全鋼絲載重一次法兩鼓成型機系統(tǒng)升級改造

虎玉榮，劉遠正

(雙錢集團上海橡膠機械一廠有限公司，上海 200129)

近幾年隨著市場體系和格局的變化，智能制造及工業(yè)4.0概念進一步滲透到各個產(chǎn)業(yè)中，使得企業(yè)對生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量以及運營成本等每一個環(huán)節(jié)均采取數(shù)據(jù)分析使其標準化、模塊化。而全鋼絲載重一次法兩鼓成型機是生產(chǎn)輪胎胎坯的重要工序設(shè)備之一，其主要功能是將生產(chǎn)輪胎的各個部件進行貼合、滾壓等形成輪胎硫化前的輪廓。本文對兩鼓成型機結(jié)構(gòu)、目前所存在的問題、根據(jù)這些問題進行改造升級，以及改造后的效果等進行分析。

1 全鋼絲載重一次法兩鼓成型機組成

該設(shè)備按照設(shè)備結(jié)構(gòu)分，主要由8部分組成：

（1）成型鼓部分：負責生成輪胎的胎體。

（2）帶束鼓：帶束層及胎面的貼合、滾壓。

（3）帶束層供料部分：將導開后的帶束層通過輸送帶裝置傳輸至帶束貼合鼓。

（4）主機供料部分：將導開后的簾布、胎側(cè)、內(nèi)襯等部件通過輸送帶裝置傳輸至成型鼓。

（5）導開裝置：提供輪胎部件的供給。

（6）傳遞和夾持環(huán)：傳遞環(huán)是將輔機帶束鼓貼合完成后部件傳送到成型鼓，左、右夾持環(huán)將胎圈鋼絲圈夾取并傳送到成型鼓。

（7）滾壓裝置：滾壓裝置是成型中重要組成部分，滾壓的效果對輪胎的質(zhì)量影響很大。

（8）卸胎器和胎圈預置架：卸胎器主要是取生胎到生胎車；胎圈預置架：主要是將預置胎圈傳送到左、右夾持環(huán)上。

2 設(shè)備控制系統(tǒng)現(xiàn)狀說明

目前此兩鼓成型機主要采用力士樂系列的產(chǎn)品，相對其他系統(tǒng)的兩鼓成型機（現(xiàn)我公司使用的是AB系統(tǒng)），近幾年該系統(tǒng)主要存在以下問題。

（1）此系統(tǒng)的運動控制器故障率頻繁，經(jīng)常會報錯程序溢出、硬件無法通訊和參數(shù)無法寫入等故障。在相同的程序及參數(shù)下載新的運動控制器后沒有此現(xiàn)象，而當壞的運動控制器送到外面維修后，使用一段時間后再次出現(xiàn)故障。

（2）此系統(tǒng)的伺服控制器軸參數(shù)經(jīng)常丟失，恢復一臺設(shè)備軸參數(shù)需用時70 min。在系統(tǒng)運行的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)伺服控制器軟件和硬件不一致等故障，造成需重新刷新系統(tǒng)參數(shù)，刷新系統(tǒng)時間需1 h左右，造成停機率非常高。伺服驅(qū)動器壞了備件周期較長，且維修回來的用不了多久，再次出現(xiàn)故障。

（3）此系統(tǒng)的遠程控制采用PROFIBUS DP總線，對于安裝有較高的要求，而目前在使用中經(jīng)常出現(xiàn)通訊中斷等異常問題。

（4）此系統(tǒng)的人機界面采用力士樂的觸摸屏，此屏維修和采購成本均比較高，維修一臺的成本，基本可以采購一臺市面上的工控機，且維修后的運行仍然不穩(wěn)定。

（5）目前該成型機的卸胎器機構(gòu)是四工位，降低了胎坯卸胎存儲使用的效率。

（6）目前該成型機無法滿足新工藝規(guī)格0°加強胎坯的生產(chǎn)需求，且該機的停機率比較高，維修效率比較低，不能完成公司計劃65條/班的產(chǎn)量任務。

3 改造的方案分析

根據(jù)現(xiàn)場工藝制造實際需求和企業(yè)成本的核算以及后續(xù)備品備件管理等各種性價比的考慮，報集團公司審批，具體方案的分析如下：

（1）目前現(xiàn)場部分機組，以Allen_Bradley公司旗下ControlLogix產(chǎn)品系列為主控制系統(tǒng)，其關(guān)鍵控制器CPU主要是1756-L71 的CPU;遠程IO模塊以Ethernet /IP 1734 POINT IO系列替換現(xiàn)場現(xiàn)有的DP總線IO模塊，也與目前現(xiàn)有的備件一致。

（2）變頻驅(qū)動器仍然以目前現(xiàn)場ABB產(chǎn)品為主，不必要更換。

（3）HMI操作終端使用研華觸摸式工控機替換。

（4）伺服電機減速機不必更換，由于力士樂和Allen_Bradley 伺服電機與減速機連接方式有些差異，需要重新制作一些相應的聯(lián)軸器或同步輪替換。從伺服系統(tǒng)更換對照表1，可以看出可用Kinetix 6000系列伺服驅(qū)動器和MPL系列伺服電機替換力士樂伺服驅(qū)動器和電機。

（5）現(xiàn)場使用的安全PLC由于故障率高以及維修效率低，更換為與其他新機組性能和功能一樣的四級安全繼電器，以提高維修率和降低備品備件的種類。

（6）卸胎器的卸胎裝置由四工位改為六工位，以提高卸胎、存儲的效率。

（7）后壓輥滾壓軌跡按新工藝要求，應用凸輪軌跡設(shè)計和滾輪單側(cè)寬度減少5 mm等。

表1 伺服系統(tǒng)更換對照（含減速機）

4 具體改造中硬件與軟件的實施過程

4.1 機組電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計

選擇簡單、性價比高的Kinetix系統(tǒng)即集成運動控制系統(tǒng)的總稱，它主要包括控制器、SERCOS模塊、以太網(wǎng)模塊、伺服驅(qū)動器和電機等。而本文主要選用1756-A4為基板以及1756-L71為主的CPU來控制整個系統(tǒng)，其通訊采取兩種簡單且穩(wěn)定性比較高的方式進行通訊。具體見圖1硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分布。

（1）SERCOS網(wǎng)絡(luò)通訊方式

SERCOS即串行實時通信系統(tǒng)是一種開放的控制器與數(shù)字控制器之間的接口，由于本機組的系統(tǒng)12軸組成，選用1756-M16SE的模塊，由此控制器可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送SERCOS報文，向驅(qū)動器發(fā)送命令，并且從驅(qū)動器接受伺服軸的狀態(tài)信息。

（2）Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)通訊方式

Ethernet/IP即標準以太網(wǎng)+TCP/UDP/IP+CIP協(xié)議組成，在同等條件下Ethernet/IP系統(tǒng)通訊的吞吐量是一般工業(yè)以太網(wǎng)的3倍以上。本機組采用1756-ENBT模塊作為1756-L71控制器通過Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備通訊的接口模塊。遠程I/O模塊的通訊與控制采用1734-AENT模塊作為Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)中POINT I/O模塊的適配器，而采用帶以太網(wǎng)接口的觸摸平板PC既可以實現(xiàn)HMI的功能又可以為后續(xù)MES系統(tǒng)的建立提供基礎(chǔ)。

（3）I/O模塊的適配器

為保留現(xiàn)場原有的分布結(jié)構(gòu)和電氣元器件不要更換，采用1734-AENT模塊作為適配器控制遠程的I/O點、變頻器速度、安全檢測等元件，使其線路簡單、通訊穩(wěn)定、性能不變等。原有的遠程安全CPU模塊，替換為功能和性能一樣的安全繼電器，使其分布在每一個遠程適配器上，這樣在進行故障查找和故障處理時較為便捷，提高維修效率，降低生產(chǎn)停機時間。

圖1 硬件系統(tǒng)分布

4.2 機組機械硬件功能的優(yōu)化

隨著市場需求的變化，造成生產(chǎn)的工藝要進一步的優(yōu)化，從而導致老機型在效率和質(zhì)量上達不到目前的現(xiàn)場需求。本機組進行過很多優(yōu)化，而本文簡單描述其中一小部分。

（1）卸胎器

卸胎器是一臺成型機組的重要部分，也是影響生產(chǎn)節(jié)拍的關(guān)鍵點。本機組是龍門架式四工位卸胎方式，即一輛可存儲4個胎坯的小車。為提高效率，將原龍門架四工位的前后各加一個工位，使其變成六工位的輸送和存取方式，可以提高1/3的卸胎效率。

（2）后壓輥

一臺成型機組滾壓質(zhì)量的好壞直接影響胎坯的動平衡、不圓度等。本機組的后壓輥的原滾壓輪單側(cè)寬度為10 mm，在滾壓部分規(guī)格胎坯時，由于胎坯胎肩部位比較硬，胎坯胎側(cè)的氣泡無法排除，導致胎坯次品率上升。把壓輪的一側(cè)寬度減少5 mm左右，使?jié)L壓輪接觸胎面或胎側(cè)的比較密集，提高滾壓的效果，降低次品率。

4.3 機組電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計

（1）硬件的組態(tài)

應用Allen_Bradley的LOGIX平臺中的RSLOgis 5 000編程軟件對其遠程I/O和伺服驅(qū)動進行組態(tài)，圖2為硬件組態(tài)分布圖。

圖2 硬件組態(tài)分布

（2）軟件設(shè)計

RsLogix 5000編程軟件功能更加強大，更加方便實用。RsLogix 5000編程軟件除了為順序控制提供梯形圖編程外，還可以為運動控制提供完整的編程及調(diào)試支持。使用RSLogix 5000 軟件可以完全實現(xiàn)對模塊的設(shè)置和監(jiān)視，通過I/O 實現(xiàn)ControlLogix 背板連接所有模塊相關(guān)數(shù)據(jù)都包含在一個處理器數(shù)據(jù)對象中，這便于配置、監(jiān)視和連接模塊參數(shù)，它是一款高度集成的編程軟件。只需要安裝一個RSLogix 5000編程軟件包即可完成可編程序控制器、伺服控制器和伺服驅(qū)動器的編程和設(shè)置。編程方式如圖3。

圖3 編程方式

（3）FactoryTalk View SE是Allen_Bradley的一個集成軟件包，用于開發(fā)和運行整個網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的人機界面HMI應用程序，本機組選用觸摸式的平板PC機+FTView_SE_7.00以及C++語言為嵌入式的編輯平臺。使成型機操作擁有強大的用戶圖形顯示功能（Custom Display），通過圖形方式更直觀地表達成型機的運行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置以及系統(tǒng)故障診斷功能。如當有故障時能夠自動顯示故障信息和提示故障解決的方法，幫助操作與維護人員快速排查、處理問題。同時也增加顯示當前輪胎規(guī)格、胎面編號和生產(chǎn)編號，通過HMI就可以編輯、保存及調(diào)用配方等，更便于上位機信息化管理軟件集成應用。

5 設(shè)備系統(tǒng)升級后的效果

（1）控制系統(tǒng)在改造升級的過程中，使維護人員系統(tǒng)性的進行學習和實戰(zhàn)，為后續(xù)排查和處理問題奠定了更牢固的基礎(chǔ)。

（2）控制系統(tǒng)改造后簡單的人機界面，使操作、維修、工藝技術(shù)人員對該機組的設(shè)備運行的故障分析、產(chǎn)品規(guī)格的更換等更加方便。

（3）采用新的控制系統(tǒng)改造后，故障率低，維修效率高。

（4）設(shè)備改造后不僅穩(wěn)定各種規(guī)格胎坯生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時降低一些新規(guī)格胎坯的調(diào)試時間。

6 結(jié)束語

設(shè)備的升級改造不僅要保障生產(chǎn)的效率，而且更源于市場對產(chǎn)品的性能需求。本機組改造前期在程序和硬件控制系統(tǒng)做了充分的準備，但技術(shù)上依然有很多不足之處，不過為后續(xù)機臺改造和維修建立了一定的基礎(chǔ)。從施工到試生產(chǎn)7.00R16 14PR的規(guī)格共投入15天，本機組改造后運行5個月的時間，已連續(xù)生產(chǎn)7.00R16 14PRRLB、12.00R20F620F961、12.00R20F660S660、12R22.5RR202+等8種 規(guī) 格的胎坯。該機組運行穩(wěn)定，完成公司規(guī)定的生產(chǎn)計劃。其中12.00R20F660S660系列為公司新研發(fā)的加強胎坯，已達到市場質(zhì)量需求，投入生產(chǎn)中。以12R22.5RR202+的規(guī)格檢測論證，改造后產(chǎn)量為66條，比原來計劃多一條，動平衡合格率96.55%，不圓度合格率97.95%。通過這些數(shù)據(jù)可以看出達到改造效果。