子午巨型輪胎成型一段纏繞控制系統的設計

廖曉梅

(桂林電子科技大學 信息科技學院，廣西 桂林 541004)

子午巨胎集輪胎生產工藝、結構設計、設備配備等尖端技術于一體，技術含量高，生產難度大，附加值也高，其生產技術一直被極少數國外企業壟斷，而輪胎的成型又是輪胎生產最為關鍵的環節，部件全鋼巨胎在成型機上貼合時，因為部件尺寸規格大，超重，且形狀不規范，如果按常規的貼合法成型難度很大，并且不能滿足工藝的需要。針對這種狀況，本文開發了利用纏繞的方法實現部分部件的成型。成型的纏繞分為兩段：一段纏繞和二段纏繞。二段纏繞是針對胎面的纏繞，形狀規整，在斜交巨胎成型上用得很普遍，技術也相對成熟。而一段需要纏繞的部件多達三種，如圖1所示有胎肩墊膠、胎側填充膠和胎側膠，且形狀落差很大，精度要求高，講究形狀和重量的對稱性，實現起來相對比較復雜，目前在國內應該很少。結合子午線巨型輪胎成型一段纏繞的實際情況，本設計以研華工控機為控制上位機，通過QJ71C24串口通信模塊與三菱 Q02H(下位機)、伺服、變頻器等組成了一個控制系統，達到控制穩定可靠、操作簡單、自動化程度高，實現對型膠部件纏繞尺寸的跟蹤、數據的采集、圖形的形成及保存。

圖1 纏繞部件結構圖

1 設備結構

子午線巨型輪胎一段纏繞生產線分供膠擠出、壓型、冷卻傳送、纏繞等4個工序。供膠擠出是把混煉成片的膠料經過冷喂料擠出機擠出；壓型是把擠出的膠條壓成纏繞膠片所需要的膠條形狀；再由冷卻階段定型冷卻，往纏繞站輸送；最后纏繞站按工藝技術的需要求將膠片傳送、貼合在成型機的成型鼓上，完成所需部件的纏繞形狀。

2 控制系統的組成

控制系統由三菱Q系列PLC(Q02HCPU)、三菱伺服電機、工控機、變頻器、位移傳感器等組成。伺服系統圖如圖2所示。

該系統采用3套三菱系列伺服電機，分別控制纏繞站的橫向移動(X軸)、縱向移動(Y軸)、旋轉移動(Z軸)。因為需要實時跟蹤纏繞部件的形狀，再根據形狀的改變需要實時調整纏繞的速度，所以伺服的控制采用速度模式。

3 控制過程的實現

3.1 生產線速度匹配

整個生產線傳動部件多，每個部件都單獨控制而又能聯動，因為不同部件的速度匹配問題直接影響膠條的拉伸程度，如果在傳送過程中出現拉伸現象，將影響纏繞的準確性及纏繞部件的形狀。針對這種情況，本文采取速度跟蹤，由位移傳感器檢測纏繞的實時厚度，由模擬量輸入模塊Q68ADV將模擬量轉換為數字量，再由上一級速度的設定值進行比較，比較后的數據由模擬量輸出模塊Q68DAV控制變頻器的頻率，進而控制該部件的傳動速度，從而達到匹配前一級速度的效果，一層一層跟蹤，確保速度的絕對匹配，防止膠條的變形。如果需要調整整個生產線的傳送速度，只需要在聯動的情況下調整擠出機的轉速，整個生產線將自動匹配速度。

3.2 伺服控制

由于需要實時變更速度，本文采用速度控制模式，X軸伺服放大器在該控制系統中的接線圖如圖3所示。CN1A端子排6(LA)、16(LAR)、7(LB)、17(LBR)端子為伺服電機速度脈沖輸出，信號進入高速計數模塊，檢測伺服電機的實時轉度；10(SG)、19(RD)端子為伺服電機準備完畢信號，該信號有輸出，說明伺服放大器就位，準備工作。CN1B的端子10(SG)、14(RES)、8(ST1)、9(ST2)、15(EMG)分別代表 X 軸伺服電機的左移、右移、復位、急停信號。CN2為伺服電機編碼器專用電纜，不同模式的接線方式有所不同，圖3所示為速度模式下的接線方式。

伺服電機的速度由模擬量輸出模塊給定(-10 V～+10 V)，位移傳感器將實時檢測的纏繞部件的尺寸傳送給PLC，再由工控軟件進行比較判斷，計算出合理的伺服速度，以保證纏繞形狀的完成。下面以圖4所示的X軸伺服為例，介紹三菱伺服在速度模式下的編程：PLC底板第二槽高速計數模塊(QD62)第一通道采集X軸伺服脈沖數傳送給PLC數據寄存器D770，再通過DMOV指令將實時數據傳送給寄存器D1010。由于上位機需要根據實時速度進行比較判斷，所以數據寄存器D1010數據通過通信電纜上傳給上位機，由上位機根據位移傳感器所采集的實時數據根據纏繞圖形的需要，給出當前X軸伺服電機的最佳速度。上位機將計算得到的X軸伺服電機的實時速度給定值通過數據寄存器D1028傳送給PLC，再由MOV指令將給定值存放在數據寄存器D725。[TO H5 K1 D720 K8]指令是將PLC數據區D720～D727共8個數據寄存器的數值傳送給PLC第 5槽模擬量輸出模塊(Q68DAV)緩沖存儲器K1～K8，X軸伺服電機D725數據對應模擬量輸出模塊第6通道緩沖存儲器K6，這樣X軸伺服電機就能按相應的速度設定值運轉了。X軸伺服電機的正反轉由PLC的數字量模塊根據實際需要給定信號就可以相應地正轉和反轉運行，Y0B2和Y0B1分別代表X軸伺服電機的正轉和反轉信號。

4 監控軟件的功能

PLC所發的指令都是根據上位機命令執行的，所以子午線巨型輪胎一段纏繞的質量很大程度上依賴于上位機監控軟件的功能是否完善，計算是否合理。本文采用VB根據子午線巨型輪胎一段纏繞的工藝要求編制了一套能保證纏繞質量要求的監控軟件。子午線巨型輪胎一段纏繞監控軟件主要包括纏繞仿真實時曲線畫面、工藝參數管理畫面、生產統計畫面、系統畫面等。

(1)纏繞仿真實時曲線畫面：該畫面可以直觀地反映纏繞部件的形狀，根據位移傳感器傳送的數據，描繪出真實的曲線，還可以現實纏繞的重量，及各個軸的位置狀態。操作人員可以根據形狀的變化做出不同的操作調整，比如重量，如果發現輕了，可以適當給予補償。除了形狀，重量也是一個重要參數，輕了可能會引起輪胎露線、缺膠等質量問題，重了會引起鋼絲彎曲，還可能產生沒必要的膠料浪費。該畫面還可以對曲線進行保存和打印。

(2)工藝參數管理畫面：它是針對部件形狀的一個預輸入畫面，找出部件的形狀節點，輸入坐標，在纏繞過程中就可以按設定的軌跡進行纏繞，所以部件預輸入的合理性直接就影響纏繞的實際形狀。還可以對其他的輔助參數進行輸入(如補償系數、纏繞層數等)，不同配方或者不同纏繞部件，參數會不盡相同。參數還可以根據實際纏繞的情況進行調整，最終達到理想的纏繞效果。工藝參數管理畫面還有對配方進行保存、修改、調用等功能。

(3)生產統計畫面：該畫面具有班組產量統計功能，可以對不同班組的產量、規格進行統計歸類。

(4)系統畫面：該畫面可以調用其他各畫面，還可以設置權限保護，密碼保護分三層：技術管理層、車間層和操作層。技術管理層為最高級權限，可以對所有參數進行修改、調用參數和操作；車間層權限可以調用不同配方及正常的操作，但是不能設置參數；操作層權限僅限于操作，但是可以查看當前配方的參數，不能修改和調用不同配方。

通過整個系統的配合，充分利用直流調速器、變頻器、伺服、PLC等的功能，配以專用的監控軟件，在實際生產過程中纏繞控制結果較為理想。整個控制系統自動化程度高，操作人性化好，操作簡單，對子午線巨型輪胎一段纏繞的控制系統有良好的借鑒作用。

[1]MITSUBISHI.MELSEC-Q指南，2005.

[2]MITSUBISHI.Servo manual(MR-J2S-A)，2005.

[3]MITSUBISHI.Q系列數模轉換模塊用戶手冊，2005.

[4]MITSUBISHI.Q系列模數轉換模塊用戶手冊，2005.

[5]Windows2000編程利器——編程高手工作室.Visual Basic編程高手[M].北京：北京希望電子出版社，2000.