自行小車輸送線主要由空中小車、承載梁、環鏈電動葫蘆、鋁合金軌道、集電器、滑觸線、岔道、升降工位以及電控系統（控制柜、按鈕站、PLC、HMI觸摸屏）等組成。按照車間工藝要求，在地面設置多個操作站，自行小車進入操作站后，可實現吊具自動升降和吊爪的自動開合，也可利用操作站進行手動控制，小車在離開操作站后將不受人工控制。

圖1所示為自行小車實物圖和工藝流程圖。江淮汽車重型車公司車身自行小車輸送線主要包括5臺空中小車、1個下件工位、2個上件工位、8個積放工位和1個維修站。

小車控制柜內集成了PLC、變頻器、繼電器、接觸器等電氣元器件，執行小車的升降和行走控制程序，地面控制柜內有一個主控PLC進行協調管理，空中小車與地面主控PLC之間的數據交換采用滑觸線的方式，通過對滑觸線進行分段，實現空中小車PLC和主控PLC之間利用自行小車集電器上的碳刷進行信號的數據交換。

圖1 自行小車實物圖和工藝流程圖

1 西門子S7-200、工業以太網與無線網絡技術簡介

1.1 S7-200PLC

S7-200PLC是德國西門子旗下的一款小型PLC（如圖2所示），其將中央處理器、電源、輸入輸出電路、通信接口集成在一起，形成了緊湊且實用的小型PLC。S7-200PLC按照CPU不同分為CPU221、CPU222、CPU224、CPU226，可以支持擴展模擬量輸入輸出模塊、數字量輸入輸出模塊、Profibus-DP模塊和以太網模塊等。

S7-200PLC因其性價比高、穩定性高、擴展能力強的特點，被廣泛應用于工業自動化領域，它可代替傳統的繼電控制電路來完成用戶所需要的生產工藝，如汽車生產線、機床、電梯控制等。

圖2 S7-200PLC

自行小車輸送系統的空中小車采用了西門子的S7-200PLC進行控制，CPU型號為CPU226CN，空中控制柜體積小，即使周圍環境比較惡劣，也適合S7-200PLC的使用。

自行小車地面控制柜由一臺S7-300PLC進行控制，由于現場開關量信號較多，這對PLC的I/O擴展能力有一定要求，且地面控制柜對5臺小車的運行進行協調管理，程序較為復雜，要求PLC的循環周期短，處理速度快，所以S7-300PLC適合在這種場合下使用。

1.2 工業以太網技術

隨著自動化設備的不斷發展，傳統的現場總線技術已經不能滿足現場的使用需求，傳統總線技術（如Profibus、Moubus、CC-LINK）是基于RS485總線延伸出來的，其最大傳輸速率為12Mbit/s，現場總線用于現場連接智能設備、自動化控制系統的雙向傳輸網絡，它是自動化領域中底層數據通信網絡?，F場總線中的軟件是其非常重要的部分，一般有組態軟件、仿真軟件、監控軟件等。

首先需要通過組態軟件完成各個設備之間的連接，并對設備的參數進行設置，仿真軟件可以對設備系統進行模擬仿真，監控軟件可以在網絡運行過程中進行數據的采集、運算和處理。

工業以太網是一種按照工業控制的要求、基于普通以太網的一種用于工業自動化的網絡系統，它將以太網和TCP/IP技術應用到了現場和控制層，它利用了以太網的交換結構，具有安全性、可操作性和實時性。

工業以太網相比較傳統總線技術，其傳輸速率更高（可達百兆），傳輸距離更遠，設備之間的通信可靠性更好。

西門子作為工業自動化領域的領頭羊，其在工業以太網領域有著豐富的經驗和領先的解決方案。西門子CP243-1以太網通信模塊如圖3所示，它是S7-200系列PLC設計的工業以太網通信處理器。通過CP243-1以太網模塊，用戶可以很方便地將S7- 200PLC通過工業以太網與其他設備進行連接，CP243-1以太網模塊支持標準的TCP/IP協議，只要通過雙絞線將其連入以太網中，其他以太網上的結點就可以通過TCP/IP協議訪問這臺連接了CP243-1的S7-200 PLC。

圖3 西門子CP243-1以太網模塊

1.3 無線網絡技術

無線網絡指的是任何形式的無線電計算機網絡，不需電纜即可在節點之間進行相互連接。無線網絡一般被用在使用電磁波的遙控信息傳輸系統。無線局域網（wireless local area network, WLAN）就是一種無線設備，利用無線電而非電纜在同一個網絡上傳送數據、甚至上網，應用無線通信技術將計算機設備互聯起來，構成可以互相通信和實現資源共享的網絡體系。

無線局域網的特點是不再使用通信電纜將計算機與網絡連接起來，而是通過無線的方式進行連接，從而使網絡的構建和終端的移動更加靈活。它使用射頻技術，使用電磁波取代舊式的雙絞銅線構成局域網絡，在空中進行通信連接，使得信息的傳輸實現無線化。

2 自行小車控制方式的分析

自行小車輸送線的主控制系統在地面，控制柜內有S7-300PLC，開關電源、變壓器、繼電器、接觸器等電氣元器件，S7-300PLC作為控制器進行控制，它與空中小車控制柜內的PLC通過繼電器、滑觸線、繼電器的控制方式進行通信，因滑觸線的數量受限，軌道上只有8根滑觸線，在操作站工位，將滑觸線分成3段，分別為3根主電源、1根接地、5根信號，傳輸地面PLC最多只能發送4個輸出信號給空中PLC，接收1個空中PLC發給地面的占位信號。

地面PLC通過組合的方式發出空中PLC所需要的動作輸入信號。繼電器可作為空中小車發送信號的中轉站，將接收到的交流220V的電壓信號轉化為PLC所需要的DC24V電壓信號送入到S7- 300PLC的輸入模塊中，PLC通過執行用戶程序，輸出DC24電壓信號給繼電器，繼電器作為中轉站，將PLC的直流信號轉成空中滑觸線所需的交流信號，送入空中小車控制柜內。

由于地面的PLC不能與空中小車進行網絡通信，所以地面PLC不具備監控小車運行狀態的功能，且在積放區域也不能對小車進行手動控制，小車在出現故障報警后，地面PLC不能對空中小車的報警進行復位，只能通過重啟的方式進行報警自動復位，而且維修和操作人員不能監控到小車的實時狀態，也不能操作小車進入維修站，只能通過登高作業爬到小車本體上逐一排查電氣元器件，或打開行走電機抱閘手動將小車推入維修站進行檢修。

3 新增無線控制方案

3.1 控制方案的確立

根據上述分析，結合現場設備的結構，本文采用了基于無線網和工業以太網的控制方案，即采用“PC+USB無線接收器+MCGS軟件+無線路由器+ CP243-1以太網模塊”的結構組成WLAN網絡的方案。

在整個網絡中，“PC +無線網卡”作為上位機，“S7-200PLC+CP243-1以太網模塊”作為下位機，電腦內安裝有昆侖通態的MCGS軟件，在軟件內進行相應組態后，對5臺空中小車進行組網控制，完成PC與空中小車的通信，實現通過PC對空中小車進行數據監控和手動控制空中小車的功能.

地面的PC作為上位機與5臺空中小車通過工業以太網（TCP/IP）+無線局域網（WLAN）的方式進行數據交換，5臺空中小車作為PC的下位機，接收PC發送的控制數據，并同時返回自身PLC數據存儲器內的狀態值（如圖4所示）。

圖4 無線局域網概念圖

3.2 硬件組態與程序設計

1）將CP243-1配裝的一個帶有連接器套接口的集成扁平電纜與S7-200連接，連接24V DC電源，連接RJ45接口的雙絞線，完成CP243-1硬件接線，使用西門子S7-200PLC編程軟件STEP 7 MicroWIN 對空中小車的網絡進行組態（如圖5所示），通過以太網向導對CP243-1以太網模塊進行配置，將編寫完成的程序使用S7-200的編程電纜下載至PLC。

圖5 CP243-1以太網模塊配置

2）通過網線將無線路由器與CP243-1以太網模塊進行連接，并用電腦連接無線路由器對路由器的LAN端口進行參數設置，設置無線路由器的名稱、無線密碼，設置LAN口的IP地址和子網掩碼，IP地址要和PLC組態的CP231-1以太網模塊在一個網段內，子網掩碼要與CP243-1以太網模塊的子網掩碼相同（如圖6所示）。

圖6 無線路由器的設置

3）打開昆侖通態組態軟件，新建項目，進行網絡組態和畫面的設計，主要流程為：添加設備→增加設備通道→增加實時數據對象→設備通道與實時數據對象進行連接→新建用戶窗口→建立基本元件→將元件與數據對象進行連接（如圖7所示）。

圖7 上位機軟件組態與畫面設計

4）打開S7-200PLC編程軟件STEP 7 MicroWIN，打開自行小車程序，在程序中新建與MCGS軟件中實時數據庫對應的變量，然后打開程序塊，在小車“上升、下降、前進、后退、吊爪打開、吊爪閉合”的程序段中加入手動控制的條件，并將程序下載到PLC中（如圖8所示）。

圖8 PLC程序編程與下載

3.3 自行小車無線控制的調試與驗證

1）啟動PC系統，安裝USB無線接收器驅動程序，安裝完成后在桌面右下角找到WLAN圖標，選擇連接已設置好的無線路由器。

2）打開MCGS組態軟件，打開編輯好的“自行小車隨車監控”項目，選擇工具—下載配置—模擬運行—工程下載，此時MCGS軟件將項目下載到軟件自帶的MCGS模擬運行系統，點擊啟動運行，此時模擬畫面啟動。

3）查看編輯的指示燈的狀態與實際PLC中的數據寄存器內的狀態一致，說明網絡已經連接成功。操作畫面上的軟按鈕，已經能夠實現控制PLC中的變量，繼而實現控制空中小車的動作，說明自行小車無線控制功能能夠正常使用（如圖9所示）。

圖9 自行小車無線控制調試

4 結論

通過利用USB無線接收器+無線路由器+CP243-1以太網模塊組成的WLAN的解決方案，建立了PC與S7-200PLC的TCP/IP通信，而且通過昆侖通態的MCGS軟件編寫的程序可以直接讀寫S7-200的數據寄存器，提高了整個系統的柔性。

采用無線網絡的方式，打破了滑觸線的局限性，方便了人與機的信號交互，操作人員可以通過PC直接監控到空中小車的實時狀態和報警信息，而且可以通過PC安裝的軟件仿真系統來操控空中小車的各項動作。