1 引 言

　　“工業4.0”是由德國政府提出的一個高科技戰略計劃，在2013年4月的漢諾威工業博覽會上正式推出，旨在提升制造業的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠，在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴。其技術基礎是網絡實體系統及物聯網。德國所謂的工業四代(Industry4.0)是指利用物聯信息系統將生產中的供應，制造， 銷售信息數據化、智慧化，最后達到快速，有效，個人化的產品供應。

　　針對工業4.0概念，中國政府針對中國國情提出“中國制造 2025”。那么中國制造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家族起著連接橋梁的作用，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。

　　雙星輪胎工業有限公司是雙星集團的下屬子公司，下設青島雙星輪胎公司、雙星東風輪胎公司和雙星中原輪胎公司。公司產品主要包括全鋼載重子午胎、半鋼子午胎、斜膠載重輪胎、農用輕卡輪胎、工程輪胎、內胎墊帶、特種輪胎等 600 多個品種。先后榮獲“青島名牌”、“山東名牌”、“中國名牌”等稱號，企業先后被評為“中國輪胎行業十大民族品牌”、中國輪胎行“十大明星企業”。雙星集團始建于1921 年，2015年青島雙星輪胎面臨升級改造，為了響應"中國制造2025"規劃,青島總部老廠搬遷，進行新廠建設，新廠的理念就是打造4.0工廠，實現輪胎從半成品到最后產品包裝出口，全部實現信息化、智能化。

　　在橡膠行業中，輪胎的工藝是最復雜的，對應它的工藝設備品種也是最多的，從開始的密煉車間、半成品車間、成型車間、硫化車間、檢測車間到最后的物流倉庫車間，同樣設備也是按照順序：密煉機、膠片冷卻線、壓延機、復合線、內襯層線、鋼絲圈線、直裁機、斜裁機、成型機、硫化機、X光機、動平衡機等，主要的電氣控制系統就是三菱、西門子、AB三家 。

　　本文講解CC-Link及CC-Link IE在雙星輪胎工業4.0車間成型機上的應用，通過CC-Link與第三方ABB機器人、梅特勒-托利多(METTLER TOLEDO)稱重、FESTO閥導廠家進行數據通信，實現全鋼成型機的智能生產。同時本文還講解與競爭對手西門子Prof inet網絡的對比及各自的優缺點，為三菱CC-Link 家族在全鋼子午胎成型機實現中國制造2025計劃中提供一些參考依據。

　　2. 控制系統構成

　　2.1.系統的硬件配置

　　成型機作為輪胎所有工藝設備中自動化程度最高的，所有的半成品全部集中到一起，隨后放到成型機上，最后經過成型機之后出來就是一個未成熟的輪胎筒。雙星1期工業4.0 車間總共有8臺成型機，其中6臺是三菱系統，2臺是西門子系統，如圖1所示。該車間的全鋼三鼓成型機是雙星自主研發的新機型，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個人來操作實現。該成型機分貼合區(BAND)和成型區(SHARP)，自動化程度非常的高。

　一、BAND區：①16臺三菱FR-E700系列變頻器;②39 個遠程IO站;③10組FESTO CC-Link協議網絡閥組;④ 1臺激光燈FX32CCL作為從站;⑤8臺三菱J4伺服放大器及對應伺服電機;⑥ GT1685M-STBD觸摸屏;⑦ 可以與MES系統進行數據交流;⑧ BAND區PLC與SHARP區PLC進行大量的數據交流。

　　BAND區鑒于以上，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1所示。

　二、SHARP區：①15臺三菱FR-E700系列變頻器; ②32 個遠程IO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J4伺服放大器及對應伺服電機; ⑧ GT1685M-STBD觸摸屏; ⑨可以與MES系統進行數據交流; ⑩ BAND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。

　　圖 1 雙星 1 期工業 4.0 車間

表 1 BAND區配置表

表 2 SHARP 區系統配置

　　2.2. CC-Link在控制系統中的應用

　　a) 全鋼成型機的網絡配置:現場設備輸入輸出點是通過CC- Link遠程IO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是通過CC-Link來連接起來的，靠著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。

　　b) 成型 PLC與貼合PLC之間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，該網絡的是業內速度最快，最穩定的，它的性能參數：(1)通信速度：1Gbps;(2)最大鏈接點數：128 Kbyte;(3)最大鏈接點數：32 K位。

　　c) 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)。

　　d) 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，并且完成稱重后完成后，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。

　　2.3. CC-Link家族與其兼容產品的應用

　　2.3.1 與 FESTO 遠程閥導的通信

　　費斯托(中國)有限公司在中國氣動行業具有舉足輕重的地位，其優異的產品質量、出色的問題解決能力和完善的服務深受客戶信賴。

　　FESTO在中國的業務始于1985年。目前在大中華區設有100多個銷售辦公室及官方授權合作伙伴網點，位于上海的亞太技術中心和大中華區解決方案中心為區域內的客戶提供定制產品和方案，在濟南和上海的全球生產中心與位于濟南的中國物流中心為在中國市場供應和服務提供保障。FESTO 為中國市場提供工廠自動化和過程自動化的氣動和電動技術及全面解決方案，主要服務于汽車、橡塑、食品飲料包裝、電子和輕型裝配、水/污水處理以及生物技術/制藥等行業。

　　在全鋼子午胎成型機上所有的氣缸全部是FESTO品牌， 以前在控制氣缸動作時是采用的單個氣缸通過硬件接線來控制電磁閥，本臺成型機全部采用FESTO CC-Link網絡控制閥導，只需要給閥導一根24V電源線和CC-Link網絡總線電纜即可，就可以實現這組閥導上所有的電磁閥的控制。

　　FESTO CC-Link 閥導現場接線圖

　　FESTO公司與CC-Link家族合作在閥導的控制上應用了CC-Link協議，控制的原理就類似三菱的遠程IO模塊，因此在對CC-Link通訊模塊進行設置時，站信息選擇遠程IO模塊，占用1站，波特率的設置如圖2所示。

　　圖 2 FESTO 閥導波特率設置

　　FESTO CC-Link閥導已經完全融入到CC-Link家族，作為三菱的一個遠程IO站來進行控制，非常容易控制。但是它產生的影響是巨大的，省配線，省去故障的排查，在現場安裝方面，不至于在控制柜里面有太多的線路，簡單明了。

　　2.3.2 與 ABB 機器人 DSQC 378B CC-Link Adapter 成功握手

　　ABB機器人早在1994年就進入了中國市場。經過近20 年在中國的發展，ABB先進的機器人自動化解決方案和包括白車身，沖壓自動化，動力總成和涂裝自動化在內的四大系統正為各大汽車整車廠和零部件供應商以及消費品、鑄造、塑料和金屬加工工業提供全面完善的服務。ABB基于“根植本地，服務全球”的經營理念，將中國研發、制造的產品和系統設備銷往全球各地。同時在中國的全球采購計劃，為世界各地的ABB公司服務。隨著中國工業行業的迅猛發展，對工業機器人的需求也日益增加，ABB將不斷開發出適合全球市場需求的新的機器人解決方案，以此來滿足廣大客戶的特殊需求，幫助其提高生產效率。

　　在全鋼子午胎成型機上應用ABB機器人進行自動卸胎， 以往都是通過機械結構來進行卸胎。中國制造2025，將是機器人代替人工的時代，最大程度的省去人力，讓機器人來參與，實現工業的智能制造。雙星工業園應用ABB機器人自動卸胎，自動分揀，省去了大量的人力物力，提高了輪胎的生產效率，最主要是在輪胎行業的先鋒和楷模，而且取得了意想不到的收益。CC-Link網絡的具體設置按照下圖的9個步驟就可實現：在這里要特別注意一下，在機器人那邊設置時候機器人那邊的“Occstat”和“BasicIO”配合選取點數比PLC所需的點多而且最接近那個，如PLC設置兩個站64 點，那么“Occstat”和“BasicIO”配合選取80點的， 如圖3所示。

　　圖 3 IO 數據地址范圍

　　完成ABB機器人這邊的CC-Link設置，這樣就可以進行PLC邊的設置，ABB的DSQC 378B CC-Link Adapter作為三菱的智能設備站，占用2個站或者4個站。在這里我們以設置2個站為例，站信息的設置如圖4所示。

　　圖 4 CC-Link 站信息設置

　　總結，ABB機器人通過安裝DSQC 378B CC-Link Adapter 通信模塊，可以輕松的與主站CC-Link模塊進行字和位信息的交互。與通過硬件IO交流相比，省配線，省工時，最主要的是維護方便，可能在價格上會高一些，但是從長遠來看， 還是比較合算的。在進行字信息交流時，只能選擇CC-Link 通信模塊。

　　2.3.3 與梅特勒- 托利多稱重模塊 TSC-300WH300L-IND331 的互聯互通

　　秉承"品質至上、勇于開創、追求變革"的企業宗旨，梅特勒-托利多集團始終致力于為全球客戶提供質量卓越的精密儀器和衡器產品，以及全面細致的技術支持服務。縱觀世界稱量及分析技術的發展，凝聚著梅特勒-托利多在專業領域堅定不渝的信念和不斷累積的智慧。梅特勒-托利多以先進的解決方案和技術服務，改善人們的工作效率，為人們的社會生活和發展做出貢獻!

　　梅特勒-托利多在全球范圍內擁有近40多家分公司和銷售機構，并在瑞士、德國、美國和中國等國家擁有生產基地。在中國，公司在常州和上海設有運營中心、生產工廠及研發試驗室，并在全國范圍內建有三十多家辦事處，與兩百多位分銷商緊密合作。公司的ServiceXXL服務，響應迅速， 并可根據客戶特殊的業務需求而度身定制，以確保客戶的投資價值。無論客戶的業務是在實驗室，工廠或雜貨店，梅特勒-托利多均有相應的服務方案。

　　全鋼子午胎成型機應用梅特勒-托利多TSC-300WH300L-IND331稱重模塊目的就是準確讀取輪胎的重量。當ABB機器人取胎后放到稱重模塊后，PLC通過CC-Link總線通訊的方式讀取輪胎當前重量，然后通過與MES握手信號， 把輪胎當前的重量及條形碼保存到MES數據庫里面，便于分揀時進行輪胎的追蹤。

　　梅特勒-托利多TSC-300 WH300L-IND331稱重模塊與CC-Link家族合作，在plc編程中作為遠程設備站，占用1個站，如圖5所示。

　　圖 5 通訊模塊站信息設置

　　總結，梅特勒-托利多的稱重模塊在工業上應用上是比較多的，控制系統PLC在讀取重量時，大部分都是通過模擬量輸入0-10v或者4-20ma電流來讀取重量。現在梅特勒-托利多與主流PLC可以直接通過CC-Link網絡來通信，這樣就比較方便了。對于PLC控制系統來說在就不用增加模擬量模塊了，同時也不用考慮由于模擬量信號接線的干擾問題。

　　2.3.4 與三菱電能儀表 ME96SSR-MB 的通信，實時讀取設備的電能

　　能源管理是工業智能制造中不可或缺的一個環節。要想對設備進行能源管理，那就必須實時的采集設備的用電量， 檢測儀表是必須的。設備中選用三菱ME96SSR-MB電能儀表，通過該電能儀表實時把設備的相電壓(V)、線電壓(V)、相電流(A)、線電流(A)、總功率(KW)、電能(KWh)進行讀取，通過Ethernet網絡上傳MES系統數據庫。MES系統數據庫把讀上來的能源數據進行分析，多臺設備能源信息進行比較，找出異常點，然后在針對異常點，單獨對設備進行分析，做到預防保全的功能。另外，通過分析設備的電能情況，可以考慮設備的節能，這樣給企業帶來巨大的經濟利益。比如根據季節的變化，分析設備隨著季節的變化，那些不必要的電能產生，可以進行修改。

　　節能設備硬件

　　ME96SSR-MB通過增加CC-Link通訊選件ME-0040C- SS96模塊，ME96SSR-MB作為CC-Link協議中的遠程設備站，來把設備的能源信息上傳給PLC，監視程序如圖6所示。

　　圖 6 總功率和電能的監視程序

　　總之，設備能源讀取的最終目的就是節能，節能的效果如下：

　　a)提高生產效率：三菱電機將此判斷標準定義為“原單位”，即生產1個產品所消耗的電能。通過對原單位的管理， 您可以直觀的了解設備穩定運行的生產效率，并對同一設備的不同時間段進行對比和分析，針對原單位較差的地點和時間段進行分析，然后對癥下藥，提高原單位管理，進而提高生產效率。

　　b)提高能源效率：通過能耗可視化掌握能耗的信息，進而進行優化，最終達到節能的效果。

　　2.3.5 與 MTS 傳感器通過 CC-Link 總線的解決方案

　　MTS系統公司是全球第一家開拓磁致伸縮測量技術的公司，并注冊專利。一直以來，MTS傳感器技術在全球范圍內，始終遙遙領先。創新科技和技術支援使MTS公司一直處于市場的領導地位。MTS位移傳感器自95年進入中國后，深受各行業用戶愛戴，其中尤以鋼鐵行業用戶急速上升為甚， 占冶金行業中以磁致伸縮位移傳感器市場的絕大比例。近兩年間銷售更是以倍數增長，很多主要的鋼廠改造和新項目， 全部采用磁致伸縮這一先進測量技術。MTS位移傳感器的輸出信號為絕對數值，所以，即使電源中斷也不會對信號接收造成問題，更不會重歸零位。最后，由于敏感元件都是非接觸式的，即使測量過程不斷重復，也不會對傳感器造成任何磨損，其磁致伸縮敏感元件的平均無故障時間為23年。

　　全鋼子午胎成型機應用美國MTS位移傳感器，目的是為了檢測輪胎成型鼓在輪胎成型時從拉平寬到超定型時，檢測位置是否正確，原先用模擬量來采集，但是主鼓旋轉時對位移傳感器的信號有干擾， 通過與CC- Link網絡家族的合作，徹底減少了干擾問題，同時也不用額外增加模擬量輸入模塊。

　　MTS的位移傳感器WAGO CC-Link模塊750-310作為三菱CC-Link協議的遠程設備站，占用1個站，在程序編程時， 找到對應站的遠程讀取軟原件，就可以讀取當前的位移值。通過CC-Link網絡可以增加系統的穩定性，便于排查故障。在CC-Link總線網絡中可靈活掛靠多個傳感器，WAGO 750-310 CC-Link模塊與主站相連的個數可以達到64個，而每個WAGO 750-310模塊又可以掛靠多個WAGO 750-635模塊，而WAGO 750-635模塊就是用來對位移傳感器的原始信號進行初步的運算。

　　3 工藝流程

　　成型機是輪胎所有設備中自動化程度最高的，成型機工藝也是很復雜的，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，最后在成型鼓上進行平寬位到超定型位進行成型，最后滾壓出來就是一個完整的輪胎。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個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。

　　3.1.BAND區貼合工藝

　　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個結構是最為明顯:(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，這個省去了大量人的勞動力，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。

   3.2.SHARP區帶束貼合及成型滾壓工藝

　　輔鼓進行1#2#3#及零度、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，就變成我們馬路上看到的汽車輪胎了。

　　3.3.ABB機器人自動卸胎工藝

　　總結，現在1 臺成型機僅僅需要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，讓設備穩定的運行，即使出現故障，也會通過報警，自動的去找到問題的根源。

　　以前3個人干一條胎需要3分40秒，現在1個人干僅僅需要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百分之百合格，0次品率。

　　4 CC-Link 使用心得

　　在推進中國工業制造2025的規劃中，三菱電機推出的e- F@ctory理念已經幫助無數個企業實現了智能制造。在設備的智能制造方面，主要因素不是機械的外觀有多好看， 更不是設備生產的效率有多高，關鍵是設備的信息、生產數據、能源信息等如何采集給MES系統，進行數據分析，可視化管理。

　　對于信息的采集就要歸結于設備的通信網絡，三菱電機CC-Link家族的產品從傳感器層網絡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，每一個層次都有對應的兼容產品，種類多，穩定性強。在應用三菱CC-Link IE Field與競爭對手西門子Prof inet總線時，兩者各有各自的優點。兩個總線產品都是工業網絡的巨頭，但是在硬件上， CC-Link IE的通信速度比Prof inet總線的速度要快，在應用處理故障時，CC-Link IE總線的診斷功能要比對手強大，能夠快速的找到報警根源。

　　筆者更傾向于CC-Link家族協議。在應用支持CC-Link 協議的兼容產品時，作為CC-Link從站(遠程IO站、遠程設備站、智能設備站)感覺CC-Link家族非常強大，與第三方設備產品在通信上完美的數據交流，感覺就像在與三菱自己的產品進行通信交流，非常方便組態設備，而且網絡非常穩定。

　　真心感謝CC-Link家族，同時也歡迎更多的第三方產品加入CC-Link家族。以上是我個人在應用CC-Link家族產品的個人心得，希望能給大家在以后應用CC-Link家族產品有所幫助。