FBs在轮胎模电火花成型机中的应用

1 引言 随着汽车工业的飞速发展，人们对轮胎的各项性能要求越来越高，这极大地促进了轮胎模制造技术的发展。过去轮胎模具表面花纹简单，而现在轮胎模具表面有许多形状相同的或不相同的单元凸块按一定的规律排列的花纹，由于轮胎模具上的花纹精度和质量将直接影响轮胎的质量和性能，因此在电火花成型机上加工轮胎模具时，为制造这些排列有规律的花纹，就必须对模具进行精确分度。 2 工艺要求 该轮胎模电火花成型机可以生产轮胎模内径为500mm～1200mm，等分数为2～500朵花纹的各种轮胎模，工作台回转精度不小于0.017°。在对中模式(调整模具圆心与工作台圆心重合)时，工作台回转速度为 0～0.5rpm;在手动调整模式时，工作台回转速度为0～0.5rpm;在自动加工模式时，工作台回转速度为0～0.25rpm。所有工作参数均可以从人机操作界面中调整和设定。 3 自动分度系统、硬件配置及软硬件设计 3.1 自动分度系统 在保证达到测试要求的前提下，尽可能选择性价比高、运行可靠、开发周期短的方案。综合考虑后，采用触摸屏作为上位机、PLC作为下位机的设计方案。利用RS-232串口通讯完成数据传输。系统框图如图1所示: 触摸屏是专门面向PLC应用的，它不同于一些简单的仪表式或其它的一些简单控制PLC的设备，它功能强大，使用方便，抗干扰能力强，非常适合现代化工业越来越庞大的工作量及功能的需求，它日益成为现代化工业必不可少的设备之一。下位机可编程控制器具有扩展方便、控制简单、抗干扰能力强、价格低廉等优点;PLC作为下位机完成分度控制、加工控制和采集编码器反馈的数据等功能。 3.2 控制系统的硬件配置 根据性能要求，从经济角度出发，选择主要器件: (1) 触摸屏采用EASYVIEW的MT508S。该系列人机界面除了拥有一般人机界面的功能外，还提供了许多特有的功能: a) 可以同时开启6个弹出窗口。 b) 可以拥有和Windows2000/xp一样的任务栏和快选窗口。 c) 采用强大的32位RISC处理器(Intel的StrongARM), 使MT508拥有更快的处理速度。 (2) 旋转编码器采用日本NEMICON公司精度为5400P/R产品，它将工作台的位置信号反馈给PLC，再由PLC进行数据处理后，控制步进电机动作，从而达到精确控制工作台位置的目的。 (3) PLC采用永宏公司的FBs系列的FBs-20MC。采用该系列PLC主要有两个原因:a)采用硬件电路构成的硬件高速计数器(HHSC)，最高计数频率20kHz，而且是32位的高速计数器。B)PLC的计数器自带4倍频电路，对编码器信号进行4细分，提高系统精度。 采用一组硬件高速计数器对编码器的反馈脉冲进行计数。FBs-PLC的每组硬件高速计数器都有8种计数模式可供选择，我们选用了MD7，即输入信号为两路相位相差90°的脉冲信号，对两路信号的上升沿和下降沿分别计数，这样高速计数器就计数4个脉冲，如图2所示。原来编码器反馈的信号的精度为360°÷5400=0.067°，这显然达不到要求，但经过后继电路进行电平转换和PLC的4倍频电路细分后，在不增加任何硬件的前提下使编码器的分辨率提高到360°÷5400÷4=0.017°。在分度控制系统中，我们将编码器反馈的脉冲数与PLC计算出的目标脉冲数进行比较，如果反馈值小于或大于目标值，则说明工作台还没有到达目标位置，如果两值相等，则说明工作台已达到目标位置。用这种方法实现工作台位置的闭环控制。 (4) FBs-20MC是控制系统的核心器件，其输入输出信号分配如图2所示： 3.3 PLC程序流程图 PLC程序流程图如图3所示： 4控制系统合理性和可靠性设计 本轮胎模电火花加工仪虽然测控对象数量不多,机械结构也并不复杂，但工作台体积大，转动惯量大，电火花加工时干扰很大。要让它能够高精度、高可靠性地完的控制任务,同时为了能给操作人员带来方便 ,我们作了如下考虑: (1) 机械部分的合理设计 机械部分是控制系统的被控对象,是决定控制系统能否可靠工作的前提。我们采用了有合适过盈配合的蜗轮蜗杆传动结构，为工作台高回转精度和自锁提供了条件。 (2) 良好的人机界面 触摸屏构成人机界面从画面、提示语句、色彩等方面给人以轻松、醒目的感觉;各控制画面的设计是以各控制功能集中为原则,操作简便;触摸屏上显示出各种设定参数和系统运行状态，操作人员易于了解系统工作状况，操作也方便。 (3) 系统的抗干扰措施 该分度系统的控制器是选用高可靠性的PLC和传感器，从设备上保证了系统的可靠性;各控制柜在电路上完全隔离，各控制柜内模拟电路和数字电路也采取了分离屏蔽措施，尤其是电火花加工设备发出的电磁干扰;各控制柜也有良好的通风和散热措施。 5 结束语 本文所述的轮胎模电火花加工仪的分度系统从2005年8月起已经应用于多套设备中，配备有本分度系统的电火花加工仪,在试运行期间和正常工作时，无论模具大小、轻重，分度系统都能控制工作台精确分度，用户反应效果非常理想，已经带来了很大的经济效益。