智能控制技术在工程机械涂装自行小车上的应用

  自行小车是工程机械输送线上的常见设备。传统的自行小车是通过车体上安装的集电器与预装在轨道内的滑触线在移动接触中进行分段取电，提供给移动小车电能，并通过分段的滑线反馈小车的位置区域及小车升降葫芦的上限信号。该传统供电和反馈信号的方式存在以下弊端：

(1) 分段取电方式直接影响了碳刷的使用寿命，并限制了小车行走的速度；

(2) 分段控制的稳定性和可靠性较差，故障率也比较高，无法实现全线的联动；

(3) 无法反馈小车的实际状态及位置，无法实现信息化管理和生产，以及柔性化；

(4) 无法实现能源的有效控制。

近些年，我国的工程机械呈现了相当良好的发展态势，传统机械化生产向智能化、柔性化、信息化及绿色节能的现代化生产转变已是大势所趋。笔者所在公司率先将智能控制技术应用于工程机械涂装输送线自行小车，是该领域的一个全新突破。本文通过在涂装 MES(Manufacturing Execution System，即制造企业生产过程执行系统)输送线上采用智能控制技术的实际案例，从技术角度分析它所能实现的功能及作用，为我国工程机械智能化工厂的发展提供借鉴。

1 智能控制系统慨述

本案线路总长 410 m，共 20 个工艺工位，工件上件后经过抛丸、清灰、喷底漆、喷面漆、流平、烘干、强冷等工艺处理，然后输送到下件工位。线体的平面布置如图 1 所示。

该系统主控 PLC(可编程逻辑控制器)采用西门子 S7-1500CPU-1513-1PN 中央处理器，远程站用ET200SP 电源模块(西门子)，西门子 TP1500 触摸屏用于显示设备状态及涂装工艺参数调整，自行小车采用德国 VAHLE 的 DCS-1 智能控制器，行走定位通过二维码，升降采用***编码器检测升降高度。

共使用 5 级安全滑触线，其中 3 级用于驱动器驱动电机，2 级用于智能控制器和地面调度模块的总线通信。系统构成如图 2 所示。

主控系统和 MES 系统通过工业以太网(Ethernet)通信，实时接收信息管理系统下达的生产任务和生产信息，并反馈设备状况、产量等信息。主控 PLC 与远程站及智能 i-COM 站通过 Profinet 通信。小车与i-COM 通过滑触线通信。网络拓扑图如图 3 所示。

2 智能控制技术的应用

2. 1 无间断的安全滑触线供电

传统工艺为了控制小车在工位间完成工艺动作，需要将滑触线按工位分段控制。由于存在物理分段，小车在行走过程中容易出现集电器卡滞而导致跳刷或断刷的现象。采用自行小车智能控制器后，工位工艺动作通过总线控制小车智能模块 DCS 完成，所以滑触线无需物理分段，这样大大提高了集电器的寿命，降低了故障率，同时小车也因为没有断口而加快了行走速度，提高了生产效率。

2. 2 柔性的位置控制

在整条线路行走方向上安装有绝对地址的二维码，每台小车装有一个读码器，这样控制中心就可以通过与小车智能控制器通信，随时知道每台小车的当前位置。根据从生产系统接收的工件信息，控制小车在室体门打开后快速进入烘干等工位，按工件信息自动判断工件末端完全进入室体后立即快速关闭室体门，从而有效地减少了烘干室体内热量的散失，节约能源。此外，小车还能够根据工件的复杂程度自行调整通过抛丸的速度，*佳匹配抛丸时间，这样不仅可以保证抛丸质量，而且可以降低设备损耗、丸料损耗及能源消耗。

根据从生产系统接收的工件信息，通过调度系统内部算法，依据不同工件的长短来自动调整小车之间的安全防撞距离，从而实现工位间小车的同步行走。仅此一项就可以提高生产效率 10%以上。而传统控制是等前一工位小车完全离开后，后一工位小车才能进入前一工位。所以采用智能控制器后，生产节

拍得到了有效提高。

葫芦升降采用***编码器定位。前后葫芦各装一个编码器，可以自动调节前后升降高度，同时依据工艺自动调节不同工件的工位升降高度，确保产品涂装质量。

所以，在将来智能工厂实现定制化生产时，面对多种小批量工件同时混线生产，该控制方式就可以灵活地自动调节不同工件的处理工艺参数，柔性化生产优势会更加凸显[1]。

2. 3 生产的信息化管理

生产信息化将信息技术、现代管理技术与制造技术相结合，可以改善制造企业的经营、管理、产品开发和生产等各个环节，提高生产效率和产品质量[2]。本案采用了基于滑线的总线通信技术，使地面主控中心和移动小车之间有了信息的交互。通过控制中心监控系统可以随时了解工位小车状态，小车将当

前所输送工件的信息及所在当前工艺工位的工艺参数(如时间等)实时发送给地面控制 PLC，地面 PLC 处理后通过以太网传送到生产系统，便于生产管理人员及时找出生产瓶颈，根据生产情况优化生产工艺。

根据小车反馈故障信息，可以很快找到故障点，便于快速排障。由于不同设备的维护周期不同，控制器可以自动计算设备的实际运行时间，控制中心根据设定的维护周期进行预防性维护提醒，大大降低了生产故障停线时间，提高了设备稼动率[3]。

2. 4 对涂装恶劣环境的适应性

自行小车智能控制器采用 IP65 的一体化封装，外部通过 Harting 技术接插，密封性能好，能适应涂装线上灰尘大的环境。为了保证读地址码的可靠性，对室体顶部采取 2 ~ 3 层的柔性防护，二维码读码头、底部再增加防护板，可以有效防止抛丸室顶部跳出的丸粒对读码头及码带造成损伤。为了防止灰尘对集电器接触的影响，配置了一套专用的工业吸尘器，安装在其中一台小车上，定期对滑触线进行除尘。经大量项目测试，使用滑触线专用吸尘器后，集电器和滑触线接触**的情况得到很大改善。

3 结语

随着现代工业的高速发展，实现工业生产自动化、信息化和智能化已是当务之急。与发达国家相比，我国工程机械的智能化生产还有很大的差距。本案应用只是冰山一角，还需要更多新技术的应用和**，才能使我国的工程机械生产技术走在世界前沿。