首先，針對(duì)德國(guó)提出的工業(yè)4 .0 ，讓我們回憶一下這幾年我們國(guó)家的政策，“中國(guó)制造2025 ”的核心是什么?第一，互聯(lián)網(wǎng)+。借助互聯(lián)網(wǎng)的思維和技術(shù)，與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相互結(jié)合，從而催生出一些新的業(yè)態(tài)和新的商業(yè)模式。第二，信息化與工業(yè)化深度融合。這個(gè)深度融合不僅是對(duì)中國(guó)制造裝備、制造工藝、核心技術(shù)攻關(guān)能力的全面提升，同時(shí)還要借助新興電子與信息技術(shù)以及先進(jìn)的管理方式，對(duì)中國(guó)制造企業(yè)自主創(chuàng)新能力、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)能力、品牌建設(shè)能力進(jìn)行全面提升。第三，智能制造。跟工業(yè)4. 0 所強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容有一些吻合，主要是指現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)深度應(yīng)用到生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，以取代或者延伸部分手工和腦力等勞動(dòng)，從而能夠全面提升生產(chǎn)效率， 降低成本，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。

　　針對(duì)中國(guó)工業(yè)的智能制造， 三菱電機(jī)推出了e- F@ ctory理念，早在2003年就開(kāi)始在中國(guó)推出了，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，CC-Link協(xié)議家族起著連接橋梁的作用，設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE Field、控制層網(wǎng)絡(luò)CC-Link IE Control已經(jīng)幫很多中國(guó)企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化，實(shí)現(xiàn)了IOT的跨越，實(shí)現(xiàn)了智能制造。

　　本文講解了CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)車(chē)間的應(yīng)用，通過(guò)CC-Link IE Field設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)與德國(guó)勇克磨床、銑床、車(chē)床、加工中心、動(dòng)平衡等機(jī)床進(jìn)行通信，通過(guò)CC-Link IE Control網(wǎng)絡(luò)將多臺(tái)機(jī)械手的CPU R08EN 連接在一起，這樣就實(shí)現(xiàn)了信息交流和共享，借助CC- Link IE Control網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)場(chǎng)200米的生產(chǎn)線(xiàn)緊密的聯(lián)系在一起。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過(guò)機(jī)械手上下料從一個(gè)工位到另一個(gè)工位，減少了人的參與，同時(shí)把生產(chǎn)中每根軸的信息上傳給MES系統(tǒng)，為CC-Link IE在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能制造提供一些參考依據(jù)。

　　1 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸行業(yè)背景

　　這幾年國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)一片景氣，油電混合和新能源汽車(chē)是汽車(chē)行業(yè)的主推車(chē)型，我們國(guó)家也都推出了很多政策，購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)給了很大的政府補(bǔ)貼，另外車(chē)牌都進(jìn)行了相應(yīng)的改變，都變成鮮艷的淺綠色，目的就是為了環(huán)保，提倡新能源。

　　新能源汽車(chē)的涌出，同時(shí)也帶動(dòng)了傳統(tǒng)汽車(chē)制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)升級(jí)更新。眾多周知，傳統(tǒng)的汽車(chē)和油電混合汽車(chē)的動(dòng)力引擎就是發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的一個(gè)部分，市場(chǎng)是供不應(yīng)求。曲軸生產(chǎn)廠(chǎng)家都響應(yīng)中國(guó)政府政策，對(duì)車(chē)間進(jìn)行了新的升級(jí)改造，工廠(chǎng)車(chē)間都加入了MES系統(tǒng)，每條生產(chǎn)線(xiàn)的機(jī)床設(shè)備都加上了互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)的加入，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)的制造裝備、制造工藝、核心技術(shù)進(jìn)行了全面提升，實(shí)現(xiàn)了智能制造，提升生產(chǎn)效率，降低成本，使整個(gè)曲軸生產(chǎn)流水線(xiàn)達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸重量范圍20kg到200kg不等， 原先都是借助人工和吊車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)工序的流轉(zhuǎn)生產(chǎn)，智能5軸桁架機(jī)械手的引入， 減少了大量的人工， 從鍛造出來(lái)的曲軸，分別經(jīng)過(guò)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(tái)、倒手臺(tái)、拋光機(jī)、去毛刺、下料物流等機(jī)床。曲軸加工流水線(xiàn)是一條“U”形生產(chǎn)線(xiàn)，長(zhǎng)度200米左右，每條流水線(xiàn)根據(jù)工藝和生產(chǎn)節(jié)拍的不同，由

　　3到5臺(tái)機(jī)械手組成。機(jī)械手與機(jī)床交流，同時(shí)機(jī)械手之間也實(shí)現(xiàn)了信息交流和共享，抓取曲軸從一個(gè)機(jī)床到另一臺(tái)機(jī)床，減少10-15個(gè)工人，提高效率，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的智能制造，現(xiàn)場(chǎng)圖如圖1所示。

　　圖 1 現(xiàn)場(chǎng)總圖

　　2 桁架機(jī)械手與機(jī)床工藝流程

　　圖 2 機(jī)械手桁架流程圖

　　如圖2是機(jī)械手桁架的流程圖，工藝流程如下：

　　(1)上料物流：

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

　　(2)1#機(jī)床：

　　桁架機(jī)械手橫移X軸Z2抓到1#機(jī)床處，W2抓旋轉(zhuǎn)到位，Z2抓下降把機(jī)床內(nèi)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(jī)床位，Z1抓旋轉(zhuǎn)到位，Z1

　　抓下降把抓取的曲軸放到1#機(jī)床內(nèi)，Z1抓張開(kāi)后上升完成，等待去2#機(jī)床上下料。

　　(3)2#機(jī)床：

　　桁架機(jī)械手橫移X軸Z1抓到2#機(jī)床處，W1抓旋轉(zhuǎn)到位，Z1抓下降把機(jī)床內(nèi)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(jī)床位，Z2抓旋轉(zhuǎn)到位，Z2 抓下降把抓取的曲軸放到2#機(jī)床內(nèi)，Z2抓張開(kāi)后上升完成，等待去3#機(jī)床上下料。

　　(4)其他機(jī)床：

　　同理，桁架機(jī)械手去3#機(jī)床、4#機(jī)床、5#機(jī)床、6# 機(jī)床、7#機(jī)床等，最多的機(jī)械手可以同時(shí)給8個(gè)機(jī)床供料， 由于生產(chǎn)節(jié)拍， 機(jī)械手服務(wù)的機(jī)床數(shù)量越少， 節(jié)拍越快。

　　(5)下料物流：(Z1抓或者Z2抓有料)

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

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

　　以上是單個(gè)機(jī)械手的流程圖，兩個(gè)機(jī)械手之間還需要進(jìn)行曲軸的傳遞，第一個(gè)機(jī)械手把加工完的曲軸，放到公共區(qū)域，然后通知第二個(gè)機(jī)械手到公共區(qū)域把曲軸抓走， 實(shí)現(xiàn)曲軸加工流水線(xiàn)的傳遞，2個(gè)機(jī)械手進(jìn)行交流時(shí)候， 就需要得到2個(gè)機(jī)械手的狀態(tài)和位置，不至于在流水線(xiàn)傳遞時(shí)出現(xiàn)撞擊，下面筆者細(xì)細(xì)講一下CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)的信息交流。

　　3 CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)信息流

　　A CC-Link IE Field設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)使用說(shuō)明

　　(1) 桁架機(jī)械手是由5臺(tái)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(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)模塊，伺服放大器都是通過(guò)CC-Link IE Field設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制的。

　　(2) ) 外圍的遠(yuǎn)程IO信號(hào)采集都是通過(guò)CC- Link IE Field遠(yuǎn)程IO模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　采用輸入模塊NZ2GF2B1-16D和擴(kuò)展輸出 NZ2EX- 16(DO)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖 3 桁架機(jī)械手配電柜

　　圖 4 CC-Link IE Field 分布圖

　　采用CC-Link IE Field設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)客戶(hù)要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一，伺服控制和遠(yuǎn)程IO都要采用相同的網(wǎng)絡(luò)，這是選擇CC-Link IE Field設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)最主要的原因。

　　(2)桁架機(jī)械手是來(lái)回運(yùn)動(dòng)的，現(xiàn)場(chǎng)是采用坦克鏈，桁架機(jī)械手抓手的IO信號(hào)采集，在機(jī)械手夾爪現(xiàn)場(chǎng)放了遠(yuǎn)程IO模塊，現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)時(shí)采用經(jīng)過(guò)CC-Link協(xié)會(huì)認(rèn)證的專(zhuān)用抗折彎千兆網(wǎng)線(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)只需要引入一根電源線(xiàn)和千兆網(wǎng)線(xiàn)即可，布線(xiàn)簡(jiǎn)單方便。

　　(3) 為了便于CC-Link IE Field網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路的管理， 采用2臺(tái)臺(tái)灣MOXA的EDS 308千兆交換機(jī)，2個(gè)交換機(jī)之間再用千兆網(wǎng)線(xiàn)連接， 現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械手夾爪、觸摸屏操作箱、機(jī)床交流的IO模塊都是用1根千兆網(wǎng)線(xiàn)引入到主柜內(nèi)，這樣就實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的鏈接，如圖3所示。

　　(4) 網(wǎng)絡(luò)診斷方便，通過(guò)交換機(jī)的Y型接法，可以通過(guò)物理硬件和軟件2個(gè)方面來(lái)診斷。硬件方面：都是采用R J45接頭，通過(guò)觀(guān)察交換機(jī)硬件指示燈來(lái)判斷網(wǎng)絡(luò)連接是否正常。軟件方面：通過(guò)GX-Works3軟件，網(wǎng)絡(luò)診斷能夠清晰地診斷出問(wèn)題故障。

　　B CC-Link IE Control控制層網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)使用說(shuō)明

　　CC-Link IE Control控制層網(wǎng)絡(luò)是把現(xiàn)場(chǎng)所有機(jī)械手R08 ENCPU通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)鏈接起來(lái)，1#管理站與2#、3 #、4#等常規(guī)站進(jìn)行首尾連接，采用環(huán)形鏈接。這樣各個(gè)機(jī)械手PLC之間就可以進(jìn)行相互交流。在曲軸加工生產(chǎn)線(xiàn)流程上，每個(gè)機(jī)床加工完后都會(huì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行掃碼，曲軸從一個(gè)機(jī)械手到另一個(gè)機(jī)械手流轉(zhuǎn)時(shí)， 產(chǎn)品信息都是跟著流轉(zhuǎn)的，同時(shí)也把2個(gè)機(jī)械手之間的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)CC- Link IE Control網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，減少2個(gè)機(jī)械手之間的運(yùn)行碰撞。最后加工完的曲軸所有的生產(chǎn)中關(guān)于此產(chǎn)品信息都會(huì)通過(guò)管理站PLC，借助RD81MES96模塊把產(chǎn)品信息傳遞到工廠(chǎng)上位MES服務(wù)器，供生產(chǎn)管理者對(duì)信息進(jìn)行處理和分析。

　　圖 5 CC-Link IE Control 網(wǎng)絡(luò)布局圖

　　桁架機(jī)械手的CC-Link IE設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)和控制層網(wǎng)絡(luò)以及MES模塊硬件布局如表1所示。

表 1 桁架機(jī)械手 PLC 硬件配置表格

　　圖 6 CC-Link IE Control 管理站 

圖 7 生產(chǎn)一角

　　采用CC-Link IE Control控制層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：

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

　　(2) CC-Link IE Control采用環(huán)形接線(xiàn)，充分體現(xiàn)此網(wǎng)絡(luò)的冗余功能， 假如中間環(huán)路一根網(wǎng)線(xiàn)斷了，此網(wǎng)絡(luò)仍可以通過(guò)另一側(cè)的網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行通信， 保證設(shè)備之間的正常運(yùn)行， 不會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)停機(jī)， 充分體現(xiàn)此網(wǎng)絡(luò)的冗余功能。

　　(3) CC-Link IE Control與CC-Link IE Field都是采用千兆網(wǎng)絡(luò)，物理上采用相同的支持千兆的網(wǎng)線(xiàn)即可， 同時(shí)都是采用R J45接頭，實(shí)現(xiàn)了物理層面的“一網(wǎng)到底”，客戶(hù)也不用再為網(wǎng)線(xiàn)和接頭費(fèi)精力，都是標(biāo)準(zhǔn)的。

　　(4 )PLC監(jiān)控維護(hù)更加的靈活方便，不像以前那樣，出現(xiàn)故障只能到設(shè)備故障處的PLC進(jìn)行監(jiān)控，現(xiàn)在只要連接就近或者方便的任何一臺(tái)PLC，就可以對(duì)遠(yuǎn)程的其他PLC進(jìn)行監(jiān)控，這樣對(duì)調(diào)試人員和后期的維護(hù)工作減輕了大量的工作量，非常方便靈活。

　　4 CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)總結(jié)

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

　?、?CC-Link IE Control網(wǎng)絡(luò)：是實(shí)現(xiàn)控制器之間通信的千兆雙環(huán)網(wǎng)?？刂破髦g可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)128k個(gè)字的數(shù)據(jù)通信。

　　其特點(diǎn)：高速、大容量、高穩(wěn)定型。

　?、?CC-Link IE Field網(wǎng)絡(luò)：能夠同時(shí)處理離散控制、I/O控制以及運(yùn)動(dòng)控制。用戶(hù)可以自由選擇總線(xiàn)、星形、總線(xiàn)-星形混合、環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　其特點(diǎn)：高效、低成本、組網(wǎng)靈活。

　　(2)使用SLMP，從上位信息系統(tǒng)到下位設(shè)備層， 均無(wú)需考慮網(wǎng)絡(luò)分層，可如同一種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)縫通信，無(wú)論在辦公室還是在現(xiàn)場(chǎng)，都能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)信息收集、設(shè)備監(jiān)視和維護(hù)。此外，使用以太網(wǎng)適配器模塊，即可方便地將支持SLMP的通用以太網(wǎng)設(shè)備鏈接到CC-Link IE Field 網(wǎng)絡(luò)中。因此，無(wú)需添加新的網(wǎng)絡(luò)即可有效利用視覺(jué)傳感器、RFID控制器等各種以太網(wǎng)設(shè)備。

　　5 總結(jié)

　　在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸200多米的U型生產(chǎn)線(xiàn)控制上：機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制要?dú)w功于CC-Link IE Field設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)，而在機(jī)械手之間的交流、產(chǎn)品信息傳遞追溯、MES系統(tǒng)采集上， CC- Link IE Control控制層網(wǎng)絡(luò)起著決定的作用。總言之，桁架機(jī)械手通過(guò)在CC- Link IE網(wǎng)絡(luò)與曲軸生產(chǎn)線(xiàn)的機(jī)床進(jìn)行交流，機(jī)械手把曲軸從一個(gè)機(jī)床移動(dòng)到另一個(gè)機(jī)床，以取代手工和部分腦力勞動(dòng)，全面提升生產(chǎn)效率，降低成本，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。

　　在工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)智能的道路上，CC-Link IE網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用到生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化，實(shí)現(xiàn)了IOT的跨越，實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)的智能制造。