子午巨型輪胎成型一段纏繞控制系統(tǒng)的設(shè)計

廖曉梅

(桂林電子科技大學(xué) 信息科技學(xué)院，廣西 桂林 541004)

子午巨胎集輪胎生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備配備等尖端技術(shù)于一體，技術(shù)含量高，生產(chǎn)難度大，附加值也高，其生產(chǎn)技術(shù)一直被極少數(shù)國外企業(yè)壟斷，而輪胎的成型又是輪胎生產(chǎn)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，部件全鋼巨胎在成型機上貼合時，因為部件尺寸規(guī)格大，超重，且形狀不規(guī)范，如果按常規(guī)的貼合法成型難度很大，并且不能滿足工藝的需要。針對這種狀況，本文開發(fā)了利用纏繞的方法實現(xiàn)部分部件的成型。成型的纏繞分為兩段：一段纏繞和二段纏繞。二段纏繞是針對胎面的纏繞，形狀規(guī)整，在斜交巨胎成型上用得很普遍，技術(shù)也相對成熟。而一段需要纏繞的部件多達三種，如圖1所示有胎肩墊膠、胎側(cè)填充膠和胎側(cè)膠，且形狀落差很大，精度要求高，講究形狀和重量的對稱性，實現(xiàn)起來相對比較復(fù)雜，目前在國內(nèi)應(yīng)該很少。結(jié)合子午線巨型輪胎成型一段纏繞的實際情況，本設(shè)計以研華工控機為控制上位機，通過QJ71C24串口通信模塊與三菱 Q02H(下位機)、伺服、變頻器等組成了一個控制系統(tǒng)，達到控制穩(wěn)定可靠、操作簡單、自動化程度高，實現(xiàn)對型膠部件纏繞尺寸的跟蹤、數(shù)據(jù)的采集、圖形的形成及保存。

圖1 纏繞部件結(jié)構(gòu)圖

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

子午線巨型輪胎一段纏繞生產(chǎn)線分供膠擠出、壓型、冷卻傳送、纏繞等4個工序。供膠擠出是把混煉成片的膠料經(jīng)過冷喂料擠出機擠出；壓型是把擠出的膠條壓成纏繞膠片所需要的膠條形狀；再由冷卻階段定型冷卻，往纏繞站輸送；最后纏繞站按工藝技術(shù)的需要求將膠片傳送、貼合在成型機的成型鼓上，完成所需部件的纏繞形狀。

2 控制系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)由三菱Q系列PLC(Q02HCPU)、三菱伺服電機、工控機、變頻器、位移傳感器等組成。伺服系統(tǒng)圖如圖2所示。

該系統(tǒng)采用3套三菱系列伺服電機，分別控制纏繞站的橫向移動(X軸)、縱向移動(Y軸)、旋轉(zhuǎn)移動(Z軸)。因為需要實時跟蹤纏繞部件的形狀，再根據(jù)形狀的改變需要實時調(diào)整纏繞的速度，所以伺服的控制采用速度模式。

3 控制過程的實現(xiàn)

3.1 生產(chǎn)線速度匹配

整個生產(chǎn)線傳動部件多，每個部件都單獨控制而又能聯(lián)動，因為不同部件的速度匹配問題直接影響膠條的拉伸程度，如果在傳送過程中出現(xiàn)拉伸現(xiàn)象，將影響纏繞的準確性及纏繞部件的形狀。針對這種情況，本文采取速度跟蹤，由位移傳感器檢測纏繞的實時厚度，由模擬量輸入模塊Q68ADV將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由上一級速度的設(shè)定值進行比較，比較后的數(shù)據(jù)由模擬量輸出模塊Q68DAV控制變頻器的頻率，進而控制該部件的傳動速度，從而達到匹配前一級速度的效果，一層一層跟蹤，確保速度的絕對匹配，防止膠條的變形。如果需要調(diào)整整個生產(chǎn)線的傳送速度，只需要在聯(lián)動的情況下調(diào)整擠出機的轉(zhuǎn)速，整個生產(chǎn)線將自動匹配速度。

3.2 伺服控制

由于需要實時變更速度，本文采用速度控制模式，X軸伺服放大器在該控制系統(tǒng)中的接線圖如圖3所示。CN1A端子排6(LA)、16(LAR)、7(LB)、17(LBR)端子為伺服電機速度脈沖輸出，信號進入高速計數(shù)模塊，檢測伺服電機的實時轉(zhuǎn)度；10(SG)、19(RD)端子為伺服電機準備完畢信號，該信號有輸出，說明伺服放大器就位，準備工作。CN1B的端子10(SG)、14(RES)、8(ST1)、9(ST2)、15(EMG)分別代表 X 軸伺服電機的左移、右移、復(fù)位、急停信號。CN2為伺服電機編碼器專用電纜，不同模式的接線方式有所不同，圖3所示為速度模式下的接線方式。

伺服電機的速度由模擬量輸出模塊給定(-10 V～+10 V)，位移傳感器將實時檢測的纏繞部件的尺寸傳送給PLC，再由工控軟件進行比較判斷，計算出合理的伺服速度，以保證纏繞形狀的完成。下面以圖4所示的X軸伺服為例，介紹三菱伺服在速度模式下的編程：PLC底板第二槽高速計數(shù)模塊(QD62)第一通道采集X軸伺服脈沖數(shù)傳送給PLC數(shù)據(jù)寄存器D770，再通過DMOV指令將實時數(shù)據(jù)傳送給寄存器D1010。由于上位機需要根據(jù)實時速度進行比較判斷，所以數(shù)據(jù)寄存器D1010數(shù)據(jù)通過通信電纜上傳給上位機，由上位機根據(jù)位移傳感器所采集的實時數(shù)據(jù)根據(jù)纏繞圖形的需要，給出當前X軸伺服電機的最佳速度。上位機將計算得到的X軸伺服電機的實時速度給定值通過數(shù)據(jù)寄存器D1028傳送給PLC，再由MOV指令將給定值存放在數(shù)據(jù)寄存器D725。[TO H5 K1 D720 K8]指令是將PLC數(shù)據(jù)區(qū)D720～D727共8個數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)值傳送給PLC第 5槽模擬量輸出模塊(Q68DAV)緩沖存儲器K1～K8，X軸伺服電機D725數(shù)據(jù)對應(yīng)模擬量輸出模塊第6通道緩沖存儲器K6，這樣X軸伺服電機就能按相應(yīng)的速度設(shè)定值運轉(zhuǎn)了。X軸伺服電機的正反轉(zhuǎn)由PLC的數(shù)字量模塊根據(jù)實際需要給定信號就可以相應(yīng)地正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運行，Y0B2和Y0B1分別代表X軸伺服電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號。

4 監(jiān)控軟件的功能

PLC所發(fā)的指令都是根據(jù)上位機命令執(zhí)行的，所以子午線巨型輪胎一段纏繞的質(zhì)量很大程度上依賴于上位機監(jiān)控軟件的功能是否完善，計算是否合理。本文采用VB根據(jù)子午線巨型輪胎一段纏繞的工藝要求編制了一套能保證纏繞質(zhì)量要求的監(jiān)控軟件。子午線巨型輪胎一段纏繞監(jiān)控軟件主要包括纏繞仿真實時曲線畫面、工藝參數(shù)管理畫面、生產(chǎn)統(tǒng)計畫面、系統(tǒng)畫面等。

(1)纏繞仿真實時曲線畫面：該畫面可以直觀地反映纏繞部件的形狀，根據(jù)位移傳感器傳送的數(shù)據(jù)，描繪出真實的曲線，還可以現(xiàn)實纏繞的重量，及各個軸的位置狀態(tài)。操作人員可以根據(jù)形狀的變化做出不同的操作調(diào)整，比如重量，如果發(fā)現(xiàn)輕了，可以適當給予補償。除了形狀，重量也是一個重要參數(shù)，輕了可能會引起輪胎露線、缺膠等質(zhì)量問題，重了會引起鋼絲彎曲，還可能產(chǎn)生沒必要的膠料浪費。該畫面還可以對曲線進行保存和打印。

(2)工藝參數(shù)管理畫面：它是針對部件形狀的一個預(yù)輸入畫面，找出部件的形狀節(jié)點，輸入坐標，在纏繞過程中就可以按設(shè)定的軌跡進行纏繞，所以部件預(yù)輸入的合理性直接就影響纏繞的實際形狀。還可以對其他的輔助參數(shù)進行輸入(如補償系數(shù)、纏繞層數(shù)等)，不同配方或者不同纏繞部件，參數(shù)會不盡相同。參數(shù)還可以根據(jù)實際纏繞的情況進行調(diào)整，最終達到理想的纏繞效果。工藝參數(shù)管理畫面還有對配方進行保存、修改、調(diào)用等功能。

(3)生產(chǎn)統(tǒng)計畫面：該畫面具有班組產(chǎn)量統(tǒng)計功能，可以對不同班組的產(chǎn)量、規(guī)格進行統(tǒng)計歸類。

(4)系統(tǒng)畫面：該畫面可以調(diào)用其他各畫面，還可以設(shè)置權(quán)限保護，密碼保護分三層：技術(shù)管理層、車間層和操作層。技術(shù)管理層為最高級權(quán)限，可以對所有參數(shù)進行修改、調(diào)用參數(shù)和操作；車間層權(quán)限可以調(diào)用不同配方及正常的操作，但是不能設(shè)置參數(shù)；操作層權(quán)限僅限于操作，但是可以查看當前配方的參數(shù)，不能修改和調(diào)用不同配方。

通過整個系統(tǒng)的配合，充分利用直流調(diào)速器、變頻器、伺服、PLC等的功能，配以專用的監(jiān)控軟件，在實際生產(chǎn)過程中纏繞控制結(jié)果較為理想。整個控制系統(tǒng)自動化程度高，操作人性化好，操作簡單，對子午線巨型輪胎一段纏繞的控制系統(tǒng)有良好的借鑒作用。

[1]MITSUBISHI.MELSEC-Q指南，2005.

[2]MITSUBISHI.Servo manual(MR-J2S-A)，2005.

[3]MITSUBISHI.Q系列數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用戶手冊，2005.

[4]MITSUBISHI.Q系列模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用戶手冊，2005.

[5]Windows2000編程利器——編程高手工作室.Visual Basic編程高手[M].北京：北京希望電子出版社，2000.