PCR一次法兩鼓成型機生產系統性優化

胡俊，虎玉榮

(韓泰輪胎（嘉興）有限公司，浙江 嘉興 314000)

目前我國工業化體系進入了一個新時期，相應的輪胎行業的生產流程也向信息化、數據化以及定制化方向發展。本集團內的PCR一次法兩鼓成型機是上世紀末設計制造的，生產能力有余，由于設計年代較早,設備的自動化程度較低,其中約70%成型機無法滿足現在產品多樣化的生產以及對設備可靠性、自動化的需求，在人力資源匱乏、勞動強度高的時期，每班只有一個人操作時，故障率、停機率以及安全隱患等問題更加凸顯。

1 PCR(乘用轎車）一次法兩鼓成型機的設備組成

1.1 機械部分

本機組的各裝置名稱及功能從平面圖1中看出共八個部分，具體描述如下：

圖1 PCR一次法兩鼓成型機平面

（1）I/L、C/C、S/W LET-OFF裝置

本裝置用于I/L、C/C、S/W材料儲存,方便材料儲運、更換。

（2）JLB Applicat裝置

本裝置用于JLB材料的儲料、送料，將JLB纏繞時Drum啟停過程的速度變化柔性化，方便連續作業。

（3） C/C Drum裝置

本裝置用于將測量切割好的I/L、C/C、S/W材料通過卷曲方式結合，然后沖壓整形，與二次側半成品組合進行定型、壓合作業。

（4）Belt Drum裝置

本裝置用于二次側半成品制作，主要涉及材料BELT、JLB、T/D。

（5）1#、2# Belt Applicat裝置

本裝置用于將鋼帶測量切割，并儲運至待機位置。

（6）對中裝置

本裝置用于將各材料按照系統設定位置進行對中作業，此裝置保證BELT接頭搭接狀態，以及I/L、C/C、S/W的左右對稱度。

（7）TRF裝置

本裝置用于C/C Drum與BELT Drum之間傳遞，為半成品與胚胎提供運輸服務。

（8）Bead Carriage&ARM裝置

本裝置用于Bead儲運及定位作業。

1.2 主體工藝流程

PCR一次法兩鼓成型機的工藝描述共有兩部分，具體如下：

（1）Belt Drum即帶束鼓側主要是將1#、2#帶束、JLB冠帶條、胎面負責纏繞、壓合到帶輸送鼓，等待TRF傳遞環進行傳遞到成型鼓側，具體工藝如圖2所示。

圖2 帶束鼓側纏繞流程

（2）C/C Drum即成型鼓側主要是將內襯層、1#簾布、2#簾布、胎側等部件進行纏繞后，再由TRF傳遞環將帶束鼓側的部件傳遞至成型鼓后進行成型、壓合，具體工藝如圖3所示。

圖3 成型鼓側纏繞流程

（3）二次法PCR成型機為保證生產連續性和原材料附著位置準確性，必須經過各材料C/V定長測量、切割，帶束材料的對中系統處理以及 PA、IN的對中系統處理等進行自動輔助作業配合。

1.3 控制系統部分

控制系統總線配置如圖4所示，其核心控制器為Q12H PLC CPU和Q173 Motion CPU，主要通過Q173 Motion CPU來實現完成16個伺服軸的控制，涉及的其他部件及功能描述如下：

圖4 控制系統總線

（1）伺服驅動和電機：選用MR-J2S系列伺服控制器和HC-SFS系列伺服電機，分別用于傳遞、C/V、壓合、整形、轉儲及主軸。

（2）人機界面：該設備配置了一個“PC HMI”，實現計算機中心和現場界面的集中控制、顯示、報警、歸檔以及工藝配方和數據采集的下載、上傳等工作并輔以RFID進行追溯。

（3）分布式I/O：配置QJ61BT11N模塊遠程CC-Link網絡，C/C、BELT和變頻器組各一塊主站模塊，用于邏輯輸入輸出信號處理、模擬量信號處理。

（4）擴展模塊：QJ71E71主要用于HMI系統數據交換，實現實際運行數據實時采集、監控、變更等功能。QJ71C24N-R4：采用R422串口通信，與對中系統、稱重系統等連接提高配套設備數據通信寬度及速率。

2 設備目前存在問題的現狀

（1）按200條/人次/班計算，人工卸胎極大增加了作業員的的勞動強度,長達8～12 h連續操作，體力會消耗很大，導致精力無法集中，存在安全隱患（尤其在夜班期間）。

（2）員工在手動卸胎時，將輪胎摔在傳送導軌上，容易造成輪胎質量次品率的提高。

（3）長時間的體力操作，體力消耗過大，造成輪胎產量的降低。

（4）現有人工卸胎方式，輪胎的質量和產量無法實時追溯。

（5）JLB纏繞橫向作業分為6段控制，新規格要求增加至10段，原架構無法滿足。

（6）JLB纏繞模式不足，無法進行新規格生產。

3 設備現況分析及改善方案

3.1 實際應用情況

3.1.1 JLB程序重新修改編寫

舊系統不適用，無法滿足向后多工藝要求的生產性。設定界面不直觀易出錯，造成產品不良或設備故障。Motion 程序針對現有工藝一一對應，如（圖5）G1350對應1NG、G1352對應2JF等。新增工藝需要大量編寫對應程序，工作量較大且新程序占用空間較多，將導致Motion CPU內存容量不足。

圖5 原設計流程

3.1.2 JLB參數設定畫面重新修改

設定項目（原HMI設定參數圖6）繁瑣不連貫，數據與實際作業結果聯系不明顯，且在MODE上設置與參數必須一致，否則可能導致設備不動作或發生系統錯誤。

圖6 原HMI設定參數

3.1.3 新增自動卸胎貼標裝置

人工卸胎作業強度大，條形碼張貼由于OP手工作業很難保證完全一致，且張貼質量不能保證，脫落、貼反等情況時有發生。

綜上所述，只有通過重新優化JLB纏繞程序架構，重新設計參數設定界面,為了降低勞動強度,增加自動卸胎器裝置,將進一步改變生產效能.

3.2 程序重新編輯及解決措施

應用現有的工藝流程，重新新編控制系統的Motion SFC架構，具體見圖7。

圖7 新編寫的流程

應用SFC編程方式重新編寫的內部程序如下：

其中HMI設定參數與MOTION編程對應點：

通過P指令與#4110=#4110+K1的配合完成循環，從而刷新數據。設定界面HMI重新設計，數據便于設定觀察且增加工藝圖示與數據說明。

3.3 增加自動卸胎貼標設備

3.3.1 自動卸胎貼標設備的結構

自動的卸胎掃碼系統，包括龍門架機構、水平移動裝置、升降架、卸胎鼓漲縮裝置、翻轉裝置以及自動貼標掃碼裝置。龍門架的兩個側面分別設有滑軌，滑動座上設置有滑槽，滑動座通過滑槽懸掛設置在滑軌上，并在龍門架的中部設置有滾珠絲杠，水平移動通過伺服電機帶動滑塊進行移動。升降架通過伺服驅動齒輪齒條帶動滑塊，使所攜帶的胎胚上下移動。整個支持平臺由氣缸固定設置在滑動座上，氣缸的活塞桿上端與升降架固定連接，升降架活動設置在滑動座上，托胎器固定設置在升降架的底部(圖8)。

圖8 卸胎貼標設備的平面圖

取卸胎裝置的龍門架上通過伺服驅動,根據現場實際的安全運行軌跡位置設定,在卸胎行走過程中應用凸輪行走方式曲線,來滿足不同設備實際工藝,同時也可減少卸胎時間。

卸胎鼓漲縮裝置包括4片氣動裝置和一根中心輥，中心輥與升降架固定連接，4片氣動裝置分別安裝在中心輥四周，根據輪胎尺寸規格，設定相關參數，氣動裝置按設定好的參數動作。采用可翻轉模式，用氣動裝置進行控制翻轉角度(圖9)。

圖9 卸胎貼標設備的3D圖

貼標系統在輪胎到達人工檢測平臺上方指定位置時，完成自動貼標，貼標完成后標簽信息保存至系統中，并實時通過EMS系統對每條輪胎的數據進行存儲、上傳和統計分析。

自動卸胎貼標設備由于采用了上述的技術方案，該裝置實現了自動將成型機上的胎胚傳送到人工檢查平臺上，提高了生產效率，同時避免人工取胎胚時存在的安全隱患。

3.3.2 自動卸胎貼標裝置的工作流程

自動卸胎貼標裝置的流程從圖10描述中可以簡單、清晰的看出其運行的具體工作流程。

圖10 卸胎貼標掃碼流程

4 設備系統升級后的效果

（1）新控制架構經過上線調試，現已穩定運行。各項技術指標達到了設計要求，作業連貫、穩定，現在設備已經兼容12種工藝模式。未來只需在設定方式內進行設定便可進行新工藝生產，無需控制系統變更。加上操作界面HMI示例，直觀的動作指示、操作指南，使設備更適應客戶使用習慣。

（2）增設自動卸胎掃碼設備，試運行一年后，OP操作員作業強度大幅減輕。減少了人工卸胎流程使得生產作業更加連貫，原人工卸胎需10.5 s,而自動卸胎貼標掃碼需要9 s,單條胎作業時間減少1.5 s。由設備自動張貼的條形碼位置統一，貼合質量好，消除了因人操作導致的錯貼漏貼現象，保證了產品的一致性和可追溯性。

（3）通過此次多工藝控制的設計、調試，對Motion SFC有了較為深刻的理解，并掌握了HMI與PLC系統的調試方法、應用范圍以及編程技巧等。跟舊控制系統比較，新系統有兼容性強、操作方便、設定直觀、更適應多工藝生產線的改造與設計。

5 結束語

設備進行系統的升級優化不僅提高了生產的效率，而且更滿足市場對產品的性能需求。本機組在改造前期程序優化方案和設備裝置做了充分的準備，到優化升級后投入生產中，通過對生產輪胎規格為HX215/45R18V 04K125 連續生產8 h進行測試，提前6～10 min完成計劃為250條每班的產量，而生產輪胎規格為HX225/50R20V 04K117A 連續生產8 h，計劃產量為180條，而實際完成的產量每班增加3條左右。并對兩種規格的動平衡進行不定期的抽檢，其合格率均達到98.15%以上，外觀合格率99%。通過這些數據可以看出基本達到了預期的改造效果。