間有了信息的交互。通過控制中心監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時(shí)了解工位小車狀態(tài)，小車將當(dāng)

前所輸送工件的信息及所在當(dāng)前工藝工位的工藝參數(shù)(如時(shí)間等)實(shí)時(shí)發(fā)送給地面控制 PLC，地面 PLC 處理后通過以太網(wǎng)傳送到生產(chǎn)系統(tǒng)，便于生產(chǎn)管理人員及時(shí)找出生產(chǎn)瓶頸，根據(jù)生產(chǎn)情況優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

根據(jù)小車反饋故障信息，可以很快找到故障點(diǎn)，便于快速排障。由于不同設(shè)備的維護(hù)周期不同，控制器可以自動(dòng)計(jì)算設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，控制中心根據(jù)設(shè)定的維護(hù)周期進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)提醒，大大降低了生產(chǎn)故障停線時(shí)間，提高了設(shè)備稼動(dòng)率[3]。

2. 4 對(duì)涂裝惡劣環(huán)境的適應(yīng)性

自行小車智能控制器采用 IP65 的一體化封裝，外部通過 Harting 技術(shù)接插，密封性能好，能適應(yīng)涂裝線上灰塵大的環(huán)境。為了保證讀地址碼的可靠性，對(duì)室體頂部采取 2 ~ 3 層的柔性防護(hù)，二維碼讀碼頭、底部再增加防護(hù)板，可以有效防止拋丸室頂部跳出的丸粒對(duì)讀碼頭及碼帶造成損傷。為了防止灰塵對(duì)集電器接觸的影響，配置了一套專用的工業(yè)吸塵器，安裝在其中一臺(tái)小車上，定期對(duì)滑觸線進(jìn)行除塵。經(jīng)大量項(xiàng)目測(cè)試，使用滑觸線專用吸塵器后，集電器和滑觸線接觸**的情況得到很大改善。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、信息化和智能化已是當(dāng)務(wù)之急。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)工程機(jī)械的智能化生產(chǎn)還有很大的差距。本案應(yīng)用只是冰山一角，還需要更多新技術(shù)的應(yīng)用和**，才能使我國(guó)的工程機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)走在世界前沿。