CC-Link助力轮胎全钢成型机实现智能制造

★青岛科菱恒信工贸有限公司 王道鹏

CC-Link助力轮胎全钢成型机实现智能制造

★青岛科菱恒信工贸有限公司 王道鹏

针对中国制造业的智能转型，三菱电机早在2003年就推出了e-F@ctory理念，目的就是帮助中国工业向前推进，实现核心改革，最终实现工业的智能制造。在推进e-F@ctory理念中，包含传感器层网络CC-Link／LT、设备层网络CC-Link、CC-Link IE Field、生产线安全网络CC-Link Safety、控制层网络CC-Link IE Control 在内的CC-Link家族起着连接桥梁的作用。

本文重点讲解三菱电机FA产品Q系列PLC通过CC-Link总线与第三方ABB机器人厂家通信，实现全钢成型机的智能生产。

1 项目背景及概述

1.1 项目背景

成型机是轮胎所有工艺设备中自动化程度最高的，所有的半成品都集合到一起，放到成型机上，最后经过成型机之后，形成一个未成熟的轮胎筒。轮胎的规格不同，轮胎的质量也不尽相同。大部分轮胎的重量都在75kg左右，以前都是借助人工，利用机械支撑点进行卸胎，这样对人力要求较大。后来借助气缸手臂，通过变频电机进行运载轮胎，配合气缸来实现自动卸胎。这两者都缺少不了人工参与，而且在成型机的卸胎环节中，严重影响轮胎成型的效率。本文将重点讲述工厂应用ABB机器人进行自动卸胎的应用，实现了轮胎的智能制造。

1.2 全钢三鼓成型机项目概述

该车间的全钢三鼓成型机是自主研发的新机型，经过10多年的研究、分析和整合，最终推出的这台机型，整个过程只需要1人来操作实现。该成型机分贴合区（BAND）和成型区（SHARP），自动化程度较高。

（1）BAND区：①16台三菱电机FR-E700系列变频器，②39个远程I/O站，③10组FESTO CCLink协议网络阀组，④1台激光灯FX32CCL作为从站，⑤8台三菱电机J4伺服放大器及对应伺服电机，⑥GT1685M-STBD触摸屏，⑦可以与MES系统进行数据交流，⑧BAND区PLC与SHARP区PLC进行大量的数据交流。

鉴于以上客户要求BAND区选用高性能PLC，同时要求做信息标准化（程序中用到大量的FB块），配置如表1所示。

表1 BAND区系统配置

表2 SHARP区系统配置

（2）SHARP区：①15台三菱电机FR-E700系列变频器；②32个远程I/O站；③8组FESTO CC-Link协议网络阀组；④1台激光灯FX32CCL作为从站；⑤ABB机器人作为CC-Link智能设备站进行信号交流；⑥梅特勒-托利多称重设备作为CC-Link的远程设备站进行重量读取；⑦8台三菱电机J4伺服放大器及对应伺服电机；⑧GT1685M-STBD触摸屏；⑨可以与MES系统进行数据交流；⑩BAND区PLC与SHARP区PLC进行大量的数据交流（胎体传递环伺服力矩取胎信号）。

鉴于以上，客户要求选用高性能PLC，同时要求做信息标准化（程序中用到大量的FB块），配置如表2所示。

2 成型机解决方案

2.1 CC-Link网络流程图及使用分析

图1 现场网络流程图

图1 是1台全钢成型机的网络配置图，现场设备输入输出点是通过CC-Link远程I/O模块来读取的，变频器也全部采用CC-Link协议来控制，这样现场层网络全部通过CC-Link连接，依靠CC-Link协议的稳定性及通信速度的实时性，不用考虑其他现场硬件的问题，如干扰、信号交流等，便于现场程序的编程。另外假如出现故障，通过GX-works2软件的CC-Link监视功能，也会有针对性的迅速找到故障点，节省编程时间。

成型PLC与贴合PLC之间需要交流大量的位信息（LB）和字信息（LW），采用CC-Link IE Control网络，该网络速度较快且稳定，性能参数如下：（1）通信速度：1Gbps；（2）最大链接点数：128kbyte；（3）最大链接点数：32k位。

成型机To MES系统：工艺参数、设备参数、设备运行状态、物料信息、产品条码和重量、产量信息、轮胎配方、设备用电量。

成型机From MES系统：成型机工单号、产品规格（附带轮胎花纹等信息） 。

条形码：经过成型机出来的轮胎都要进行贴条形码工序。条形码与轮胎的工艺信息一起绑定，轮胎扫码成功，并且完成称重后，发给上位MES系统，此时ABB机器人就可以进行卸胎，再由车间桁架机械手进行搬运到物流分拣线，在分拣线进行修胎胚时，再一次对轮胎的条形码进行扫描，这样再次把轮胎的合格状态信息录入物流数据库系统，最后轮胎进行入库。

2.2 成型机工艺流程

成型机是轮胎所有设备中自动化程度最高的，成型机工艺也非常复杂，贴合侧把内衬层、胎侧、子口、帘布、垫胶半成品贴合在一起，带束侧把1#、2#、3#带束层、0度、胎面合拢在一起，之后在成型鼓上进行平宽位到超定型位进行成型，最后滚压出来一个完整的轮胎。轮胎成型机具体分3个鼓，分别是贴合鼓、辅鼓、成型鼓，每个鼓起着不同的作用，下面从3方面来说轮胎成型工艺，希望能对大家认识轮胎的成型有一定的帮助。

2.2.1 BAND区贴合工艺

图2 轮胎自动贴合的流程

衡量轮胎生产节拍的关键环节就看贴合鼓胎筒成型的快慢。众所周知，贴合侧参与的人为因素是最多的，也是最卖体力劳动的，在轮胎成型机上称他们叫做“主操作手”。当然主操作手的劳动量是最大的，但是他们的待遇也是最高的。此成型机贴合侧的机械结构是国内最前沿的技术，因为它凝结双星10几年的经验和结晶，经过几代人研究开发和更改，真正实现了更少的人为参与，真正实现了智能制造。主要有3个结构最为明显:（1）内衬层和胎侧的自动复合，并实现自动定长裁断；（2）贴合鼓贴合完复合件后自动进行压接，这省去了大量劳动力，同时节约了时间；（3）帘布自动定长裁断，贴合完后自动缝合，基本不需要人参与。

2.2.2 SHANP区带束贴合及成型滚压工艺

辅鼓进行1#2#3#及0度、胎面大卷的贴合。贴合鼓生产的胎筒和辅鼓生产的胎筒一起在成型鼓上成型，然后经过滚压工艺，滚压完毕就是一个完整的轮胎，最后拿到硫化机上进行高压高温硫化，就是我们马路上看到的汽车轮胎了。

辅鼓贴合需要操作工去参与，而成型滚压是不需要操作工去参与的。

3 ABB机器人实现轮胎的智能制造

3.1 ABB机器人自动卸胎工艺

以前现状：每台成型机都需要配一个操作工进行修胎胚，修完胎胚之后人工操作放进轮胎摆渡小车，然后再由物流人员送到硫化车间硫化。

现在智能制造现状：由操作工先进行轮胎贴条码，然后再拿起条码枪进行扫码处理，如果扫码与上次不同，自动驱动ABB机器人卸胎胚放到梅特勒-托利多称重设备上进行称重，等PLC把当前轮胎重量记录后，与条形码绑定在一起，然后跟MEN系统进行握手，这样就完成一次最终的卸胎。ABB机器人自动检测有2个轮胎后，就会呼叫桁架机械手到该成型机进行取胎。

图3 辅鼓贴合带束

图4 成型滚压工艺

图5 自动卸胎工艺流程图

3.2 ABB DSQC 378B CC-Link Adapter具体怎样实现呢？

图6 ABB手持示教器

使用图6所示的示教器，完成ABB机器人边的CCLink的设置。然后在进行PLC边的设置，ABB的DSQC 378B CC-Link Adapter 作为智能设备站，占用2个站或者4个站。在这里我们以设置2个站为例。

图7 三菱电机编程软件设置

图8 ABB机器人软件设置

在这里要特别注意，在设置机器人“Occstat”和“BasicIO”时，配合选取点数比PLC所需的点多而且最接近的那个，如PLC设置两个站64点，那么“Occstat”和“BasicIO”配合选取80点的。

4 总结

ABB机器人通过安装DSQC 378B CC-Link Adapter通信模块，可以轻松与主站CC-Link模块进行字和位信息的交互。与通过硬件I/O交流相比，省配线，省工时，最主要的是方便维护。

现在1台成型机仅需要1个人，以前需要3个人，大大节省了人力。现在机械结构比以前自动化程度高很多，有些工序直接省去人力，加入ABB机器人自动卸胎，并且设备安全回路，检测回路比较多，让设备稳定运行，即使出现故障，也会通过报警，自动地去找到问题的根源。

以前3人做一条胎需要3分40秒，现在1人仅需要2分50秒，大大减少了劳动强度，提高了轮胎的生产效率，更主要的是轮胎的合格率几乎能达到100%，零次品率。AP