自行小车输送线作为汽车行业的主要设备，已经广泛用于汽车生产制造。但在其控制方式上存在一些弊端，空中小车与地面控制没有形成很好的人机交互，在积放工位的操作人员不能监控和手动操作空中小车。 　　

　　

　　安徽江淮汽车股份有限公司重型商用车公司的研究人员饶王飞、丁勇杰，在2020年第6期 《电气技术》 杂志上撰文，介绍使用无线局域网+工业以太网技术使空中小车与地面PC形成一个局域网络，并采用组态和仿真软件，实现自行小车输送线空中小车的无线监控和手动控制，提高系统的使用性能和自动化程度。 　　

　　

　　自行小车输送线主要由高空小车、承重梁、电动葫芦、铝合金轨道、集电器、滑触线、岔路、提升站和电气控制系统(控制柜、按钮站、PLC、HMI触摸屏)组成。根据车间工艺要求，地面设置若干操作站。自行小车进入操作站后，可实现吊具的自动提升和吊爪的自动开合，也可由操作站手动控制。小车离开操作站后，将无法手动控制。 　　

　　

　　图1显示了自行车的实体图和工艺流程图。JAC重型汽车公司车体自行小车输送线主要包括5台高空小车、1个卸载站、2个装载站、8个堆垛站和1个维修站。 　　

　　

　　小车控制柜中集成了PLC、变频器、继电器、接触器等电气元件，执行小车的升降和行走控制程序。地面控制柜中有一个主PLC，用于协调和管理。空中小车与地面主PLC之间的数据交换采用滑触线方式。通过对滑触线进行分段，利用自行小车受流器上的碳刷实现架空小车PLC与主PLC之间的信号数据交换。 　　

　　

　　图1自行车实物图和工艺流程图 　　

　　

　　11.1 S7-200PLC西门子S7-200工业以太网和无线网络技术简介 　　

　　

　　S7-200PLC是德国西门子公司的小型PLC(如图2)。它集成了CPU、电源、I/O电路和通信接口，形成一个紧凑实用的小型PLC。S7-200PLC根据CPU的不同分为CPU221、CPU222、CPU224和CPU226，可支持扩展的模拟输入输出模块、数字输入输出模块、Profibus-DP模块和以太网模块。 　　

　　

　　S7-200PLC因其性价比高、稳定性高、可扩展性强而广泛应用于工业自动化领域。它可以代替传统的继电器控制电路来完成用户要求的生产过程，如汽车生产线、机床、电梯控制等。 　　

　　

　　图2 S7-200PLC 　　

　　

　　自行小车输送系统的空中小车由西门子S7-200PLC控制，CPU型号为CPU226CN，空中控制柜体积小，即使周围环境恶劣，也适用于S7-200PLC。 　　

　　

　　自行小车的地面控制柜由S7-300PLC控制。由于现场切换信号较多，对PLC的I/O扩展能力有一定的要求。而且楼层控制柜协调管理5台小车的运行，程序复杂，要求PLC周期短，处理速度快。因此，S7-300PLC适用于这种场合。 　　

　　

　　1.2 工业以太网技术 　　

　　

　　随着自动化设备的不断发展，传统的现场总线技术已经不能满足现场的需求。传统的现场总线技术(如Profibus、Moubus、CC-LINK)基于RS485总线，其最大传输速率为12mbit/s，现场总线用于连接现场智能设备和自动化控制系统的双向传输网络，是自动化领域的底层数据通信网络。现场总线中的软件是其中非常重要的一部分，一般包括组态软件、仿真软件、监控软件等。 　　

　　

　　首先需要通过组态软件完成各种设备之间的连接，设置好设备的参数。仿真软件可以模拟设备系统，监控软件可以收集、计算和处理网络运行过程中的数据。 　　

　　

　　工业以太网是根据工业控制的要求，基于普通以太网的工业自动化网络系统。它将以太网和TCP/IP技术应用于现场层和控制层，利用以太网的交换结构，具有安全性、可操作性和实时性。 　　

　　

　　与传统总线技术相比，工业以太网具有更高的传输速率(最高可达100兆)、更远的传输距离和更好的设备间通信可靠性。 　　

　　

　　作为工业自动化领域的领导者，西门子在工业以太网领域拥有丰富的经验和领先的解决方案。如图3所示，西门子CP243-1以太网通信模块是由S7-200系列PLC设计的工业以太网通信处理器。通过CP243-1以太网模块，用户可以方便地通过工业以太网将S7- 200PLC与其他设备连接。CP243-1以太网模块支持标准TCP/IP协议。只要通过双绞线连接到以太网，以太网上的其他节点就可以通过TCP/IP协议访问这台与CP243-1相连的S7-200 PLC。 　　

　　

　　图3西门 　　

子CP243-1以太网模块

　　

1.3 无线网络技术

　　

无线网络指的是任何形式的无线电计算机网络，不需电缆即可在节点之间进行相互连接。无线网络一般被用在使用电磁波的遥控信息传输系统。无线局域网（wireless local area network, WLAN）就是一种无线设备，利用无线电而非电缆在同一个网络上传送数据、甚至上网，应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。

　　

无线局域网的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式进行连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。它使用射频技术，使用电磁波取代旧式的双绞铜线构成局域网络，在空中进行通信连接，使得信息的传输实现无线化。

　　

2 自行小车控制方式的分析自行小车输送线的主控制系统在地面，控制柜内有S7-300PLC，开关电源、变压器、继电器、接触器等电气元器件，S7-300PLC作为控制器进行控制，它与空中小车控制柜内的PLC通过继电器、滑触线、继电器的控制方式进行通信，因滑触线的数量受限，轨道上只有8根滑触线，在操作站工位，将滑触线分成3段，分别为3根主电源、1根接地、5根信号，传输地面PLC最多只能发送4个输出信号给空中PLC，接收1个空中PLC发给地面的占位信号。

　　

地面PLC通过组合的方式发出空中PLC所需要的动作输入信号。继电器可作为空中小车发送信号的中转站，将接收到的交流220V的电压信号转化为PLC所需要的DC24V电压信号送入到S7- 300PLC的输入模块中，PLC通过执行用户程序，输出DC24电压信号给继电器，继电器作为中转站，将PLC的直流信号转成空中滑触线所需的交流信号，送入空中小车控制柜内。

　　

由于地面的PLC不能与空中小车进行网络通信，所以地面PLC不具备监控小车运行状态的功能，且在积放区域也不能对小车进行手动控制，小车在出现故障报警后，地面PLC不能对空中小车的报警进行复位，只能通过重启的方式进行报警自动复位，而且维修和操作人员不能监控到小车的实时状态，也不能操作小车进入维修站，只能通过登高作业爬到小车本体上逐一排查电气元器件，或打开行走电机抱闸手动将小车推入维修站进行检修。

　　

3 新增无线控制方案3.1 控制方案的确立

　　

根据上述分析，结合现场设备的结构，本文采用了基于无线网和工业以太网的控制方案，即采用“PC+USB无线接收器+MCGS软件+无线路由器+ CP243-1以太网模块”的结构组成WLAN网络的方案。

　　

在整个网络中，“PC +无线网卡”作为上位机，“S7-200PLC+CP243-1以太网模块”作为下位机，电脑内安装有昆仑通态的MCGS软件，在软件内进行相应组态后，对5台空中小车进行组网控制，完成PC与空中小车的通信，实现通过PC对空中小车进行数据监控和手动控制空中小车的功能.

　　

地面的PC作为上位机与5台空中小车通过工业以太网（TCP/IP）+无线局域网（WLAN）的方式进行数据交换，5台空中小车作为PC的下位机，接收PC发送的控制数据，并同时返回自身PLC数据存储器内的状态值（如图4所示）。

　　

图4 无线局域网概念图

　　

3.2 硬件组态与程序设计

　　

1）将CP243-1配装的一个带有连接器套接口的集成扁平电缆与S7-200连接，连接24V DC电源，连接RJ45接口的双绞线，完成CP243-1硬件接线，使用西门子S7-200PLC编程软件STEP 7 MicroWIN 对空中小车的网络进行组态（如图5所示），通过以太网向导对CP243-1以太网模块进行配置，将编写完成的程序使用S7-200的编程电缆下载至PLC。

　　

图5 CP243-1以太网模块配置

　　

2）通过网线将无线路由器与CP243-1以太网模块进行连接，并用电脑连接无线路由器对路由器的LAN端口进行参数设置，设置无线路由器的名称、无线密码，设置LAN口的IP地址和子网掩码，IP地址要和PLC组态的CP231-1以太网模块在一个网段内，子网掩码要与CP243-1以太网模块的子网掩码相同（如图6所示）。

　　

图6 无线路由器的设置

　　

3）打开昆仑通态组态软件，新建项目，进行网络组态和画面的设计，主要流程为：添加设备→增加设备通道→增加实时数据对象→设备通道与实时数据对象进行连接→新建用户窗口→建立基本元件→将元件与数据对象进行连接（如图7所示）。

　　

图7 上位机软件组态与画面设计

　　

4）打开S7-200PLC编程软件STEP 7 MicroWIN，打开自行小车程序，在程序中新建与MCGS软件中实时数据库对应的变量，然后打开程序块，在小车“上升、下降、前进、后退、吊爪打开、吊爪闭合”的程序段中加入手动控制的条件，并将程序下载到PLC中（如图8所示）。

　　

图8 PLC程序编程与下载

　　

3.3 自行小车无线控制的调试与验证

　　

1）启动PC系统，安装USB无线接收器驱动程序，安装完成后在桌面右下角找到WLAN图标，选择连接已设置好的无线路由器。

　　

2）打开MCGS组态软件，打开编辑好的“自行小车随车监控”项目，选择工具―下载配置―模拟运行―工程下载，此时MCGS软件将项目下载到软件自带的MCGS模拟运行系统，点击启动运行，此时模拟画面启动。

　　

3）查看编辑的指示灯的状态与实际PLC中的数据寄存器内的状态一致，说明网络已经连接成功。操作画面上的软按钮，已经能够实现控制PLC中的变量，继而实现控制空中小车的动作，说明自行小车无线控制功能能够正常使用（如图9所示）。

　　

图9 自行小车无线控制调试

　　

4 结论通过利用USB无线接收器+无线路由器+CP243-1以太网模块组成的WLAN的解决方案，建立了PC与S7-200PLC的TCP/IP通信，而且通过昆仑通态的MCGS软件编写的程序可以直接读写S7-200的数据寄存器，提高了整个系统的柔性。

　　

采用无线网络的方式，打破了滑触线的局限性，方便了人与机的信号交互，操作人员可以通过PC直接监控到空中小车的实时状态和报警信息，而且可以通过PC安装的软件仿真系统来操控空中小车的各项动作。