1 項目簡(jiǎn)介

    輪胎成型機是輪胎生產(chǎn)中的關(guān)鍵設備，輪胎成型的好壞直接影響輪胎最終產(chǎn)品的質(zhì)量。北京航空制造工程研究所生產(chǎn)的LCZ-PCR1218型成型機是半鋼乘用車(chē)子午胎（兩鼓）成型機，具有設備精度高、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，可以生產(chǎn)動(dòng)平衡和均勻性良好的高品質(zhì)輪胎，滿(mǎn)足高檔轎車(chē)的使用要求。LCZ-PCR1218控制系統采用模塊化設計，使用日本三菱可編程控制器（MITSUBISHI），采用分布式控制結構，采用嵌入易控（INSPEC）組態(tài)軟件的人機界面PowerView及網(wǎng)絡(luò )通訊功能，可實(shí)現成型機的自動(dòng)化控制及遠程故障監控等功能。

    LCZ-PCR1218型輪胎成型機由主機、輔機、電氣控制系統、氣動(dòng)系統及其配套件組成。
             

                                圖1 成型機平面布置圖
                    

    主機部分由胎體成型鼓（主鼓）、傳遞環(huán)、帶束層及胎面貼合鼓（輔助鼓）、床身、滾壓裝置、主/輔助鼓主軸箱、燈光標尺等部分組成；輔機部分由胎體供料架、帶束層供料架、胎面層供料架及冠帶條供料架等部分組成。

    主鼓操作面板是成型機操作界面的核心部分，是實(shí)現成型機的工藝過(guò)程的有力保證，設備的工藝參數的設定，各種操作的提示，故障的診斷等都是在主機人機界面上來(lái)實(shí)現的，采用了易控（INSPEC）組態(tài)軟件實(shí)現了強大的數據采集和監視控制功能。

2 系統構成

    根據機械結構各個(gè)部件的不同功能，電氣控制系統采用分布式通訊網(wǎng)絡(luò )控制，分為6個(gè)站：成型鼓站、胎體供料架站、貼合鼓站、帶束層供料架站、胎面供料架站以及冠帶站。通訊網(wǎng)絡(luò )基本由以太網(wǎng)和CC-Link網(wǎng)絡(luò )組成，結構簡(jiǎn)單清晰。Q系列的以太網(wǎng)、CC-Link實(shí)現了不同網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型、不同網(wǎng)絡(luò )層次之間的無(wú)縫通訊，數據能在接入網(wǎng)絡(luò )的任何PLC之間相互傳輸，也能使用GX-Developer進(jìn)行數據監視和編程。

    控制層網(wǎng)絡(luò )使用CC-Link通訊協(xié)議。成型鼓站擔負著(zhù)輪胎成型的大部分工序，故作為分布式控制的主站，選用三菱Q02HCPU，其余各站為其從站，選用Q00CPU，各站相互獨立，實(shí)現對各功能部件的單獨控制，通過(guò)通訊模塊QJ61BT11N構成CC-Link網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現各站之間的數據交換。由于采用分布式控制，將各主要功能分散，這在設備開(kāi)發(fā)過(guò)程中使得程序大大簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了程序的可讀性，極大地提高了開(kāi)發(fā)效率，縮短了設備開(kāi)發(fā)及調試的周期。

    設備層網(wǎng)絡(luò )同樣使用了CC-Link通訊協(xié)議。遠程I/O站、遠程設備站（變頻器、遠程高速技術(shù)模塊）以及遠程智能設備站（遠程A/D、D/A模塊）構成了各個(gè)分站內部的子網(wǎng)，各分站CPU通過(guò)對遠程I/O掃描進(jìn)行數據交換。遠程控制在分站中的應用，使得硬件搭設思路更加清晰，電氣柜至設備的接線(xiàn)更加簡(jiǎn)潔。各變頻電機亦通過(guò)CC-Link通訊模塊E-5NC掛在子網(wǎng)中，做到了實(shí)時(shí)調速，同時(shí)可以根據需要實(shí)時(shí)調整變頻電機的加減速時(shí)間，使得控制更加靈活。各個(gè)分站均配有中型或小型觸摸屏，觸摸屏A970GOT作為一個(gè)從站加掛在貼合鼓站的子網(wǎng)中，其余各分站均配備一個(gè)F940GOT，通過(guò)RS-422與CPU通訊。各個(gè)觸摸屏負責本站的狀態(tài)監控以及故障診斷，同時(shí)可以對本站的機械參數進(jìn)行設定。

    頂層網(wǎng)絡(luò )由主站CPU通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊QJ71E71-100與主站人機界面、BST控制器Prologic構成以太網(wǎng)。主站PLC通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現了對糾偏數據的采集，并發(fā)出控制指令，二者的交互對話(huà)又通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)反映在主站人機界面中，操作人員可以根據設備運轉以及物料的實(shí)際情況在人機界面中對糾偏參數進(jìn)行靈活調整，以達到最佳的糾偏效果。主站人機界面選用無(wú)風(fēng)扇高可靠PowerView高端人機界面，操作界面使用易控(INSPEC)組態(tài)軟件制作，具有強大的配方功能，所有規格參數在配方中生成，并通過(guò)以太網(wǎng)、CC-Link傳送到設備各個(gè)功能環(huán)節，使得在生產(chǎn)過(guò)程中更換規格的工作十分簡(jiǎn)單、輕松。

    另外，主站人機界面還具有短信功能，能夠實(shí)時(shí)將設備狀況（如故障報警）、生產(chǎn)狀況（如班產(chǎn)量等）以短信方式發(fā)送到相關(guān)人員（設備維護人員、生產(chǎn)管理人員等）的手機中。

    硬件系統構成如下：該臺設備中共使用了14套伺服電機，各層半成品料的定長(cháng)電機均為伺服電機，保證了自動(dòng)定長(cháng)的精度。在控制上選用三菱J2S-B系列驅動(dòng)器，通過(guò)總線(xiàn)SSCNET與定位模塊QD75M連接，相比使用集電極開(kāi)路接線(xiàn)方式的QD75P接線(xiàn)更加簡(jiǎn)單，布線(xiàn)更加整潔。三菱伺服系統可以實(shí)現定位控制、速度控制、速度扭矩控制等多種控制方式，具有圓弧插補、多軸同步定位（最多為3軸）等高級定位功能，控制靈活多變，適應被控對象的不同要求，調試手段也更加豐富，是使設備達到最佳運轉狀態(tài)的必要條件。以下為該臺設備中應用技術(shù)的要點(diǎn)：

    （1）動(dòng)態(tài)打壓由縱向及橫向兩個(gè)伺服電機完成，由于兩個(gè)伺服軸在同一個(gè)定位模塊中，故能夠采用其圓弧插補功能，完美擬合胎面及胎肩曲線(xiàn)，同時(shí)徹底消除靜態(tài)打壓造成的氣泡現象，大幅提升了輪胎合格率；

    （2）預復合料及簾布定長(cháng)在使用伺服電機的同時(shí)，使用獨立的旋轉編碼器反饋傳送帶的實(shí)際運轉長(cháng)度，實(shí)現了雙閉環(huán)控制，使得物料定長(cháng)精度進(jìn)一步提高；

   （3）冠帶條纏繞使用兩套伺服系統雙頭纏繞，滿(mǎn)足了高品質(zhì)轎車(chē)輪胎的工藝要求，也避免了因冠帶纏繞造成的節拍延長(cháng)；

   （4）傳遞環(huán)的控制使用了伺服電機的速度-扭矩控制。在以往的傳遞環(huán)控制中，有使用雙速電機帶摩擦片的方式，控制簡(jiǎn)單，但設備長(cháng)時(shí)間的運轉會(huì )造成摩擦片的磨損，需要定期的維護。

3 軟件應用

    易控（INSPEC）組態(tài)軟件完全架構于微軟的.NET平臺，采用.Net Remoting、XML等最新技術(shù)等，保證了系統的先進(jìn)性。易控（INSPEC）組態(tài)軟件優(yōu)秀的功能使工程開(kāi)發(fā)設計變得非常容易。

                  

                             圖3 開(kāi)機及每班結束退出或進(jìn)入界面

    如圖3所示，設計有每天三班操作員登陸，每班操作員的生產(chǎn)記錄都會(huì )以歷史數據庫的形式存于PowerView內。操作級別有操作員級別、工藝員級別、設備維修人員級別及設備廠(chǎng)家級別，不同級別進(jìn)入會(huì )有不同的操作畫(huà)面和權限。班產(chǎn)計數及累計，早班為8點(diǎn)~16點(diǎn)，中班16點(diǎn)~0點(diǎn)，晚班為0點(diǎn)~8點(diǎn)。

                   

                                  圖4 設備運行準備畫(huà)面

    如圖4所示，畫(huà)面中有主鼓工位原位狀態(tài)顯示，顯示設備運行的原位準備條件；成型工藝工步顯示，表示設備所處的工步狀態(tài)；工藝流程選擇，冠包側還是側包冠，單層簾布還是雙層簾布；設備運行時(shí)的操作設置，貼合時(shí)接頭壓力的選擇，輪胎成型時(shí)的動(dòng)作選擇；主鼓供料架的狀態(tài)顯示，顯示供料架原位及工作狀態(tài)；輪胎規格顯示及計數功能等。

              

                               圖5 設備手動(dòng)操作畫(huà)面

    如圖5所示，畫(huà)面中有操作盤(pán)上的按鈕實(shí)際位置圖，提供手動(dòng)操作的按鈕功能提示，在不同的手動(dòng)操作選擇狀態(tài)畫(huà)面，按鈕會(huì )有不同的功能狀態(tài)，畫(huà)面中會(huì )給出清晰明了直觀(guān)的操作提示。手動(dòng)操作選擇有：成型鼓、主供料架、動(dòng)態(tài)滾壓、主鼓燈標及傳遞環(huán)。手動(dòng)按鈕有循環(huán)停止、循環(huán)互鎖、功能按鈕、功能開(kāi)關(guān)1、功能開(kāi)關(guān)2。

              
 
                               圖6 參數設置畫(huà)面

    如圖6所示，畫(huà)面中有輪胎成型的全部工藝參數的設置。

             

                               圖7 輪胎規格管理畫(huà)面

    如圖7所示，通過(guò)該畫(huà)面可以更改輪胎規格，并在操作密碼條件允許的情況下，可以進(jìn)行輪胎規格的保存及導入導出到硬盤(pán)或U盤(pán)等操作。

             

                                 圖8 生產(chǎn)管理畫(huà)面

    如圖8所示，通過(guò)該畫(huà)面可以使操作工看到自己的班產(chǎn)、周產(chǎn)及月產(chǎn)的生產(chǎn)記錄，當前班的早班、中班、晚班及日產(chǎn)記錄。

              

                                圖9 報警診斷畫(huà)面

    如圖9所示，報警診斷畫(huà)面，設備的任何故障報警可以通過(guò)該畫(huà)面看到。并具有把報警信息、生產(chǎn)情況發(fā)送到相關(guān)人員手機中的功能。