主要介紹了施耐德伺服控制系統(tǒng)在北京首創(chuàng)輪胎廠三鼓一次法成型機(jī)上的應(yīng)用 1 序言 近些年，汽車工業(yè)和高速公路的大力發(fā)展，帶動(dòng)了橡膠業(yè)的高速發(fā)展和技術(shù)的不斷更新，特別近一兩年，子午線輪胎項(xiàng)目更是不斷增加。全球輪胎業(yè)前十名都以不同的形式在中國(guó)市場(chǎng)合作建廠，并將最先進(jìn)的工藝和設(shè)備帶到國(guó)內(nèi)。包括國(guó)內(nèi)企業(yè)在內(nèi)，擴(kuò)大產(chǎn)能、提高技術(shù)成為各輪胎企業(yè)發(fā)展的重中之重。而在這股大潮中，半鋼一次法成型機(jī)更是其中的寵兒。 伴隨著國(guó)內(nèi)近幾年橡膠機(jī)械的繁榮景象，北京首創(chuàng)輪胎股份有限公司于2005年第三季度開始了新廠遷址工程，作為北京市重點(diǎn)項(xiàng)目的新廠遷址工程的核心組成部分之一的400萬(wàn)套半鋼一次法成型機(jī)，更是高新科技和橡膠業(yè)良好結(jié)合的產(chǎn)物。北京沃華創(chuàng)新科技有限公司作為該項(xiàng)目的系統(tǒng)集成商，經(jīng)過(guò)仔細(xì)評(píng)審，最終決定該成型機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要定位為使用施耐德公司的產(chǎn)品，定位該系統(tǒng)主要出于以下考慮，施耐德自己的產(chǎn)品線比較齊全，在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)避免更多家供應(yīng)商的介入，便于組態(tài)和維護(hù)，硬件產(chǎn)品上也有較大的兼容性。同時(shí)和同級(jí)別同性能的其他國(guó)際知名自控配套廠商相比，施耐德具有操作簡(jiǎn)便物美價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)。 2 工藝特點(diǎn)及系統(tǒng)搭建 三鼓半鋼一次法輪胎成型機(jī)由主機(jī)、胎體供料架、帶束層供料架、胎面供料架、冠帶條供料架、氣動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。通過(guò)電控系統(tǒng)的控制，成型機(jī)按時(shí)序先后，將PA預(yù)復(fù)合件，簾布線在胎體成型鼓上貼合反包后，通過(guò)主機(jī)傳遞環(huán)將成型后的胎體部件運(yùn)輸?shù)蕉ㄐ凸纳系却?，?dāng)帶束層和冠帶條以及胎面貼合完成后，一起在定型鼓上充氣壓合為胎坯。并且整個(gè)胎坯的成型工藝要求在1分半鐘完成。針對(duì)該工藝要求，各供料架需能夠自動(dòng)定長(zhǎng)備料，當(dāng)主鼓物料貼合時(shí)各供料單元能夠做到同步供料，冠帶條按照工藝的要求應(yīng)能完成不同的纏繞方法，當(dāng)生產(chǎn)不同規(guī)格的輪胎時(shí)觸摸屏應(yīng)能提供簡(jiǎn)易操作的配方切換功能。由于要求高度的自動(dòng)化程度，一次法成型機(jī)對(duì)于整個(gè)過(guò)程的精度和速度都要求極高，因此我們采用了施耐德的整體解決方案。即PLC選擇施耐德PREMIUM系列的CPU——TSX574823。該款CPU集成了以態(tài)網(wǎng)接口和CANOPEN總線接口，人機(jī)界面和調(diào)速控制單元可以分別通過(guò)以太網(wǎng)和CAN總線同主站CPU相連接。各從站的遠(yuǎn)程IO通過(guò)施耐德內(nèi)部總線BUS-X相連接，而該套設(shè)備的核心部分（伺服控制部分）我們采用了施耐德的軸控制模塊TSXCSY16A配合SERCOS光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)對(duì)LEXIUM17系列伺服驅(qū)動(dòng)器控制，從而完成該成型機(jī)不同部分的不同工藝要求。具體的網(wǎng)絡(luò)搭建結(jié)構(gòu)如圖1所示。 3 核心應(yīng)用簡(jiǎn)介 由于半鋼一次法成型機(jī)屬于典型的運(yùn)動(dòng)控制，所以伺服控制系統(tǒng)在整個(gè)自動(dòng)化控制中起到至關(guān)重要的作用。在輪胎成型過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)控制有以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)需要實(shí)現(xiàn): 3.1 手動(dòng)模式 即在恒扭矩下完成對(duì)操作工手動(dòng)模式下的操作相應(yīng)。（各種手動(dòng)模式下的操作） 3.2 定長(zhǎng)控制 即根據(jù)不同規(guī)格需要輸送定長(zhǎng)的材料帶。（如各供料單元的自動(dòng)備料） 3.3 組合軸控制 即當(dāng)設(shè)備的一部分運(yùn)動(dòng)時(shí)要求其它部分同步同速或按一定速比匹配同時(shí)運(yùn)動(dòng)。（如物料在鼓上的貼合） 3.4 插補(bǔ)控制 即當(dāng)設(shè)備的不同部分各自完成不同動(dòng)作又要求時(shí)間上匹配。（如冠帶條的纏繞）作者還將結(jié)合自己的實(shí)際應(yīng)用體會(huì)簡(jiǎn)要的說(shuō)一下該項(xiàng)目中伺服部分的控制方案: 表1列舉了該項(xiàng)目中伺服系統(tǒng)的具體選型配置，而各個(gè)軸的具體控制方案如表2。 該套系統(tǒng)共用到了十臺(tái)LEXIUM17系列的伺服控制器，即有十個(gè)控制實(shí)軸，所以我們選用了一個(gè)16軸的基于施耐德PLC的伺服控制模板TSXSCY164通過(guò)SERCOS光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)這十臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器及下級(jí)電機(jī)進(jìn)行控制。如圖2所示。 （1）該套系統(tǒng)中的手動(dòng)控制部分我們采用通過(guò)對(duì)伺服控制器控制模式的選擇，即將控制模式選擇為MANUAL（手動(dòng)）模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在此種模式下，我們可配合PLC的數(shù)字信號(hào)輸入模塊的信號(hào)采集，來(lái)完成對(duì)操作工操作的響應(yīng)。操作涉及到的FUNCTION CODE（控制字）為2572（模式選擇）。在該模式下我們可以完成各個(gè)鼓的手動(dòng)恒扭矩旋轉(zhuǎn)、起?？刂坪凸┝霞艿氖謩?dòng)控制供料。 （2）各個(gè)供料架的自動(dòng)備料過(guò)程中自動(dòng)定長(zhǎng)部分，我們采用了INCR_MOVE（相對(duì)位置）方案，即在當(dāng)前位置的基礎(chǔ)上再走一個(gè)固定長(zhǎng)度，該方案解決了在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中尋原點(diǎn)的問(wèn)題，可以完成在無(wú)需尋原點(diǎn)的情況下就可完成對(duì)物料的重復(fù)精準(zhǔn)定長(zhǎng)，該操作涉及的FUNCTION CODE（控制字）是513（運(yùn)動(dòng)的模式選擇）。在該模式下伺服電機(jī)將以一定的速度旋轉(zhuǎn)到一個(gè)特定的位置。通過(guò)伺服系統(tǒng)的這種功能我們就能完成重復(fù)的，按照一定速度對(duì)物料的自動(dòng)定長(zhǎng)裁斷及輸送到供料架的待料前段，等待下一次的貼合這一過(guò)程。 （3）同步貼合過(guò)程，我們采用了Following Function（跟蹤軸）方案，即我們建一個(gè)新的組合軸，該組合軸由兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸組成，包括一個(gè)主軸和若干個(gè)從軸，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從軸按照一定的速比跟著旋轉(zhuǎn)。該操作涉及的主要FUNCTION CODE（控制字）是513（運(yùn)動(dòng)的模式選擇）和2114（主從軸之間速比的修改）。我們?cè)诔尚蜋C(jī)中應(yīng)用該方案解決了由于物料在鼓上自動(dòng)貼合時(shí)，供料架供料速度和啟動(dòng)時(shí)間與鼓旋轉(zhuǎn)的不匹配而造成的物料拉伸及堆積問(wèn)題。 （4）由于零度帶在貼合過(guò)程中要求較大的貼合接頭，從而導(dǎo)致輪胎的動(dòng)平衡性較差，所以現(xiàn)在的輪胎工藝大多采用了冠帶條來(lái)替換零度帶，在我們的半鋼一次法成型機(jī)項(xiàng)目中，用戶要求我們提供在不同的配方下的冠帶條的不同纏繞方法，我們采用了Co-ordinated Axes（插補(bǔ)）方案。即新建一個(gè)插補(bǔ)組合軸，在應(yīng)用中我們讓冠帶條的伺服作為主軸，貼合鼓作為從軸。該操作涉及的主要FUNCTION CODE（控制字）是513（運(yùn)動(dòng)的模式選擇）。引用該方案我們成功地解決了用戶要求的不同冠帶條纏繞方法以及冠帶條纏繞過(guò)程中，冠帶條和鼓之間的動(dòng)作相對(duì)獨(dú)立而時(shí)間又要求匹配這一難點(diǎn)。 4 應(yīng)用總結(jié) 通過(guò)使用施耐德這一整套MOTION解決方案，我們成功解決了半鋼一次法成型機(jī)要求的自動(dòng)化程度高，響應(yīng)速度快，精度高，操作簡(jiǎn)單這一系列難題。并使得該成型機(jī)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。解決了進(jìn)口設(shè)備本土化效率較低的問(wèn)題，使該種成型機(jī)成為符合中國(guó)橡塑行業(yè)國(guó)情的新款成型機(jī)。并得到最終用戶的好評(píng)。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集