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    1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

    輪胎成型機(jī)是輪胎生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)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(jī)是半鋼乘用車子午胎（兩鼓）成型機(jī)，具有設(shè)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，滿足高檔轎車的使用要求。

    LCZ-PCR1218控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，使用日本三菱可編程控制器（MITSUBISHI），采用分布式控制結(jié)構(gòu)，采用嵌入易控（INSPEC）組態(tài)軟件的人機(jī)界面PowerView及網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可實(shí)現(xiàn)成型機(jī)的自動(dòng)化控制及遠(yuǎn)程故障監(jiān)控等功能。
LCZ-PCR1218型輪胎成型機(jī)由主機(jī)、輔機(jī)、電氣控制系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)及其配套件組成。
           
                      
                                   圖1 成型機(jī)平面布置圖
       主機(jī)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(biāo)尺等部分組成；輔機(jī)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(jī)操作界面的核心部分，是實(shí)現(xiàn)成型機(jī)的工藝過(guò)程的有力保證，設(shè)備的工藝參數(shù)的設(shè)定，各種操作的提示，故障的診斷等都是在主機(jī)人機(jī)界面上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用了易控（INSPEC）組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制功能。

    2 系統(tǒng)構(gòu)成
                     
                                    圖2  分布式通訊網(wǎng)絡(luò)控制圖
    根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)各個(gè)部件的不同功能，電氣控制系統(tǒng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰。Q系列的以太網(wǎng)、CC-Link實(shí)現(xiàn)了不同網(wǎng)絡(luò)類型、不同網(wǎng)絡(luò)層次之間的無(wú)縫通訊，數(shù)據(jù)能在接入網(wǎng)絡(luò)的任何PLC之間相互傳輸，也能使用GXDeveloper進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)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(dān)負(fù)著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(dú)立，實(shí)現(xiàn)對(duì)各功能部件的單獨(dú)控制，通過(guò)通訊模塊QJ61BT11N構(gòu)成CC-Link網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各站之間的數(shù)據(jù)交換。由于采用分布式控制，將各主要功能分散，這在設(shè)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(shè)備開(kāi)發(fā)及調(diào)試的周期。

    設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)同樣使用了CC-Link通訊協(xié)議。遠(yuǎn)程I/O站、遠(yuǎn)程設(shè)備站（變頻器、遠(yuǎn)程高速技術(shù)模塊）以及遠(yuǎn)程智能設(shè)備站（遠(yuǎn)程A/D、D/A模塊）構(gòu)成了各個(gè)分站內(nèi)部的子網(wǎng)，各分站CPU通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程I/O掃描進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。遠(yuǎn)程控制在分站中的應(yīng)用，使得硬件搭設(shè)思路更加清晰，電氣柜至設(shè)備的接線更加簡(jiǎn)潔。各變頻電機(jī)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(diào)速，同時(shí)可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)整變頻電機(jī)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(fù)責(zé)本站的狀態(tài)監(jiān)控以及故障診斷，同時(shí)可以對(duì)本站的機(jī)械參數(shù)進(jìn)行設(shè)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(jī)界面、BST控制器Prologic構(gòu)成以太網(wǎng)。主站PLC通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)糾偏數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)出控制指令，二者的交互對(duì)話又通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)反映在主站人機(jī)界面中，操作人員可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)以及物料的實(shí)際情況在人機(jī)界面中對(duì)糾偏參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，以達(dá)到最佳的糾偏效果。主站人機(jī)界面選用無(wú)風(fēng)扇高可靠PowerView高端人機(jī)界面，操作界面使用易控(INSPEC)組態(tài)軟件制作，具有強(qiáng)大的配方功能，所有規(guī)格參數(shù)在配方中生成，并通過(guò)以太網(wǎng)、CC-Link傳送到設(shè)備各個(gè)功能環(huán)節(jié)，使得在生產(chǎn)過(guò)程中更換規(guī)格的工作十分簡(jiǎn)單、輕松。

    另外，主站人機(jī)界面還具有短信功能，能夠?qū)崟r(shí)將設(shè)備狀況（如故障報(bào)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(shè)備維護(hù)人員、生產(chǎn)管理人員等）的手機(jī)中。

    硬件系統(tǒng)構(gòu)成如下：該臺(tái)設(shè)備中共使用了14套伺服電機(jī)，各層半成品料的定長(zhǎng)電機(jī)均為伺服電機(jī)，保證了自動(dòng)定長(zhǎng)的精度。

    在控制上選用三菱J2S-B系列驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)總線SSCNET與定位模塊QD75M連接，相比使用集電極開(kāi)路接線方式的QD75P接線更加簡(jiǎn)單，布線更加整潔。三菱伺服系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)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(bǔ)、多軸同步定位（最多為3軸）等高級(jí)定位功能，控制靈活多變，適應(yīng)被控對(duì)象的不同要求，調(diào)試手段也更加豐富，是使設(shè)備達(dá)到最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的必要條件。以下為該臺(tái)設(shè)備中應(yīng)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(jī)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(bǔ)功能，完美擬合胎面及胎肩曲線，同時(shí)徹底消除靜態(tài)打壓造成的氣泡現(xiàn)象，大幅提升了輪胎合格率；

    （2）預(yù)復(fù)合料及簾布定長(zhǎng)在使用伺服電機(jī)的同時(shí)，使用獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)編碼器反饋傳送帶的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)了雙閉環(huán)控制，使得物料定長(zhǎng)精度進(jìn)一步提高；

    （3）冠帶條纏繞使用兩套伺服系統(tǒng)雙頭纏繞，滿足了高品質(zhì)轎車輪胎的工藝要求，也避免了因冠帶纏繞造成的節(jié)拍延長(zhǎng)；

    （4）傳遞環(huán)的控制使用了伺服電機(jī)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(jī)帶摩擦片的方式，控制簡(jiǎn)單，但設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成摩擦片的磨損，需要定期的維護(hù)。

    3 軟件應(yīng)用

    易控（INSPEC）組態(tài)軟件完全架構(gòu)于微軟的.NET平臺(tái)，采用.Net Remoting、XML等最新技術(shù)等，保證了系統(tǒng)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(shè)計(jì)變得非常容易。
                      
                                   圖3  開(kāi)機(jī)及每班結(jié)束退出或進(jìn)入界面
    如圖3所示，設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)庫(kù)的形式存于PowerView內(nèi)。操作級(jí)別有操作員級(jí)別、工藝員級(jí)別、設(shè)備維修人員級(jí)別及設(shè)備廠家級(jí)別，不同級(jí)別進(jìn)入會(huì)有不同的操作畫面和權(quán)限。班產(chǎn)計(jì)數(shù)及累計(jì)，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(shè)備運(yùn)行準(zhǔn)備畫面
    如圖4所示，畫面中有主鼓工位原位狀態(tài)顯示，顯示設(shè)備運(yùn)行的原位準(zhǔn)備條件；成型工藝工步顯示，表示設(shè)備所處的工步狀態(tài)；工藝流程選擇，冠包側(cè)還是側(cè)包冠，單層簾布還是雙層簾布；設(shè)備運(yùn)行時(shí)的操作設(shè)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(guī)格顯示及計(jì)數(shù)功能等。
                      
                                   圖5 設(shè)備手動(dòng)操作畫面
    如圖5所示，畫面中有操作盤上的按鈕實(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)畫面，按鈕會(huì)有不同的功能狀態(tài)，畫面中會(huì)給出清晰明了直觀的操作提示。

    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(biāo)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(shù)設(shè)置畫面
    如圖6所示，畫面中有輪胎成型的全部工藝參數(shù)的設(shè)置。
                     
                                   圖7 輪胎規(guī)格管理畫面
    如圖7所示，通過(guò)該畫面可以更改輪胎規(guī)格，并在操作密碼條件允許的情況下，可以進(jìn)行輪胎規(guī)格的保存及導(dǎo)入導(dǎo)出到硬盤或U盤等操作。
                      
                                   圖8 生產(chǎn)管理畫面
    如圖8所示，通過(guò)該畫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(dāng)前班的早班、中班、晚班及日產(chǎn)記錄。
                       
                                   圖9 報(bào)警診斷畫面
    如圖9所示，報(bào)警診斷畫面，設(shè)備的任何故障報(bào)警可以通過(guò)該畫面看到。并具有把報(bào)警信息、生產(chǎn)情況發(fā)送到相關(guān)人員手機(jī)中的功能。
                        
                                圖10  操作說(shuō)明畫面     
     如圖10所示，操作說(shuō)明畫面。通過(guò)該畫面可以使操作人員很快了解設(shè)備的使用說(shuō)明、注意事項(xiàng)以及規(guī)格更換步驟。

    4 系統(tǒng)特點(diǎn)

    設(shè)備全機(jī)共使用了6個(gè)人機(jī)界面PowerView，每個(gè)站各配備一個(gè)，各分站人機(jī)界面負(fù)責(zé)本站的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和機(jī)械參數(shù)設(shè)定，主站人機(jī)界面則可以對(duì)全局變量進(jìn)行監(jiān)控和修改，并承擔(dān)規(guī)格參數(shù)的生成和下載。

    主監(jiān)控站使用易控（INSPC）組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，該軟件是在.NET平臺(tái)上運(yùn)行的新一代組態(tài)軟件，制作的畫面精美、品質(zhì)高，動(dòng)畫豐富逼真，能非常好地實(shí)時(shí)反映鼓肩、助推盤、動(dòng)態(tài)壓輥等部件的當(dāng)前位置，界面十分友好。界面切換通過(guò)下菜單觸摸按鈕實(shí)現(xiàn)，包括各種手動(dòng)操作畫面、自動(dòng)/半自動(dòng)運(yùn)行畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、故障診斷畫面以及主界面浮動(dòng)報(bào)警等。在手動(dòng)操作模式下，對(duì)按鈕進(jìn)行了軟件化操作，即使用兩個(gè)功能開(kāi)關(guān)、一個(gè)功能按鈕，對(duì)不同界面下的不同機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能操作，使得操作面板十分簡(jiǎn)潔、一目了然，改變了以往大量安裝選擇開(kāi)關(guān)、按鈕以及指示燈的狀況，從而簡(jiǎn)化了電氣接線，減少了因接線繁多造成接線錯(cuò)誤而帶來(lái)的不必要的麻煩，也減少了操作按鈕的損壞率。

    輪胎的高安全性、良好舒適性除了需要先進(jìn)的輪胎工藝，同時(shí)也需要各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性的保證。主鼓工位采用易控（INSPEC）組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了豐富的故障診斷功能及報(bào)警及生產(chǎn)記錄的歷史保存功能，這些數(shù)據(jù)圖表便于分析設(shè)備的運(yùn)行狀況。

    本系統(tǒng)軟件首臺(tái)于2006年9月在輪胎廠通過(guò)驗(yàn)收，隨后已在多家輪胎廠中得到了成功應(yīng)用。自交付工廠使用以來(lái)，系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)每天24小時(shí)不分晝夜運(yùn)行，至今未出現(xiàn)任何問(wèn)題。本系統(tǒng)的優(yōu)良表現(xiàn)保證了生產(chǎn)任務(wù)的完成，從而贏得了用戶的信賴和好評(píng)。

    用戶對(duì)該系統(tǒng)豐富的功能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性給予了極高的評(píng)價(jià)。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第三期