CC-Link助力輪胎全鋼成型機(jī)實(shí)現(xiàn)智能制造

★青島科菱恒信工貿(mào)有限公司 王道鵬

CC-Link助力輪胎全鋼成型機(jī)實(shí)現(xiàn)智能制造

★青島科菱恒信工貿(mào)有限公司 王道鵬

針對(duì)中國(guó)制造業(yè)的智能轉(zhuǎn)型，三菱電機(jī)早在2003年就推出了e-F@ctory理念，目的就是幫助中國(guó)工業(yè)向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)核心改革，最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)的智能制造。在推進(jìn)e-F@ctory理念中，包含傳感器層網(wǎng)絡(luò)CC-Link／LT、設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)CC-Link、CC-Link IE Field、生產(chǎn)線安全網(wǎng)絡(luò)CC-Link Safety、控制層網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE Control 在內(nèi)的CC-Link家族起著連接橋梁的作用。

本文重點(diǎn)講解三菱電機(jī)FA產(chǎn)品Q系列PLC通過CC-Link總線與第三方ABB機(jī)器人廠家通信，實(shí)現(xiàn)全鋼成型機(jī)的智能生產(chǎn)。

1 項(xiàng)目背景及概述

1.1 項(xiàng)目背景

成型機(jī)是輪胎所有工藝設(shè)備中自動(dòng)化程度最高的，所有的半成品都集合到一起，放到成型機(jī)上，最后經(jīng)過成型機(jī)之后，形成一個(gè)未成熟的輪胎筒。輪胎的規(guī)格不同，輪胎的質(zhì)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(jī)械支撐點(diǎn)進(jìn)行卸胎，這樣對(duì)人力要求較大。后來借助氣缸手臂，通過變頻電機(jī)進(jìn)行運(yùn)載輪胎，配合氣缸來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸胎。這兩者都缺少不了人工參與，而且在成型機(jī)的卸胎環(huán)節(jié)中，嚴(yán)重影響輪胎成型的效率。本文將重點(diǎn)講述工廠應(yīng)用ABB機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)卸胎的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了輪胎的智能制造。

1.2 全鋼三鼓成型機(jī)項(xiàng)目概述

該車間的全鋼三鼓成型機(jī)是自主研發(fā)的新機(jī)型，經(jīng)過10多年的研究、分析和整合，最終推出的這臺(tái)機(jī)型，整個(gè)過程只需要1人來操作實(shí)現(xiàn)。該成型機(jī)分貼合區(qū)（BAND）和成型區(qū)（SHARP），自動(dòng)化程度較高。

（1）BAND區(qū)：①16臺(tái)三菱電機(jī)FR-E700系列變頻器，②39個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，③10組FESTO CCLink協(xié)議網(wǎng)絡(luò)閥組，④1臺(tái)激光燈FX32CCL作為從站，⑤8臺(tái)三菱電機(jī)J4伺服放大器及對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)，⑥GT1685M-STBD觸摸屏，⑦可以與MES系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，⑧BAND區(qū)PLC與SHARP區(qū)PLC進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交流。

鑒于以上客戶要求BAND區(qū)選用高性能PLC，同時(shí)要求做信息標(biāo)準(zhǔn)化（程序中用到大量的FB塊），配置如表1所示。

表1 BAND區(qū)系統(tǒng)配置

表2 SHARP區(qū)系統(tǒng)配置

（2）SHARP區(qū)：①15臺(tái)三菱電機(jī)FR-E700系列變頻器；②32個(gè)遠(yuǎn)程I/O站；③8組FESTO CC-Link協(xié)議網(wǎng)絡(luò)閥組；④1臺(tái)激光燈FX32CCL作為從站；⑤ABB機(jī)器人作為CC-Link智能設(shè)備站進(jìn)行信號(hào)交流；⑥梅特勒-托利多稱重設(shè)備作為CC-Link的遠(yuǎn)程設(shè)備站進(jìn)行重量讀??；⑦8臺(tái)三菱電機(jī)J4伺服放大器及對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)；⑧GT1685M-STBD觸摸屏；⑨可以與MES系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流；⑩BAND區(qū)PLC與SHARP區(qū)PLC進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交流（胎體傳遞環(huán)伺服力矩取胎信號(hào)）。

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

2 成型機(jī)解決方案

2.1 CC-Link網(wǎng)絡(luò)流程圖及使用分析

圖1 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)流程圖

圖1 是1臺(tái)全鋼成型機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置圖，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸入輸出點(diǎn)是通過CC-Link遠(yuǎn)程I/O模塊來讀取的，變頻器也全部采用CC-Link協(xié)議來控制，這樣現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)全部通過CC-Link連接，依靠CC-Link協(xié)議的穩(wěn)定性及通信速度的實(shí)時(shí)性，不用考慮其他現(xiàn)場(chǎng)硬件的問題，如干擾、信號(hào)交流等，便于現(xiàn)場(chǎng)程序的編程。另外假如出現(xiàn)故障，通過GX-works2軟件的CC-Link監(jiān)視功能，也會(huì)有針對(duì)性的迅速找到故障點(diǎn)，節(jié)省編程時(shí)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(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)速度較快且穩(wěn)定，性能參數(shù)如下：（1）通信速度：1Gbps；（2）最大鏈接點(diǎn)數(shù)：128kbyte；（3）最大鏈接點(diǎn)數(shù)：32k位。

成型機(jī)To MES系統(tǒng)：工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、物料信息、產(chǎn)品條碼和重量、產(chǎn)量信息、輪胎配方、設(shè)備用電量。

成型機(jī)From MES系統(tǒng)：成型機(jī)工單號(hào)、產(chǎn)品規(guī)格（附帶輪胎花紋等信息） 。

條形碼：經(jīng)過成型機(jī)出來的輪胎都要進(jìn)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(fā)給上位MES系統(tǒng)，此時(shí)ABB機(jī)器人就可以進(jìn)行卸胎，再由車間桁架機(jī)械手進(jìn)行搬運(yùn)到物流分揀線，在分揀線進(jìn)行修胎胚時(shí)，再一次對(duì)輪胎的條形碼進(jìn)行掃描，這樣再次把輪胎的合格狀態(tài)信息錄入物流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，最后輪胎進(jìn)行入庫。

2.2 成型機(jī)工藝流程

成型機(jī)是輪胎所有設(shè)備中自動(dòng)化程度最高的，成型機(jī)工藝也非常復(fù)雜，貼合側(cè)把內(nèi)襯層、胎側(cè)、子口、簾布、墊膠半成品貼合在一起，帶束側(cè)把1#、2#、3#帶束層、0度、胎面合攏在一起，之后在成型鼓上進(jìn)行平寬位到超定型位進(jìn)行成型，最后滾壓出來一個(gè)完整的輪胎。輪胎成型機(jī)具體分3個(gè)鼓，分別是貼合鼓、輔鼓、成型鼓，每個(gè)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(duì)大家認(rèn)識(shí)輪胎的成型有一定的幫助。

2.2.1 BAND區(qū)貼合工藝

圖2 輪胎自動(dòng)貼合的流程

衡量輪胎生產(chǎn)節(jié)拍的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就看貼合鼓胎筒成型的快慢。眾所周知，貼合側(cè)參與的人為因素是最多的，也是最賣體力勞動(dòng)的，在輪胎成型機(jī)上稱他們叫做“主操作手”。當(dāng)然主操作手的勞動(dòng)量是最大的，但是他們的待遇也是最高的。此成型機(jī)貼合側(cè)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)最前沿的技術(shù)，因?yàn)樗Y(jié)雙星10幾年的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)晶，經(jīng)過幾代人研究開發(fā)和更改，真正實(shí)現(xiàn)了更少的人為參與，真正實(shí)現(xiàn)了智能制造。主要有3個(gè)結(jié)構(gòu)最為明顯:（1）內(nèi)襯層和胎側(cè)的自動(dòng)復(fù)合，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定長(zhǎng)裁斷；（2）貼合鼓貼合完復(fù)合件后自動(dòng)進(jìn)行壓接，這省去了大量勞動(dòng)力，同時(shí)節(jié)約了時(shí)間；（3）簾布自動(dòng)定長(zhǎng)裁斷，貼合完后自動(dòng)縫合，基本不需要人參與。

2.2.2 SHANP區(qū)帶束貼合及成型滾壓工藝

輔鼓進(jìn)行1#2#3#及0度、胎面大卷的貼合。貼合鼓生產(chǎn)的胎筒和輔鼓生產(chǎn)的胎筒一起在成型鼓上成型，然后經(jīng)過滾壓工藝，滾壓完畢就是一個(gè)完整的輪胎，最后拿到硫化機(jī)上進(jìn)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(jī)器人實(shí)現(xiàn)輪胎的智能制造

3.1 ABB機(jī)器人自動(dòng)卸胎工藝

以前現(xiàn)狀：每臺(tái)成型機(jī)都需要配一個(gè)操作工進(jìn)行修胎胚，修完胎胚之后人工操作放進(jìn)輪胎擺渡小車，然后再由物流人員送到硫化車間硫化。

現(xiàn)在智能制造現(xiàn)狀：由操作工先進(jìn)行輪胎貼條碼，然后再拿起條碼槍進(jìn)行掃碼處理，如果掃碼與上次不同，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)ABB機(jī)器人卸胎胚放到梅特勒-托利多稱重設(shè)備上進(jìn)行稱重，等PLC把當(dāng)前輪胎重量記錄后，與條形碼綁定在一起，然后跟MEN系統(tǒng)進(jìn)行握手，這樣就完成一次最終的卸胎。ABB機(jī)器人自動(dòng)檢測(cè)有2個(gè)輪胎后，就會(huì)呼叫桁架機(jī)械手到該成型機(jī)進(jìn)行取胎。

圖3 輔鼓貼合帶束

圖4 成型滾壓工藝

圖5 自動(dòng)卸胎工藝流程圖

3.2 ABB DSQC 378B CC-Link Adapter具體怎樣實(shí)現(xiàn)呢？

圖6 ABB手持示教器

使用圖6所示的示教器，完成ABB機(jī)器人邊的CCLink的設(shè)置。然后在進(jìn)行PLC邊的設(shè)置，ABB的DSQC 378B CC-Link Adapter 作為智能設(shè)備站，占用2個(gè)站或者4個(gè)站。在這里我們以設(shè)置2個(gè)站為例。

圖7 三菱電機(jī)編程軟件設(shè)置

圖8 ABB機(jī)器人軟件設(shè)置

在這里要特別注意，在設(shè)置機(jī)器人“Occstat”和“BasicIO”時(shí)，配合選取點(diǎn)數(shù)比PLC所需的點(diǎn)多而且最接近的那個(gè)，如PLC設(shè)置兩個(gè)站64點(diǎn)，那么“Occstat”和“BasicIO”配合選取80點(diǎn)的。

4 總結(jié)

ABB機(jī)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(jìn)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(shí)，最主要的是方便維護(hù)。

現(xiàn)在1臺(tái)成型機(jī)僅需要1個(gè)人，以前需要3個(gè)人，大大節(jié)省了人力。現(xiàn)在機(jī)械結(jié)構(gòu)比以前自動(dòng)化程度高很多，有些工序直接省去人力，加入ABB機(jī)器人自動(dòng)卸胎，并且設(shè)備安全回路，檢測(cè)回路比較多，讓設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，即使出現(xiàn)故障，也會(huì)通過報(bào)警，自動(dòng)地去找到問題的根源。

以前3人做一條胎需要3分40秒，現(xiàn)在1人僅需要2分50秒，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了輪胎的生產(chǎn)效率，更主要的是輪胎的合格率幾乎能達(dá)到100%，零次品率。AP