CC-Link助力輪胎全鋼成型機實現智能制造

★青島科菱恒信工貿有限公司 王道鵬

CC-Link助力輪胎全鋼成型機實現智能制造

★青島科菱恒信工貿有限公司 王道鵬

針對中國制造業的智能轉型，三菱電機早在2003年就推出了e-F@ctory理念，目的就是幫助中國工業向前推進，實現核心改革，最終實現工業的智能制造。在推進e-F@ctory理念中，包含傳感器層網絡CC-Link／LT、設備層網絡CC-Link、CC-Link IE Field、生產線安全網絡CC-Link Safety、控制層網絡CC-Link IE Control 在內的CC-Link家族起著連接橋梁的作用。

本文重點講解三菱電機FA產品Q系列PLC通過CC-Link總線與第三方ABB機器人廠家通信，實現全鋼成型機的智能生產。

1 項目背景及概述

1.1 項目背景

成型機是輪胎所有工藝設備中自動化程度最高的，所有的半成品都集合到一起，放到成型機上，最后經過成型機之后，形成一個未成熟的輪胎筒。輪胎的規格不同，輪胎的質量也不盡相同。大部分輪胎的重量都在75kg左右，以前都是借助人工，利用機械支撐點進行卸胎，這樣對人力要求較大。后來借助氣缸手臂，通過變頻電機進行運載輪胎，配合氣缸來實現自動卸胎。這兩者都缺少不了人工參與，而且在成型機的卸胎環節中，嚴重影響輪胎成型的效率。本文將重點講述工廠應用ABB機器人進行自動卸胎的應用，實現了輪胎的智能制造。

1.2 全鋼三鼓成型機項目概述

該車間的全鋼三鼓成型機是自主研發的新機型，經過10多年的研究、分析和整合，最終推出的這臺機型，整個過程只需要1人來操作實現。該成型機分貼合區（BAND）和成型區（SHARP），自動化程度較高。

（1）BAND區：①16臺三菱電機FR-E700系列變頻器，②39個遠程I/O站，③10組FESTO CCLink協議網絡閥組，④1臺激光燈FX32CCL作為從站，⑤8臺三菱電機J4伺服放大器及對應伺服電機，⑥GT1685M-STBD觸摸屏，⑦可以與MES系統進行數據交流，⑧BAND區PLC與SHARP區PLC進行大量的數據交流。

鑒于以上客戶要求BAND區選用高性能PLC，同時要求做信息標準化（程序中用到大量的FB塊），配置如表1所示。

表1 BAND區系統配置

表2 SHARP區系統配置

（2）SHARP區：①15臺三菱電機FR-E700系列變頻器；②32個遠程I/O站；③8組FESTO CC-Link協議網絡閥組；④1臺激光燈FX32CCL作為從站；⑤ABB機器人作為CC-Link智能設備站進行信號交流；⑥梅特勒-托利多稱重設備作為CC-Link的遠程設備站進行重量讀取；⑦8臺三菱電機J4伺服放大器及對應伺服電機；⑧GT1685M-STBD觸摸屏；⑨可以與MES系統進行數據交流；⑩BAND區PLC與SHARP區PLC進行大量的數據交流（胎體傳遞環伺服力矩取胎信號）。

鑒于以上，客戶要求選用高性能PLC，同時要求做信息標準化（程序中用到大量的FB塊），配置如表2所示。

2 成型機解決方案

2.1 CC-Link網絡流程圖及使用分析

圖1 現場網絡流程圖

圖1 是1臺全鋼成型機的網絡配置圖，現場設備輸入輸出點是通過CC-Link遠程I/O模塊來讀取的，變頻器也全部采用CC-Link協議來控制，這樣現場層網絡全部通過CC-Link連接，依靠CC-Link協議的穩定性及通信速度的實時性，不用考慮其他現場硬件的問題，如干擾、信號交流等，便于現場程序的編程。另外假如出現故障，通過GX-works2軟件的CC-Link監視功能，也會有針對性的迅速找到故障點，節省編程時間。

成型PLC與貼合PLC之間需要交流大量的位信息（LB）和字信息（LW），采用CC-Link IE Control網絡，該網絡速度較快且穩定，性能參數如下：（1）通信速度：1Gbps；（2）最大鏈接點數：128kbyte；（3）最大鏈接點數：32k位。

成型機To MES系統：工藝參數、設備參數、設備運行狀態、物料信息、產品條碼和重量、產量信息、輪胎配方、設備用電量。

成型機From MES系統：成型機工單號、產品規格（附帶輪胎花紋等信息） 。

條形碼：經過成型機出來的輪胎都要進行貼條形碼工序。條形碼與輪胎的工藝信息一起綁定，輪胎掃碼成功，并且完成稱重后，發給上位MES系統，此時ABB機器人就可以進行卸胎，再由車間桁架機械手進行搬運到物流分揀線，在分揀線進行修胎胚時，再一次對輪胎的條形碼進行掃描，這樣再次把輪胎的合格狀態信息錄入物流數據庫系統，最后輪胎進行入庫。

2.2 成型機工藝流程

成型機是輪胎所有設備中自動化程度最高的，成型機工藝也非常復雜，貼合側把內襯層、胎側、子口、簾布、墊膠半成品貼合在一起，帶束側把1#、2#、3#帶束層、0度、胎面合攏在一起，之后在成型鼓上進行平寬位到超定型位進行成型，最后滾壓出來一個完整的輪胎。輪胎成型機具體分3個鼓，分別是貼合鼓、輔鼓、成型鼓，每個鼓起著不同的作用，下面從3方面來說輪胎成型工藝，希望能對大家認識輪胎的成型有一定的幫助。

2.2.1 BAND區貼合工藝

圖2 輪胎自動貼合的流程

衡量輪胎生產節拍的關鍵環節就看貼合鼓胎筒成型的快慢。眾所周知，貼合側參與的人為因素是最多的，也是最賣體力勞動的，在輪胎成型機上稱他們叫做“主操作手”。當然主操作手的勞動量是最大的，但是他們的待遇也是最高的。此成型機貼合側的機械結構是國內最前沿的技術，因為它凝結雙星10幾年的經驗和結晶，經過幾代人研究開發和更改，真正實現了更少的人為參與，真正實現了智能制造。主要有3個結構最為明顯:（1）內襯層和胎側的自動復合，并實現自動定長裁斷；（2）貼合鼓貼合完復合件后自動進行壓接，這省去了大量勞動力，同時節約了時間；（3）簾布自動定長裁斷，貼合完后自動縫合，基本不需要人參與。

2.2.2 SHANP區帶束貼合及成型滾壓工藝

輔鼓進行1#2#3#及0度、胎面大卷的貼合。貼合鼓生產的胎筒和輔鼓生產的胎筒一起在成型鼓上成型，然后經過滾壓工藝，滾壓完畢就是一個完整的輪胎，最后拿到硫化機上進行高壓高溫硫化，就是我們馬路上看到的汽車輪胎了。

輔鼓貼合需要操作工去參與，而成型滾壓是不需要操作工去參與的。

3 ABB機器人實現輪胎的智能制造

3.1 ABB機器人自動卸胎工藝

以前現狀：每臺成型機都需要配一個操作工進行修胎胚，修完胎胚之后人工操作放進輪胎擺渡小車，然后再由物流人員送到硫化車間硫化。

現在智能制造現狀：由操作工先進行輪胎貼條碼，然后再拿起條碼槍進行掃碼處理，如果掃碼與上次不同，自動驅動ABB機器人卸胎胚放到梅特勒-托利多稱重設備上進行稱重，等PLC把當前輪胎重量記錄后，與條形碼綁定在一起，然后跟MEN系統進行握手，這樣就完成一次最終的卸胎。ABB機器人自動檢測有2個輪胎后，就會呼叫桁架機械手到該成型機進行取胎。

圖3 輔鼓貼合帶束

圖4 成型滾壓工藝

圖5 自動卸胎工藝流程圖

3.2 ABB DSQC 378B CC-Link Adapter具體怎樣實現呢？

圖6 ABB手持示教器

使用圖6所示的示教器，完成ABB機器人邊的CCLink的設置。然后在進行PLC邊的設置，ABB的DSQC 378B CC-Link Adapter 作為智能設備站，占用2個站或者4個站。在這里我們以設置2個站為例。

圖7 三菱電機編程軟件設置

圖8 ABB機器人軟件設置

在這里要特別注意，在設置機器人“Occstat”和“BasicIO”時，配合選取點數比PLC所需的點多而且最接近的那個，如PLC設置兩個站64點，那么“Occstat”和“BasicIO”配合選取80點的。

4 總結

ABB機器人通過安裝DSQC 378B CC-Link Adapter通信模塊，可以輕松與主站CC-Link模塊進行字和位信息的交互。與通過硬件I/O交流相比，省配線，省工時，最主要的是方便維護。

現在1臺成型機僅需要1個人，以前需要3個人，大大節省了人力。現在機械結構比以前自動化程度高很多，有些工序直接省去人力，加入ABB機器人自動卸胎，并且設備安全回路，檢測回路比較多，讓設備穩定運行，即使出現故障，也會通過報警，自動地去找到問題的根源。

以前3人做一條胎需要3分40秒，現在1人僅需要2分50秒，大大減少了勞動強度，提高了輪胎的生產效率，更主要的是輪胎的合格率幾乎能達到100%，零次品率。AP