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　　首先，針對德國提出的工業4 .0 ，讓我們回憶一下這幾年我們國家的政策，“中國制造2025 ”的核心是什么?第一，互聯網+。借助互聯網的思維和技術，與傳統產業相互結合，從而催生出一些新的業態和新的商業模式。第二，信息化與工業化深度融合。這個深度融合不僅是對中國制造裝備、制造工藝、核心技術攻關能力的全面提升，同時還要借助新興電子與信息技術以及先進的管理方式，對中國制造企業自主創新能力、市場營銷能力、品牌建設能力進行全面提升。第三，智能制造。跟工業4. 0 所強調的內容有一些吻合，主要是指現代物聯網和人工智能技術深度應用到生產制造各個環節當中，以取代或者延伸部分手工和腦力等勞動，從而能夠全面提升生產效率， 降低成本，使整個生產過程達到最優的狀態。

　　針對中國工業的智能制造， 三菱電機推出了e- F@ ctory理念，早在2003年就開始在中國推出了，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，CC-Link協議家族起著連接橋梁的作用，設備層網絡CC-Link IE Field、控制層網絡CC-Link IE Control已經幫很多中國企業實現信息化，實現了IOT的跨越，實現了智能制造。

　　本文講解了CC-Link IE網絡在發動機曲軸生產車間的應用，通過CC-Link IE Field設備層網絡與德國勇克磨床、銑床、車床、加工中心、動平衡等機床進行通信，通過CC-Link IE Control網絡將多臺機械手的CPU R08EN 連接在一起，這樣就實現了信息交流和共享，借助CC- Link IE Control網絡把現場200米的生產線緊密的聯系在一起。發動機曲軸通過機械手上下料從一個工位到另一個工位，減少了人的參與，同時把生產中每根軸的信息上傳給MES系統，為CC-Link IE在汽車發動機曲軸生產實現智能制造提供一些參考依據。

　　1 發動機曲軸行業背景

　　這幾年國內汽車行業一片景氣，油電混合和新能源汽車是汽車行業的主推車型，我們國家也都推出了很多政策，購買新能源汽車給了很大的政府補貼，另外車牌都進行了相應的改變，都變成鮮艷的淺綠色，目的就是為了環保，提倡新能源。

　　新能源汽車的涌出，同時也帶動了傳統汽車制造相關產業鏈的技術升級更新。眾多周知，傳統的汽車和油電混合汽車的動力引擎就是發動機，曲軸作為發動機最主要的一個部分，市場是供不應求。曲軸生產廠家都響應中國政府政策，對車間進行了新的升級改造，工廠車間都加入了MES系統，每條生產線的機床設備都加上了互聯網，互聯網的加入，對生產線的制造裝備、制造工藝、核心技術進行了全面提升，實現了智能制造，提升生產效率，降低成本，使整個曲軸生產流水線達到最優的狀態。

　　發動機曲軸重量范圍20kg到200kg不等， 原先都是借助人工和吊車來實現每個工序的流轉生產，智能5軸桁架機械手的引入， 減少了大量的人工， 從鍛造出來的曲軸，分別經過上料物流、精銑、精頂、直油孔、斜油孔、半精磨連桿、半精磨主軸、精磨主軸、精磨連桿、鉆大頭、鉆小頭、抽檢臺、倒手臺、拋光機、去毛刺、下料物流等機床。曲軸加工流水線是一條“U”形生產線，長度200米左右，每條流水線根據工藝和生產節拍的不同，由

　　3到5臺機械手組成。機械手與機床交流，同時機械手之間也實現了信息交流和共享，抓取曲軸從一個機床到另一臺機床，減少10-15個工人，提高效率，實現了企業的智能制造，現場圖如圖1所示。

　　圖 1 現場總圖

　　2 桁架機械手與機床工藝流程

　　圖 2 機械手桁架流程圖

　　如圖2是機械手桁架的流程圖，工藝流程如下：

　　(1)上料物流：

　　桁架機械手橫移X軸到上料物流處，W1抓旋轉到位，Z1抓下降取料，Z1抓取料完成上升，等待去1#機床上下料。

　　(2)1#機床：

　　桁架機械手橫移X軸Z2抓到1#機床處，W2抓旋轉到位，Z2抓下降把機床內加工完的曲軸取出，Z2抓取料上升完成，橫移X軸Z1抓到1#機床位，Z1抓旋轉到位，Z1

　　抓下降把抓取的曲軸放到1#機床內，Z1抓張開后上升完成，等待去2#機床上下料。

　　(3)2#機床：

　　桁架機械手橫移X軸Z1抓到2#機床處，W1抓旋轉到位，Z1抓下降把機床內加工完的曲軸取出，Z1抓取料上升完成，橫移X軸Z2抓到1#機床位，Z2抓旋轉到位，Z2 抓下降把抓取的曲軸放到2#機床內，Z2抓張開后上升完成，等待去3#機床上下料。

　　(4)其他機床：

　　同理，桁架機械手去3#機床、4#機床、5#機床、6# 機床、7#機床等，最多的機械手可以同時給8個機床供料， 由于生產節拍， 機械手服務的機床數量越少， 節拍越快。

　　(5)下料物流：(Z1抓或者Z2抓有料)

　　桁架機械手橫移X軸Z1抓到下料物流處，W1抓旋轉到位，Z1抓下降把抓取的曲軸放到下料物流上，Z1抓松開上升完成后，然后返回到上料物流處。

　　桁架機械手橫移X軸Z2抓到下料物流處，W2抓旋轉到位，Z2抓下降把抓取的曲軸放到下料物流上，Z2抓松開上升完成后，然后返回到上料物流處。

　　以上是單個機械手的流程圖，兩個機械手之間還需要進行曲軸的傳遞，第一個機械手把加工完的曲軸，放到公共區域，然后通知第二個機械手到公共區域把曲軸抓走， 實現曲軸加工流水線的傳遞，2個機械手進行交流時候， 就需要得到2個機械手的狀態和位置，不至于在流水線傳遞時出現撞擊，下面筆者細細講一下CC-Link IE網絡的信息交流。

　　3 CC-Link IE網絡信息流

　　A CC-Link IE Field設備層網絡現場使用說明

　　(1) 桁架機械手是由5臺三菱MR- J4- G F伺服放大器，X、Z1、Z2軸分別為7KW，W 1、W 2分別為0.75KW，采用三菱RD77GF8簡易運動模塊，伺服放大器都是通過CC-Link IE Field設備層網絡進行控制的。

　　(2) ) 外圍的遠程IO信號采集都是通過CC- Link IE Field遠程IO模塊來實現的。

　　采用輸入模塊NZ2GF2B1-16D和擴展輸出 NZ2EX- 16(DO)來實現。

圖 3 桁架機械手配電柜

　　圖 4 CC-Link IE Field 分布圖

　　采用CC-Link IE Field設備層網絡優點：

　　(1)客戶要求現場設備網絡的統一，伺服控制和遠程IO都要采用相同的網絡，這是選擇CC-Link IE Field設備層網絡最主要的原因。

　　(2)桁架機械手是來回運動的，現場是采用坦克鏈，桁架機械手抓手的IO信號采集，在機械手夾爪現場放了遠程IO模塊，現場布線時采用經過CC-Link協會認證的專用抗折彎千兆網線。現場只需要引入一根電源線和千兆網線即可，布線簡單方便。

　　(3) 為了便于CC-Link IE Field網絡線路的管理， 采用2臺臺灣MOXA的EDS 308千兆交換機，2個交換機之間再用千兆網線連接， 現場的機械手夾爪、觸摸屏操作箱、機床交流的IO模塊都是用1根千兆網線引入到主柜內，這樣就實現了網絡的鏈接，如圖3所示。

　　(4) 網絡診斷方便，通過交換機的Y型接法，可以通過物理硬件和軟件2個方面來診斷。硬件方面：都是采用R J45接頭，通過觀察交換機硬件指示燈來判斷網絡連接是否正常。軟件方面：通過GX-Works3軟件，網絡診斷能夠清晰地診斷出問題故障。

　　B CC-Link IE Control控制層網絡現場使用說明

　　CC-Link IE Control控制層網絡是把現場所有機械手R08 ENCPU通過千兆網絡鏈接起來，1#管理站與2#、3 #、4#等常規站進行首尾連接，采用環形鏈接。這樣各個機械手PLC之間就可以進行相互交流。在曲軸加工生產線流程上，每個機床加工完后都會對產品進行掃碼，曲軸從一個機械手到另一個機械手流轉時， 產品信息都是跟著流轉的，同時也把2個機械手之間的運行狀態通過CC- Link IE Control網絡進行傳遞，減少2個機械手之間的運行碰撞。最后加工完的曲軸所有的生產中關于此產品信息都會通過管理站PLC，借助RD81MES96模塊把產品信息傳遞到工廠上位MES服務器，供生產管理者對信息進行處理和分析。

　　圖 5 CC-Link IE Control 網絡布局圖

　　桁架機械手的CC-Link IE設備層網絡和控制層網絡以及MES模塊硬件布局如表1所示。

表 1 桁架機械手 PLC 硬件配置表格

　　圖 6 CC-Link IE Control 管理站 

圖 7 生產一角

　　采用CC-Link IE Control控制層網絡優點：

　　(1) CC-Link IE Control鏈接的R08EN CPU，管理站和常規站之間可以通信，最主要的是常規站與常規站之間也可以進行通信，這是選擇CC-link IE Control控制層網絡最主要的原因。

　　(2) CC-Link IE Control采用環形接線，充分體現此網絡的冗余功能， 假如中間環路一根網線斷了，此網絡仍可以通過另一側的網線進行通信， 保證設備之間的正常運行， 不會導致生產線停機， 充分體現此網絡的冗余功能。

　　(3) CC-Link IE Control與CC-Link IE Field都是采用千兆網絡，物理上采用相同的支持千兆的網線即可， 同時都是采用R J45接頭，實現了物理層面的“一網到底”，客戶也不用再為網線和接頭費精力，都是標準的。

　　(4 )PLC監控維護更加的靈活方便，不像以前那樣，出現故障只能到設備故障處的PLC進行監控，現在只要連接就近或者方便的任何一臺PLC，就可以對遠程的其他PLC進行監控，這樣對調試人員和后期的維護工作減輕了大量的工作量，非常方便靈活。

　　4 CC-Link IE網絡總結

　　(1) CC-Link IE=CC-Link+Industial Ethernet

　　① CC-Link IE Control網絡：是實現控制器之間通信的千兆雙環網。控制器之間可以實現多達128k個字的數據通信。

　　其特點：高速、大容量、高穩定型。

　　② CC-Link IE Field網絡：能夠同時處理離散控制、I/O控制以及運動控制。用戶可以自由選擇總線、星形、總線-星形混合、環形的網絡拓撲結構。

　　其特點：高效、低成本、組網靈活。

　　(2)使用SLMP，從上位信息系統到下位設備層， 均無需考慮網絡分層，可如同一種網絡進行無縫通信，無論在辦公室還是在現場，都能簡單地實現信息收集、設備監視和維護。此外，使用以太網適配器模塊，即可方便地將支持SLMP的通用以太網設備鏈接到CC-Link IE Field 網絡中。因此，無需添加新的網絡即可有效利用視覺傳感器、RFID控制器等各種以太網設備。

　　5 總結

　　在發動機曲軸200多米的U型生產線控制上：機械手運動控制要歸功于CC-Link IE Field設備層網絡，而在機械手之間的交流、產品信息傳遞追溯、MES系統采集上， CC- Link IE Control控制層網絡起著決定的作用。總言之，桁架機械手通過在CC- Link IE網絡與曲軸生產線的機床進行交流，機械手把曲軸從一個機床移動到另一個機床，以取代手工和部分腦力勞動，全面提升生產效率，降低成本，使整個生產過程達到最優的狀態。

　　在工廠實現智能的道路上，CC-Link IE網絡被應用到生產制造各個環節當中，幫助企業實現信息化，實現了IOT的跨越，實現了工廠的智能制造。