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CC-Link 和 CC-Link IE在双星轮胎工业 4.0 车间成型机上的应用

时间:2021-11-26 16:02:12来源:王道鹏

导语:​本文讲解CC-Link及CC-Link IE在双星轮胎工业4.0车间成型机上的应用,通过CC-Link与第三方ABB机器人、梅特勒-托利多(METTLER TOLEDO)称重、FESTO阀导厂家进行数据通信,实现全钢成型机的智能生产。同时本文还讲解与西门子Prof inet网络的对比及各自的优缺点,为三菱CC-Link家族在全钢子午胎成型机实现中国制造2025计划中提供一些参考依据。

  1 引 言

菲律宾太阳娱城app  “工业4.0”是由德国政府提出的一个高科技战略计划,在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。德国所谓的工业四代(Industry4.0)是指利用物联信息系统将生产中的供应,制造, 销售信息数据化、智慧化,最后达到快速,有效,个人化的产品供应。

菲律宾太阳娱城app  针对工业4.0概念,中国政府针对中国国情提出“中国制造 2025”。那么中国制造2025的核心是什么?第一,互联网+:借助互联网的思维和技术,与传统产业相互结合,从而催生出一些新的业态和新的商业模式。第二,信息化与工业化深度融合:这个深度融合不仅是对中国制造装备、制造工艺、核心技术攻关能力的全面提升,同时还要借助新兴电子与信息技术以及先进的管理方式,对中国制造企业自主创新能力、市场营销能力、品牌建设能力进行全面提升。第三,智能制造:跟工业4.0所强调的内容有一些吻合,主要是指现代物联网和人工智能技术深度应用到生产制造各个环节当中,以取代或者延伸部分手工和脑力等劳动,从而能够全面提升生产效率,降低成本,使整个生产过程达到最优的状态。

  针对中国工业的智能制造,三菱电机推出了e-F@ctory 理念,早在2003年就开始在中国推出了,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,CC-Link家族起着连接桥梁的作用,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。

菲律宾太阳娱城app  双星轮胎工业有限公司是双星集团的下属子公司,下设青岛双星轮胎公司、双星东风轮胎公司和双星中原轮胎公司。公司产品主要包括全钢载重子午胎、半钢子午胎、斜胶载重轮胎、农用轻卡轮胎、工程轮胎、内胎垫带、特种轮胎等 600 多个品种。先后荣获“青岛名牌”、“山东名牌”、“中国名牌”等称号,企业先后被评为“中国轮胎行业十大民族品牌”、中国轮胎行“十大明星企业”。双星集团始建于1921 年,2015年青岛双星轮胎面临升级改造,为了响应"中国制造2025"规划,青岛总部老厂搬迁,进行新厂建设,新厂的理念就是打造4.0工厂,实现轮胎从半成品到最后产品包装出口,全部实现信息化、智能化。

  在橡胶行业中,轮胎的工艺是最复杂的,对应它的工艺设备品种也是最多的,从开始的密炼车间、半成品车间、成型车间、硫化车间、检测车间到最后的物流仓库车间,同样设备也是按照顺序:密炼机、胶片冷却线、压延机、复合线、内衬层线、钢丝圈线、直裁机、斜裁机、成型机、硫化机、X光机、动平衡机等,主要的电气控制系统就是三菱、西门子、AB三家 。

  本文讲解CC-Link及CC-Link IE在双星轮胎工业4.0车间成型机上的应用,通过CC-Link与第三方ABB机器人、梅特勒-托利多(METTLER TOLEDO)称重、FESTO阀导厂家进行数据通信,实现全钢成型机的智能生产。同时本文还讲解与竞争对手西门子Prof inet网络的对比及各自的优缺点,为三菱CC-Link 家族在全钢子午胎成型机实现中国制造2025计划中提供一些参考依据。

  2. 控制系统构成

  2.1.系统的硬件配置

菲律宾太阳娱城app  成型机作为轮胎所有工艺设备中自动化程度最高的,所有的半成品全部集中到一起,随后放到成型机上,最后经过成型机之后出来就是一个未成熟的轮胎筒。双星1期工业4.0 车间总共有8台成型机,其中6台是三菱系统,2台是西门子系统,如图1所示。该车间的全钢三鼓成型机是双星自主研发的新机型,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个人来操作实现。该成型机分贴合区(BAND)和成型区(SHARP),自动化程度非常的高。

 一、BAND区:①16台三菱FR-E700系列变频器;②39 个远程IO站;③10组FESTO CC-Link协议网络阀组;④ 1台激光灯FX32CCL作为从站;⑤8台三菱J4伺服放大器及对应伺服电机;⑥ GT1685M-STBD触摸屏;⑦ 可以与MES系统进行数据交流;⑧ BAND区PLC与SHARP区PLC进行大量的数据交流。

菲律宾太阳娱城app  BAND区鉴于以上,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1所示。

 二、SHARP区:①15台三菱FR-E700系列变频器; ②32 个远程IO站;③8组FESTO CC-Link协议网络 阀组; ④1台激光灯FX32CCL作为从站; ⑤ABB机器人菲律宾太阳娱城app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J4伺服放大器及对应伺服电机; ⑧ GT1685M-STBD触摸屏; ⑨可以与MES系统进行数据交流; ⑩ BAND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)

菲律宾太阳娱城app  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。

    

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菲律宾太阳娱城app  图 1 双星 1 期工业 4.0 车间

  BAND区配置表.jpg

菲律宾太阳娱城app表 1 BAND区配置表

  SHARP 区系统配置.jpg

菲律宾太阳娱城app表 2 SHARP 区系统配置


  2.2. CC-Link在控制系统中的应用

菲律宾太阳娱城app  a) 全钢成型机的网络配置:现场设备输入输出点是通过CC- Link远程IO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是通过CC-Link来连接起来的,靠着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。

  b) 成型 PLC与贴合PLC之间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,该网络的是业内速度最快,最稳定的,它的性能参数:(1)通信速度:1Gbps;(2)最大链接点数:128 Kbyte;(3)最大链接点数:32 K位。

  c) 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)。

菲律宾太阳娱城app  d) 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,并且完成称重后完成后,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。


  2.3. CC-Link家族与其兼容产品的应用

  2.3.1 与 FESTO 远程阀导的通信

  费斯托(中国)有限公司在中国气动行业具有举足轻重的地位,其优异的产品质量、出色的问题解决能力和完善的服务深受客户信赖。

  FESTO在中国的业务始于1985年。目前在大中华区设有100多个销售办公室及官方授权合作伙伴网点,位于上海的亚太技术中心和大中华区解决方案中心为区域内的客户提供定制产品和方案,在济南和上海的全球生产中心与位于济南的中国物流中心为在中国市场供应和服务提供保障。FESTO 为中国市场提供工厂自动化和过程自动化的气动和电动技术及全面解决方案,主要服务于汽车、橡塑、食品饮料包装、电子和轻型装配、水/污水处理以及生物技术/制药等行业。

  在全钢子午胎成型机上所有的气缸全部是FESTO品牌, 以前在控制气缸动作时是采用的单个气缸通过硬件接线来控制电磁阀,本台成型机全部采用FESTO CC-Link网络控制阀导,只需要给阀导一根24V电源线和CC-Link网络总线电缆即可,就可以实现这组阀导上所有的电磁阀的控制。

  

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菲律宾太阳娱城app  FESTO CC-Link 阀导现场接线图

  FESTO公司与CC-Link家族合作在阀导的控制上应用了CC-Link协议,控制的原理就类似三菱的远程IO模块,因此在对CC-Link通讯模块进行设置时,站信息选择远程IO模块,占用1站,波特率的设置如图2所示。

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菲律宾太阳娱城app  图 2 FESTO 阀导波特率设置

菲律宾太阳娱城app  FESTO CC-Link阀导已经完全融入到CC-Link家族,作为三菱的一个远程IO站来进行控制,非常容易控制。但是它产生的影响是巨大的,省配线,省去故障的排查,在现场安装方面,不至于在控制柜里面有太多的线路,简单明了。

  2.3.2 与 ABB 机器人 DSQC 378B CC-Link Adapter 成功握手

  ABB机器人早在1994年就进入了中国市场。经过近20 年在中国的发展,ABB先进的机器人自动化解决方案和包括白车身,冲压自动化,动力总成和涂装自动化在内的四大系统正为各大汽车整车厂和零部件供应商以及消费品、铸造、塑料和金属加工工业提供全面完善的服务。ABB基于“根植本地,服务全球”的经营理念,将中国研发、制造的产品和系统设备销往全球各地。同时在中国的全球采购计划,为世界各地的ABB公司服务。随着中国工业行业的迅猛发展,对工业机器人的需求也日益增加,ABB将不断开发出适合全球市场需求的新的机器人解决方案,以此来满足广大客户的特殊需求,帮助其提高生产效率。

菲律宾太阳娱城app  在全钢子午胎成型机上应用ABB机器人进行自动卸胎, 以往都是通过机械结构来进行卸胎。中国制造2025,将是机器人代替人工的时代,最大程度的省去人力,让机器人来参与,实现工业的智能制造。双星工业园应用ABB机器人自动卸胎,自动分拣,省去了大量的人力物力,提高了轮胎的生产效率,最主要是在轮胎行业的先锋和楷模,而且取得了意想不到的收益。CC-Link网络的具体设置按照下图的9个步骤就可实现:在这里要特别注意一下,在机器人那边设置时候机器人那边的“Occstat”和“BasicIO”配合选取点数比PLC所需的点多而且最接近那个,如PLC设置两个站64 点,那么“Occstat”和“BasicIO”配合选取80点的, 如图3所示。

  IO 数据地址范围.png

菲律宾太阳娱城app  图 3 IO 数据地址范围

  完成ABB机器人这边的CC-Link设置,这样就可以进行PLC边的设置,ABB的DSQC 378B CC-Link Adapter作为三菱的智能设备站,占用2个站或者4个站。在这里我们以设置2个站为例,站信息的设置如图4所示。

CC-Link 站信息设置.png

菲律宾太阳娱城app  图 4 CC-Link 站信息设置

  总结,ABB机器人通过安装DSQC 378B CC-Link Adapter 通信模块,可以轻松的与主站CC-Link模块进行字和位信息的交互。与通过硬件IO交流相比,省配线,省工时,最主要的是维护方便,可能在价格上会高一些,但是从长远来看, 还是比较合算的。在进行字信息交流时,只能选择CC-Link 通信模块。

CC-Link网络的具体设置1.pngCC-Link网络的具体设置2.pngCC-Link网络的具体设置3.pngCC-Link网络的具体设置4.pngCC-Link网络的具体设置5.pngCC-Link网络的具体设置6.pngCC-Link网络的具体设置7.pngCC-Link网络的具体设置8.pngCC-Link网络的具体设置9.png

  2.3.3 与梅特勒- 托利多称重模块 TSC-300WH300L-IND331 的互联互通

菲律宾太阳娱城app  秉承"品质至上、勇于开创、追求变革"的企业宗旨,梅特勒-托利多集团始终致力于为全球客户提供质量卓越的精密仪器和衡器产品,以及全面细致的技术支持服务。纵观世界称量及分析技术的发展,凝聚着梅特勒-托利多在专业领域坚定不渝的信念和不断累积的智慧。梅特勒-托利多以先进的解决方案和技术服务,改善人们的工作效率,为人们的社会生活和发展做出贡献!

  梅特勒-托利多在全球范围内拥有近40多家分公司和销售机构,并在瑞士、德国、美国和中国等国家拥有生产基地。在中国,公司在常州和上海设有运营中心、生产工厂及研发试验室,并在全国范围内建有三十多家办事处,与两百多位分销商紧密合作。公司的ServiceXXL服务,响应迅速, 并可根据客户特殊的业务需求而度身定制,以确保客户的投资价值。无论客户的业务是在实验室,工厂或杂货店,梅特勒-托利多均有相应的服务方案。

  全钢子午胎成型机应用梅特勒-托利多TSC-300WH300L-IND331称重模块目的就是准确读取轮胎的重量。当ABB机器人取胎后放到称重模块后,PLC通过CC-Link总线通讯的方式读取轮胎当前重量,然后通过与MES握手信号, 把轮胎当前的重量及条形码保存到MES数据库里面,便于分拣时进行轮胎的追踪。

菲律宾太阳娱城app  梅特勒-托利多TSC-300 WH300L-IND331称重模块与CC-Link家族合作,在plc编程中作为远程设备站,占用1个站,如图5所示。

  

通讯模块站信息设置.png

  图 5 通讯模块站信息设置

菲律宾太阳娱城app  总结,梅特勒-托利多的称重模块在工业上应用上是比较多的,控制系统PLC在读取重量时,大部分都是通过模拟量输入0-10v或者4-20ma电流来读取重量。现在梅特勒-托利多与主流PLC可以直接通过CC-Link网络来通信,这样就比较方便了。对于PLC控制系统来说在就不用增加模拟量模块了,同时也不用考虑由于模拟量信号接线的干扰问题。

菲律宾太阳娱城app  2.3.4 与三菱电能仪表 ME96SSR-MB 的通信,实时读取设备的电能

菲律宾太阳娱城app  能源管理是工业智能制造中不可或缺的一个环节。要想对设备进行能源管理,那就必须实时的采集设备的用电量, 检测仪表是必须的。设备中选用三菱ME96SSR-MB电能仪表,通过该电能仪表实时把设备的相电压(V)、线电压(V)、相电流(A)、线电流(A)、总功率(KW)、电能(KWh)进行读取,通过Ethernet网络上传MES系统数据库。MES系统数据库把读上来的能源数据进行分析,多台设备能源信息进行比较,找出异常点,然后在针对异常点,单独对设备进行分析,做到预防保全的功能。另外,通过分析设备的电能情况,可以考虑设备的节能,这样给企业带来巨大的经济利益。比如根据季节的变化,分析设备随着季节的变化,那些不必要的电能产生,可以进行修改。

  

节能设备硬件.png

  节能设备硬件

菲律宾太阳娱城app  ME96SSR-MB通过增加CC-Link通讯选件ME-0040C- SS96模块,ME96SSR-MB作为CC-Link协议中的远程设备站,来把设备的能源信息上传给PLC,监视程序如图6所示。

  

总功率和电能的监视程序.png

菲律宾太阳娱城app  图 6 总功率和电能的监视程序

菲律宾太阳娱城app  总之,设备能源读取的最终目的就是节能,节能的效果如下:

  a)提高生产效率:三菱电机将此判断标准定义为“原单位”,即生产1个产品所消耗的电能。通过对原单位的管理, 您可以直观的了解设备稳定运行的生产效率,并对同一设备的不同时间段进行对比和分析,针对原单位较差的地点和时间段进行分析,然后对症下药,提高原单位管理,进而提高生产效率。

  b)提高能源效率:通过能耗可视化掌握能耗的信息,进而进行优化,最终达到节能的效果。

  2.3.5 与 MTS 传感器通过 CC-Link 总线的解决方案

菲律宾太阳娱城app  MTS系统公司是全球第一家开拓磁致伸缩测量技术的公司,并注册专利。一直以来,MTS传感器技术在全球范围内,始终遥遥领先。创新科技和技术支援使MTS公司一直处于市场的领导地位。MTS位移传感器自95年进入中国后,深受各行业用户爱戴,其中尤以钢铁行业用户急速上升为甚, 占冶金行业中以磁致伸缩位移传感器市场的绝大比例。近两年间销售更是以倍数增长,很多主要的钢厂改造和新项目, 全部采用磁致伸缩这一先进测量技术。MTS位移传感器的输出信号为绝对数值,所以,即使电源中断也不会对信号接收造成问题,更不会重归零位。最后,由于敏感元件都是非接触式的,即使测量过程不断重复,也不会对传感器造成任何磨损,其磁致伸缩敏感元件的平均无故障时间为23年。

  全钢子午胎成型机应用美国MTS位移传感器,目的是为了检测轮胎成型鼓在轮胎成型时从拉平宽到超定型时,检测位置是否正确,原先用模拟量来采集,但是主鼓旋转时对位移传感器的信号有干扰, 通过与CC- Link网络家族的合作,彻底减少了干扰问题,同时也不用额外增加模拟量输入模块。

  MTS的位移传感器WAGO CC-Link模块750-310作为三菱CC-Link协议的远程设备站,占用1个站,在程序编程时, 找到对应站的远程读取软原件,就可以读取当前的位移值。通过CC-Link网络可以增加系统的稳定性,便于排查故障。在CC-Link总线网络中可灵活挂靠多个传感器,WAGO 750-310 CC-Link模块与主站相连的个数可以达到64个,而每个WAGO 750-310模块又可以挂靠多个WAGO 750-635模块,而WAGO 750-635模块就是用来对位移传感器的原始信号进行初步的运算。

  3 工艺流程

  成型机是轮胎所有设备中自动化程度最高的,成型机工艺也是很复杂的,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,最后在成型鼓上进行平宽位到超定型位进行成型,最后滚压出来就是一个完整的轮胎。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个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。

  3.1.BAND区贴合工艺

  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个结构是最为明显:(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,这个省去了大量人的劳动力,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。

   3.2.SHARP区带束贴合及成型滚压工艺

菲律宾太阳娱城app  辅鼓进行1#2#3#及零度、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,就变成我们马路上看到的汽车轮胎了。

  3.3.ABB机器人自动卸胎工艺

菲律宾太阳娱城app  总结,现在1 台成型机仅仅需要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,让设备稳定的运行,即使出现故障,也会通过报警,自动的去找到问题的根源。

菲律宾太阳娱城app  以前3个人干一条胎需要3分40秒,现在1个人干仅仅需要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百分之百合格,0次品率。

  4 CC-Link 使用心得

  在推进中国工业制造2025的规划中,三菱电机推出的e- F@ctory理念已经帮助无数个企业实现了智能制造。在设备的智能制造方面,主要因素不是机械的外观有多好看, 更不是设备生产的效率有多高,关键是设备的信息、生产数据、能源信息等如何采集给MES系统,进行数据分析,可视化管理。

菲律宾太阳娱城app  对于信息的采集就要归结于设备的通信网络,三菱电机CC-Link家族的产品从传感器层网络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,每一个层次都有对应的兼容产品,种类多,稳定性强。在应用三菱CC-Link IE Field与竞争对手西门子Prof inet总线时,两者各有各自的优点。两个总线产品都是工业网络的巨头,但是在硬件上, CC-Link IE的通信速度比Prof inet总线的速度要快,在应用处理故障时,CC-Link IE总线的诊断功能要比对手强大,能够快速的找到报警根源。

菲律宾太阳娱城app  笔者更倾向于CC-Link家族协议。在应用支持CC-Link 协议的兼容产品时,作为CC-Link从站(远程IO站、远程设备站、智能设备站)感觉CC-Link家族非常强大,与第三方设备产品在通信上完美的数据交流,感觉就像在与三菱自己的产品进行通信交流,非常方便组态设备,而且网络非常稳定。

菲律宾太阳娱城app  真心感谢CC-Link家族,同时也欢迎更多的第三方产品加入CC-Link家族。以上是我个人在应用CC-Link家族产品的个人心得,希望能给大家在以后应用CC-Link家族产品有所帮助。


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