摘  要： 為滿足子午線巨型輪胎成型工藝的需要，設(shè)計(jì)了一種利用三菱Q系列PLC、伺服系統(tǒng)、變頻器、上位機(jī)和溫度、壓力控制器等構(gòu)成的穩(wěn)定、實(shí)用、可靠的子午巨型輪胎成型一段纏繞控制系統(tǒng)。具體介紹了其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、通信的實(shí)現(xiàn)、PLC編程及監(jiān)控軟件的功能，以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和處理。
關(guān)鍵詞： 纏繞；PLC；伺服；VB6.0

    子午巨胎集輪胎生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備配備等尖端技術(shù)于一體，技術(shù)含量高，生產(chǎn)難度大，附加值也高，其生產(chǎn)技術(shù)一直被極少數(shù)國外企業(yè)壟斷，而輪胎的成型又是輪胎生產(chǎn)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，部件全鋼巨胎在成型機(jī)上貼合時(shí)，因?yàn)椴考叽缫?guī)格大，超重，且形狀不規(guī)范，如果按常規(guī)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(fā)了利用纏繞的方法實(shí)現(xiàn)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(guī)整，在斜交巨胎成型上用得很普遍，技術(shù)也相對成熟。而一段需要纏繞的部件多達(dá)三種，如圖1所示有胎肩墊膠、胎側(cè)填充膠和胎側(cè)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(shí)現(xiàn)起來相對比較復(fù)雜，目前在國內(nèi)應(yīng)該很少。結(jié)合子午線巨型輪胎成型一段纏繞的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)以研華工控機(jī)為控制上位機(jī)，通過QJ71C24串口通信模塊與三菱Q02H(下位機(jī))、伺服、變頻器等組成了一個(gè)控制系統(tǒng)，達(dá)到控制穩(wěn)定可靠、操作簡單、自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)對型膠部件纏繞尺寸的跟蹤、數(shù)據(jù)的采集、圖形的形成及保存。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)
    子午線巨型輪胎一段纏繞生產(chǎn)線分供膠擠出、壓型、冷卻傳送、纏繞等4個(gè)工序。供膠擠出是把混煉成片的膠料經(jīng)過冷喂料擠出機(jī)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(shù)的需要求將膠片傳送、貼合在成型機(jī)的成型鼓上，完成所需部件的纏繞形狀。
2 控制系統(tǒng)的組成
    控制系統(tǒng)由三菱Q系列PLC(Q02HCPU)、三菱伺服電機(jī)、工控機(jī)、變頻器、位移傳感器等組成。伺服系統(tǒng)圖如圖2所示。

    該系統(tǒng)采用3套三菱系列伺服電機(jī)，分別控制纏繞站的橫向移動(dòng)(X軸)、縱向移動(dòng)(Y軸)、旋轉(zhuǎn)移動(dòng)(Z軸)。因?yàn)樾枰獙?shí)時(shí)跟蹤纏繞部件的形狀，再根據(jù)形狀的改變需要實(shí)時(shí)調(diào)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(shí)現(xiàn)
3.1 生產(chǎn)線速度匹配
   整個(gè)生產(chǎn)線傳動(dòng)部件多，每個(gè)部件都單獨(dú)控制而又能聯(lián)動(dòng)，因?yàn)椴煌考乃俣绕ヅ鋯栴}直接影響膠條的拉伸程度，如果在傳送過程中出現(xiàn)拉伸現(xiàn)象，將影響纏繞的準(zhǔn)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(shí)時(shí)厚度，由模擬量輸入模塊Q68ADV將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由上一級速度的設(shè)定值進(jìn)行比較，比較后的數(shù)據(jù)由模擬量輸出模塊Q68DAV控制變頻器的頻率，進(jìn)而控制該部件的傳動(dòng)速度，從而達(dá)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(diào)整整個(gè)生產(chǎn)線的傳送速度，只需要在聯(lián)動(dòng)的情況下調(diào)整擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速，整個(gè)生產(chǎn)線將自動(dòng)匹配速度。
3.2 伺服控制
   由于需要實(shí)時(shí)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(tǒng)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(jī)速度脈沖輸出，信號(hào)進(jìn)入高速計(jì)數(shù)模塊，檢測伺服電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)度；10(SG)、19(RD)端子為伺服電機(jī)準(zhǔn)備完畢信號(hào)，該信號(hào)有輸出，說明伺服放大器就位，準(zhǔn)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(jī)的左移、右移、復(fù)位、急停信號(hào)。CN2為伺服電機(jī)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(jī)的速度由模擬量輸出模塊給定(-10 V~+10 V)，位移傳感器將實(shí)時(shí)檢測的纏繞部件的尺寸傳送給PLC，再由工控軟件進(jìn)行比較判斷，計(jì)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(jì)數(shù)模塊(QD62)第一通道采集X軸伺服脈沖數(shù)傳送給PLC數(shù)據(jù)寄存器D770，再通過DMOV指令將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給寄存器D1010。由于上位機(jī)需要根據(jù)實(shí)時(shí)速度進(jìn)行比較判斷，所以數(shù)據(jù)寄存器D1010數(shù)據(jù)通過通信電纜上傳給上位機(jī)，由上位機(jī)根據(jù)位移傳感器所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)根據(jù)纏繞圖形的需要，給出當(dāng)前X軸伺服電機(jī)的最佳速度。上位機(jī)將計(jì)算得到的X軸伺服電機(jī)的實(shí)時(shí)速度給定值通過數(shù)據(jù)寄存器D1028傳送給PLC，再由MOV指令將給定值存放在數(shù)據(jù)寄存器D725。[TO  H5  K1  D720  K8]指令是將PLC數(shù)據(jù)區(qū)D720~D727共8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)值傳送給PLC第5槽模擬量輸出模塊(Q68DAV)緩沖存儲(chǔ)器K1~K8，X軸伺服電機(jī)D725數(shù)據(jù)對應(yīng)模擬量輸出模塊第6通道緩沖存儲(chǔ)器K6，這樣X軸伺服電機(jī)就能按相應(yīng)的速度設(shè)定值運(yùn)轉(zhuǎn)了。X軸伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由PLC的數(shù)字量模塊根據(jù)實(shí)際需要給定信號(hào)就可以相應(yīng)地正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運(yùn)行，Y0B2和Y0B1分別代表X軸伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號(hào)。

4 監(jiān)控軟件的功能
   PLC所發(fā)的指令都是根據(jù)上位機(jī)命令執(zhí)行的，所以子午線巨型輪胎一段纏繞的質(zhì)量很大程度上依賴于上位機(jī)監(jiān)控軟件的功能是否完善，計(jì)算是否合理。本文采用VB根據(jù)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(zhì)量要求的監(jiān)控軟件。子午線巨型輪胎一段纏繞監(jiān)控軟件主要包括纏繞仿真實(shí)時(shí)曲線畫面、工藝參數(shù)管理畫面、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)畫面、系統(tǒng)畫面等。
   (1)纏繞仿真實(shí)時(shí)曲線畫面：該畫面可以直觀地反映纏繞部件的形狀，根據(jù)位移傳感器傳送的數(shù)據(jù)，描繪出真實(shí)的曲線，還可以現(xiàn)實(shí)纏繞的重量，及各個(gè)軸的位置狀態(tài)。操作人員可以根據(jù)形狀的變化做出不同的操作調(diào)整，比如重量，如果發(fā)現(xiàn)輕了，可以適當(dāng)給予補(bǔ)償。除了形狀，重量也是一個(gè)重要參數(shù)，輕了可能會(huì)引起輪胎露線、缺膠等質(zhì)量問題，重了會(huì)引起鋼絲彎曲，還可能產(chǎn)生沒必要的膠料浪費(fèi)。該畫面還可以對曲線進(jìn)行保存和打印。
   (2)工藝參數(shù)管理畫面：它是針對部件形狀的一個(gè)預(yù)輸入畫面，找出部件的形狀節(jié)點(diǎn)，輸入坐標(biāo)，在纏繞過程中就可以按設(shè)定的軌跡進(jìn)行纏繞，所以部件預(yù)輸入的合理性直接就影響纏繞的實(shí)際形狀。還可以對其他的輔助參數(shù)進(jìn)行輸入(如補(bǔ)償系數(shù)、纏繞層數(shù)等)，不同配方或者不同纏繞部件，參數(shù)會(huì)不盡相同。參數(shù)還可以根據(jù)實(shí)際纏繞的情況進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到理想的纏繞效果。工藝參數(shù)管理畫面還有對配方進(jìn)行保存、修改、調(diào)用等功能。
　(3)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)畫面：該畫面具有班組產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)功能，可以對不同班組的產(chǎn)量、規(guī)格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類。
　(4)系統(tǒng)畫面：該畫面可以調(diào)用其他各畫面，還可以設(shè)置權(quán)限保護(hù)，密碼保護(hù)分三層：技術(shù)管理層、車間層和操作層。技術(shù)管理層為最高級權(quán)限，可以對所有參數(shù)進(jìn)行修改、調(diào)用參數(shù)和操作；車間層權(quán)限可以調(diào)用不同配方及正常的操作，但是不能設(shè)置參數(shù)；操作層權(quán)限僅限于操作，但是可以查看當(dāng)前配方的參數(shù)，不能修改和調(diào)用不同配方。
    通過整個(gè)系統(tǒng)的配合，充分利用直流調(diào)速器、變頻器、伺服、PLC等的功能，配以專用的監(jiān)控軟件，在實(shí)際生產(chǎn)過程中纏繞控制結(jié)果較為理想。整個(gè)控制系統(tǒng)自動(dòng)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(tǒng)有良好的借鑒作用。
參考文獻(xiàn)
[1] MITSUBISHI.MELSEC-Q指南，2005.
[2] MITSUBISHI.Servo manual(MR-J2S-A)，2005.
[3] MITSUBISHI.Q系列數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用戶手冊，2005.
[4] MITSUBISHI.Q系列模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用戶手冊，2005.
[5] Windows 2000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.