半鋼子午胎兩次法成型機的系統(tǒng)升級和優(yōu)化

虎玉榮

(雙錢集團上海橡膠機械一廠有限公司，上海 200129)

近幾年國內(nèi)很多輪胎企業(yè)不僅要提升輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀、舒適度等同時還要提高生產(chǎn)效率、降低能耗以及減少環(huán)境污染等。為此某集團要求對生產(chǎn)輪胎的半鋼兩次法成型機設(shè)備進行優(yōu)化，本文通過了解半鋼兩次法成型機結(jié)構(gòu)，針對目前設(shè)備所存在問題進行分析，通過系統(tǒng)升級和一些功能的優(yōu)化措施來解決問題，同時也描述了改造后的實際效果。

1 半鋼子午胎兩次法成型機組成

兩次法成型機主要由一、二段兩部分設(shè)備組成，其主要設(shè)備結(jié)構(gòu)分布如下。

1.1 一段機組的主要結(jié)構(gòu)

（1）貼合鼓：主要負責將內(nèi)襯層、簾布、胎側(cè)等復合成輪胎的胎體筒。

（2）扣圈推盤裝置：主要分為左右兩部分，其功能是將鋼絲圈的進行扣圈和反包。

（3）尾座：主要負責扣圈推盤裝置的左側(cè)部分。

（4）下壓輥裝置：主要由海綿輥用于貼合胎體時排氣和分壓輥用于是滾壓胎側(cè)組成。

（5）后壓輥裝置：主要對胎側(cè)子口位置進行旋轉(zhuǎn)壓合。

（6）供料裝置：主要將簾布、胎側(cè)、內(nèi)襯部分等通過導料小車、輸送帶傳輸至貼合鼓。

1.2 二段機組的主要結(jié)構(gòu)

（1）帶束鼓：帶束層及胎面的貼合滾壓。

（2）傳遞環(huán)：將輔機帶束層及胎面貼合完成后部件傳送到成型鼓。

（3） 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。

（4）PU成型鼓：將一段的胎筒和二段帶束筒部件放在PU成型鼓上進行滾壓后成胎坯。

（5）冠帶裝置：由導開裝置、儲料裝置、纏繞頭組成，主要把冠帶條纏繞到帶束鼓上。

（6）帶束層供料部分：主要將導開后的帶束層通過輸送帶裝置傳輸至帶束貼合鼓。

（7）胎面供料部分：主要將大卷的胎面進行導開、定長、裁切后輸送貼合到帶束鼓上。

2 設(shè)備控制系統(tǒng)現(xiàn)狀說明

我公司在用半鋼兩次法成型機的控制系統(tǒng)由三菱早期的A172SHCPU的PLC、A970GOT系列的HMI、MR-J2S系列伺服驅(qū)動、HC-SFS系列的伺服電機等組成。近期由于此控制系統(tǒng)的電器元件老化嚴重等造成質(zhì)量和產(chǎn)量波動幅度較大，維修頻率高且備件采購周期長，具體如下：

（1） A172SHCPU的PLC經(jīng)常丟數(shù)據(jù)，故障信息不明確，無法修復且目前市場備件較少。

（2） A970GOT系列的HMI經(jīng)常操作不靈敏，有時會呈現(xiàn)黑屏，維修后的使用效果不好。

（3）伺服驅(qū)動系統(tǒng)MR_J2S_□B驅(qū)動頻繁故障，且返修驅(qū)動器用一段時間再次故障且運行不穩(wěn)定。

（4） A1S系列的繼電器輸出模塊內(nèi)部的繼電器已壞，目前市場備件較少。

（5）后壓輥、下壓輥計數(shù)采用的是通過接近開關(guān)產(chǎn)生脈沖，經(jīng)常定位不準，滾壓時由于數(shù)據(jù)的差異而造成胎坯質(zhì)量不穩(wěn)定。

（6）冠帶條纏繞過程中，規(guī)格大小和冠帶的寬窄不一樣，往往造成儲料裝置供料不及時，造成纏繞過程中有拉升現(xiàn)象以及在帶束鼓上的帶束層變形。

（7）該機組整個安全系統(tǒng)仍存在不完善,主要體現(xiàn)在供料架導開、扣圈推盤、傳遞環(huán)移動等在自動狀態(tài)下安全措施不到位等現(xiàn)象，往往由于操作失誤因素導致引發(fā)的安全事故。

（8）帶束鼓貼合的寬度定位，采用多燈固定式測量寬度，每班更換規(guī)格比較頻繁情況下，需要對貼合的寬度進行重復調(diào)整，降低了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3 改造方案分析

通過對現(xiàn)場設(shè)備目前存在的現(xiàn)狀和問題點進行分析。具體改造的方案分析如下：

（1）目前現(xiàn)場90%機組的系統(tǒng)均采用三菱公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，從成本和性價比考慮，選擇兼容性更穩(wěn)定、更高效的Q系列CPU進行系統(tǒng)升級。子午胎半鋼一段電氣元件更換見表1、二段電氣元件更換見表2。

表1 子午胎半鋼一段電氣元件更換

表2 子午胎半鋼二段電氣元件更換

（2）變頻驅(qū)動器仍然使用目前現(xiàn)場三菱E540，不必要更換，增加CC-LINK模塊進行控制。

（3）人機交互界面HMI選用帶有內(nèi)置以太網(wǎng)的GOT2000系列觸摸屏代替A970GOT系列的。

（4）一、二段機組的伺服電機選型，仍然采用原有機組上的伺服電機。

（5） 一、二段機組的伺服驅(qū)動器，由原MELS ERVO-J2系列的驅(qū)動器升級為MR-J4-B系列的。

（6）一段的下壓輥、后壓輥由原來的接近開關(guān)產(chǎn)生脈沖計數(shù)，改為模擬量直線傳感器來計數(shù)控制。

（7）二段機組的冠帶纏繞的儲料裝置由原來5段儲料，增加為10段儲料，并增加張力檢測控制器。

（8）一段、二段機組的供料架導開裝置增加安全光柵，同時在推盤移動、傳遞環(huán)移動等部位增加安全觸邊開關(guān)和漫反射距離檢測開關(guān)，對整個機組的每段安全系統(tǒng)增加安全繼電器功能。

（9）二段的固定燈標，改為由伺服驅(qū)動控制的移動燈標，增加配方調(diào)用功能。

4 改造中硬件的優(yōu)化和軟件的設(shè)計

4.1 機組電氣系統(tǒng)功能的優(yōu)化

高性能QCPU可支持多達4個CPU的之間的相互運算和處理功能，即一個系統(tǒng)中可集成順控、過程控制、運動控制等多CPU控制功能。而本文一、二段均選用Q04UDEHCPU為主CPU和Q172DSCPU為運動CPU來控制。半鋼一、二段設(shè)備的硬件系統(tǒng)分布圖具體如圖1。

圖1 半鋼一、二段設(shè)備硬件系統(tǒng)

（1）SSCNETSⅢ/H 通訊方式：Servo System Control NETwork的縮寫，即伺服系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)。用來連接三菱運動控制器CPU與伺服放大器的高速串行通訊網(wǎng)絡(luò)。通過采用高速光纖系統(tǒng)SSCNET III/H通訊，使運動Q172DSCPU和高性能的伺服驅(qū)動器(J4B)之間更加密切的配合，從而實現(xiàn)了高速同步網(wǎng)絡(luò)通訊。采用SSCNETⅢ/H的光纜使其不僅保持了高抗干擾性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工150 Mbps的高速通信能力。

（2）CC-LINK 通訊方式 ：Control &Commun ication Link的縮寫，即控制與通信鏈路系統(tǒng)。CC-LINK是三菱開發(fā)的開放式現(xiàn)場總線通訊方式。網(wǎng)絡(luò)中的主站由 PLC 負責，而從站通過QJ61BT11模塊將遠程的I/O模塊、特殊功能模塊、變頻器以及各種測量儀表等現(xiàn)場設(shè)備進行鏈接控制 。CC-Link數(shù)據(jù)傳輸速度可以達到 10 Mb/s。

（3）伺服電機選型，仍然采用原有的伺服電機，可以用MR-J4-□B伺服控制HC-SFS□系列的伺服電機。但用J4系列驅(qū)動控制HC-SFS□系列的電機和新的HG系列電機在使用性能上沒有明顯的差異。為了給企業(yè)降低改造的成本，可以繼續(xù)提高HCSFS□系列伺服電機使用效率。

（4）機組安全功能的進一步完善優(yōu)化,應(yīng)用安全繼電器模塊將一段、二段機組的外圍急?；芈?、安全光柵回路、安全地毯回路、安全觸邊回路等安全裝置進行兩路線路設(shè)計連接和四級控制，達到安全預防措施無紕漏的功效。

4.2 機組機械硬件功能的優(yōu)化

（1）一段的下壓輥、后壓輥上各固定一套直線傳感器，該壓輥移動的過程中，滑動傳感器產(chǎn)生0～10 V直流電壓，通過模擬量輸入模塊將其轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)位移量。

（2）帶束鼓在進行冠帶條纏繞時，由于每條胎坯的纏繞量儲料不足，開始纏繞時，儲料電機也開始旋轉(zhuǎn)，有時會造成速度差等原因。通過加裝儲料電機移動位置傳感器以及改善反作用配重塊。使其在纏繞的過程中儲料電機不動，當纏繞完后儲料電機開始儲料，起到預先儲料的功能，同時在纏繞頭和儲料裝置之間，加裝一個實時張力檢測功能，以便檢測和統(tǒng)計每條胎張力。

（3）帶束鼓在貼合每個部件時，由于部件的寬度不一樣。加裝位置控制燈標，使其在每個部件貼合之前定位到該部件的寬度，且燈標的寬度可以根據(jù)不同的規(guī)格進行儲存，在每次切換規(guī)格時，只需調(diào)用配方號就可以切換規(guī)格數(shù)據(jù)。

4.3 機組電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計

QCPU是以中大規(guī)模系統(tǒng)為應(yīng)用對象的，在大幅提高CPU模塊處理性能和程序寄存器容量的同時也提供網(wǎng)絡(luò)模塊的通信功能，而最大的優(yōu)點是指令的運行速度僅需34 ns。在邏輯編程上可以使用梯形圖、語句表、ST（結(jié)構(gòu)化文本，類高級語言）、SFC、FB等5種編程語言進行編程，可以滿足不同用戶的需求。通過以下幾點了解本機組的編程思路和方式。

（1）PLC編程軟件采用為GX+Developer系列的軟件，其中用SFC編程語言編寫自動步程序，使邏輯條理更加直觀，監(jiān)控診斷和修改更加易懂。如圖2所示自動貼合內(nèi)襯層自動步，當MAIN中的M35接通后，調(diào)用MAIN-SFC中程序號BL10（AUTO MODE）,進入BL10后若判斷條件滿足BL11，調(diào)用BL11執(zhí)行內(nèi)襯層貼合，若不滿足則判斷其他程序等。

圖2 自動貼合內(nèi)襯層自動步程序

（2）運動CPU編程軟件采用MT Work2軟件，此軟件包含了運動控制系統(tǒng)邏輯的程序、K步程序編寫等，同時還包括伺服軸參數(shù)設(shè)定，伺服軸調(diào)試、仿真、維護等的功能。如圖3所示一個復雜的S型冠帶纏繞插補功能程序,可以用兩個簡單的命令調(diào)用,即調(diào)用主CPU中的DP.SVST和運動CPU中的CPSTART2命令相互配合,就可以完成此復雜的動作。

圖3 S型冠帶纏繞插補功能程序

5 設(shè)備系統(tǒng)升級后的效果

（1）此次改造給維修和技術(shù)人員提供鍛煉的機會，為后續(xù)改造、故障解決等奠定了基礎(chǔ)。

（2）控制系統(tǒng)改造后，產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效的控制，尤其是生產(chǎn)效率有了明顯的提高。

（3）該機組升級優(yōu)化后，原來更換規(guī)格需要2 h左右，現(xiàn)在更換規(guī)格只需1 h左右。

（4）該機組的冠帶儲料、燈標裝置等加裝改造后，減少了不良次品率，提高了生產(chǎn)效率。

（5）該機組的下壓輥和后壓輥裝置改造后，原來的電機分合頻率只能設(shè)定在30 Hz,改造后電機的頻率可以設(shè)定在45 Hz,且移動的位移量數(shù)據(jù)沒有丟失。

6 結(jié)束語

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，但依然有很多不足之處，尤其舊的伺服電機和新的伺服控制器的兼容性仍有一些不足。經(jīng)過陸續(xù)的完善和優(yōu)化，最終該機組運行穩(wěn)定。自改造以來連續(xù)運行8個月的時間，已連續(xù)生產(chǎn)165/80R15 87TKR17、195/55R15 85VKR20、195/65R15 91HKR23等10種規(guī)格的胎坯。以165/80R15 87TKR17的規(guī)格檢測依論證，改造后產(chǎn)量為302條，比原來計劃多2條左右，動平衡合格率為95.68%。從運行的數(shù)據(jù)中可以判斷達到公司預期的改造效果。