伺服控制系统轮胎成型机上的应用

序言： 近些年，汽车工业和高速公路的大力发展，带动了橡胶业的高速发展和技术的不断更新，特别近一两年，子午线轮胎项目更是不断增加。全球轮胎业前十名都以不同的形式在中国市场合作建厂，并将最先进的工艺和设备带到国内。包括国内企业在内，扩大产能、提高技术成为各轮胎企业发展的重中之重。而在这股大潮中，半钢一次法成型机更是其中的宠儿。 伴随着国内近几年橡胶机械的繁荣景象，北京首创轮胎股份有限公司于2005年第三季度开始了新厂迁址工程，作为北京市重点项目的新厂迁址工程的核心组成部分之一的400万套半钢一次法成型机，更是高新科技和橡胶业良好结合的产物。北京沃化创新科技有限公司作为该项目的系统集成商，经过仔细评审，最终决定该成型机电气控制系统主要定位为使用施耐德公司的产品，定位该系统主要出于以下考虑，施耐德自己的产品线比较齐全，在系统构建时避免更多家供应商的介入，便于组态和维护，硬件产品上也有较大的兼容性。同时和同级别同性能的其他国际知名自控配套厂商相比，施耐德具有操作简便物美价廉的优点。 工艺特点及系统搭建： 三鼓半钢一次法轮胎成型机由主机、胎体供料架、带束层供料架、胎面供料架、冠带条供料架、气动系统和电控系统组成。通过电控系统的控制，成型机按时序先后，将PA预复合件，帘布线在胎体成型鼓上贴合反包后，通过主机传递环将成型后的胎体部件运输到定型鼓上等待，当带束层和冠带条以及胎面贴合完成后，一起在定型鼓上充气压合为胎坯。并且整个胎坯的成型工艺要求在1分半钟完成。针对该工艺要求，各供料架需能够自动定长备料，当主鼓物料贴合时各供料单元能够做到同步供料，冠带条按照工艺的要求应能完成不同的缠绕方法，当生产不同规格的轮胎时触摸屏应能提供简易操作的配方切换功能。由于要求高度的自动化程度，一次法成型机对于整个过程的精度和速度都要求极高，因此我们采用了施耐德的整体解决方案。即PLC选择施耐德PREMIUM系列的CPU--TSX574823。该款CPU集成了以态网接口和CANOPEN总线接口，人机界面和调速控制单元可以分别通过以太网和CAN总线同主站CPU相连接。各从站的远程IO通过施耐德内部总线BUS-X相连接，而该套设备的核心部分（伺服控制部分）我们采用了施奈德的轴控制模块TSXCSY16A配合SERCOS光纤环网技术对LEXIUM17系列伺服驱动器控制，从而完成该成型机不同部分的不同工艺要求。具体的网络搭建结构如图1所示。 核心应用简介： 由于半钢一次法成型机属于典型的运动控制，所以伺服控制系统在整个自动化控制中起到至关重要的作用。在轮胎成型过程中，运动控制有以下几个关键技术需要实现： 1．手动模式：即在恒扭矩下完成对操作工手动模式下的操作相应。（各种手动模式下的操作） 2．定长控制，即根据不同规格需要输送定长的材料带。（如各供料单元的自动备料） 3．组合轴控制，即当设备的一部分运动时要求其它部分同步同速或按一定速比匹配同时运动。（如物料在鼓上的贴合） 4．插补控制，即当设备的不同部分各自完成不同动作又要求时间上匹配。（如冠带条的缠绕） 下面作者将结合自己的实际应用体会简要的说一下该项目中伺服部分的控制方案： 表1列举了该项目中伺服系统的具体选型配置，而各个轴的具体控制方案如表2： 该套系统共用到了十台LEXIUM17系列的伺服控制器，即有十个控制实轴，所以我们选用了一个16轴的基于施奈德PLC的伺服控制模板TSXSCY164通过SERCOS光纤网络技术对这十台伺服驱动器及下级电机进行控制。如图2所示： 1.该套系统中的手动控制部分我们采用通过对伺服控制器控制模式的选择，即将控制模式选择为MANUAL（手动）模式来实现的，在此种模式下，我们可配合PLC的数字信号输入模块的信号采集，来完成对操作工操作的响应。操作涉及到的FUNCTION CODE(控制字)为2572（模式选择）。在该模式下我们可以完成各个鼓的手动恒扭矩旋转、起停控制和供料架的手动控制供料。 2.各个供料架的自动备料过程中自动定长部分，我们采用了INCR_MOVE（相对位置）方案，即在当前位置的基础上再走一个固定长度，该方案解决了在连续生产过程中寻原点的问题，可以完成在无需寻原点的情况下就可完成对物料的重复精准定长，该操作涉及的FUNCTION CODE(控制字)是513(运动的模式选择)。在该模式下伺服电机将以一定的速度旋转到一个特定的位置。通过伺服系统的这种功能我们就能完成重复的，按照一定速度对物料的自动定长裁断及输送到供料架的待料前段，等待下一次的贴合这一过程。 3.同步贴合过程，我们采用了FollowingFunction（跟踪轴）方案，即我们建一个新的组合轴，该组合轴由两个或两个以上的轴组成，包括一个主轴和若干个从轴，当主轴旋转时，从轴按照一定的速比跟着旋转。该操作涉及的主要FUNCTION CODE(控制字)是513(运动的模式选择)和2114（主从轴之间速比的修改）。我们在成型机中应用该方案解决了由于物料在鼓上自动贴合时，供料架供料速度和启动时间与鼓旋转的不匹配而造成的物料拉伸及堆积问题。 4.由于零度带在贴合过程中要求较大的贴合接头，从而导致轮胎的动平衡性较差，所以现在的轮胎工艺大多采用了冠带条来替换零度带，在我们的半钢一次法成型机项目中，用户要求我们提供在不同的配方下的冠带条的不同缠绕方法，我们采用了Co-ordinated Axes（插补）方案。即新建一个插补组合轴，在应用中我们让冠带条的伺服作为主轴，贴合鼓作为从轴。该操作涉及的主要FUNCTION CODE(控制字)是513(运动的模式选择)。引用该方案我们成功地解决了用户要求的不同冠带条缠绕方法以及冠带条缠绕过程中，冠带条和鼓之间的动作相对独立而时间又要求匹配这一难点。 应用总结： 通过使用施奈德这一整套MOTION解决方案，我们成功解决了半钢一次法成型机要求的自动化程度高，响应速度快，精度高，操作简单这一系列难题。并使得该成型机达到国际先进水平。解决了进口设备本土化效率较低的问题，使该种成型机成为符合中国橡塑行业国情的新款成型机。并得到最终用户的好评。 主要参考文献： 1.Modicon:《Lexium 17S Series SERCOS Servo Drive User Guide》890 USE 121 00 Eng 2.Modicon:《Lexium 17S Series SERCOS Servo Drive User Guide》890 USE 121 00 Eng 3. 《PL7 Junior/Pro Premium PLC Applications Movement Control with TSX CSY 84 SERCOS® Module Application Setup Manual》TLX DS 57 PL7 xx eng