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1 項目簡介

    輪胎成型機是輪胎生產中的關鍵設備，輪胎成型的好壞直接影響輪胎最終產品的質量。北京航空制造工程研究所生產的LCZ-PCR1218型成型機是半鋼乘用車子午胎（兩鼓）成型機，具有設備精度高、生產效率高、自動化程度高等特點，可以生產動平衡和均勻性良好的高品質輪胎，滿足高檔轎車的使用要求。LCZ-PCR1218控制系統采用模塊化設計，使用日本三菱可編程控制器（MITSUBISHI），采用分布式控制結構，采用嵌入易控（INSPEC）組態軟件的人機界面PowerView及網絡通訊功能，可實現成型機的自動化控制及遠程故障監控等功能。

    LCZ-PCR1218型輪胎成型機由主機、輔機、電氣控制系統、氣動系統及其配套件組成。
             

                                圖1 成型機平面布置圖
                    

    主機部分由胎體成型鼓（主鼓）、傳遞環、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、燈光標尺等部分組成；輔機部分由胎體供料架、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操作界面的核心部分，是實現成型機的工藝過程的有力保證，設備的工藝參數的設定，各種操作的提示，故障的診斷等都是在主機人機界面上來實現的，采用了易控（INSPEC）組態軟件實現了強大的數據采集和監視控制功能。

2 系統構成

    根據機械結構各個部件的不同功能，電氣控制系統采用分布式通訊網絡控制，分為6個站：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。通訊網絡基本由以太網和CC-Link網絡組成，結構簡單清晰。Q系列的以太網、CC-Link實現了不同網絡類型、不同網絡層次之間的無縫通訊，數據能在接入網絡的任何PLC之間相互傳輸，也能使用GX-Developer進行數據監視和編程。

    控制層網絡使用CC-Link通訊協議。成型鼓站擔負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，各站相互獨立，實現對各功能部件的單獨控制，通過通訊模塊QJ61BT11N構成CC-Link網絡，實現各站之間的數據交換。由于采用分布式控制，將各主要功能分散，這在設備開發過程中使得程序大大簡化，同時提高了程序的可讀性，極大地提高了開發效率，縮短了設備開發及調試的周期。

    設備層網絡同樣使用了CC-Link通訊協議。遠程I/O站、遠程設備站（變頻器、遠程高速技術模塊）以及遠程智能設備站（遠程A/D、D/A模塊）構成了各個分站內部的子網，各分站CPU通過對遠程I/O掃描進行數據交換。遠程控制在分站中的應用，使得硬件搭設思路更加清晰，電氣柜至設備的接線更加簡潔。各變頻電機亦通過CC-Link通訊模塊E-5NC掛在子網中，做到了實時調速，同時可以根據需要實時調整變頻電機的加減速時間，使得控制更加靈活。各個分站均配有中型或小型觸摸屏，觸摸屏A970GOT作為一個從站加掛在貼合鼓站的子網中，其余各分站均配備一個F940GOT，通過RS-422與CPU通訊。各個觸摸屏負責本站的狀態監控以及故障診斷，同時可以對本站的機械參數進行設定。

    頂層網絡由主站CPU通過以太網接口模塊QJ71E71-100與主站人機界面、BST控制器Prologic構成以太網。主站PLC通過以太網實現了對糾偏數據的采集，并發出控制指令，二者的交互對話又通過以太網實時反映在主站人機界面中，操作人員可以根據設備運轉以及物料的實際情況在人機界面中對糾偏參數進行靈活調整，以達到最佳的糾偏效果。主站人機界面選用無風扇高可靠PowerView高端人機界面，操作界面使用易控(INSPEC)組態軟件制作，具有強大的配方功能，所有規格參數在配方中生成，并通過以太網、CC-Link傳送到設備各個功能環節，使得在生產過程中更換規格的工作十分簡單、輕松。

    另外，主站人機界面還具有短信功能，能夠實時將設備狀況（如故障報警）、生產狀況（如班產量等）以短信方式發送到相關人員（設備維護人員、生產管理人員等）的手機中。

    硬件系統構成如下：該臺設備中共使用了14套伺服電機，各層半成品料的定長電機均為伺服電機，保證了自動定長的精度。在控制上選用三菱J2S-B系列驅動器，通過總線SSCNET與定位模塊QD75M連接，相比使用集電極開路接線方式的QD75P接線更加簡單，布線更加整潔。三菱伺服系統可以實現定位控制、速度控制、速度扭矩控制等多種控制方式，具有圓弧插補、多軸同步定位（最多為3軸）等高級定位功能，控制靈活多變，適應被控對象的不同要求，調試手段也更加豐富，是使設備達到最佳運轉狀態的必要條件。以下為該臺設備中應用技術的要點：

    （1）動態打壓由縱向及橫向兩個伺服電機完成，由于兩個伺服軸在同一個定位模塊中，故能夠采用其圓弧插補功能，完美擬合胎面及胎肩曲線，同時徹底消除靜態打壓造成的氣泡現象，大幅提升了輪胎合格率；

    （2）預復合料及簾布定長在使用伺服電機的同時，使用獨立的旋轉編碼器反饋傳送帶的實際運轉長度，實現了雙閉環控制，使得物料定長精度進一步提高；

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

   （4）傳遞環的控制使用了伺服電機的速度-扭矩控制。在以往的傳遞環控制中，有使用雙速電機帶摩擦片的方式，控制簡單，但設備長時間的運轉會造成摩擦片的磨損，需要定期的維護。

3 軟件應用

    易控（INSPEC）組態軟件完全架構于微軟的.NET平臺，采用.Net Remoting、XML等最新技術等，保證了系統的先進性。易控（INSPEC）組態軟件優秀的功能使工程開發設計變得非常容易。

                  

                             圖3 開機及每班結束退出或進入界面

    如圖3所示，設計有每天三班操作員登陸，每班操作員的生產記錄都會以歷史數據庫的形式存于PowerView內。操作級別有操作員級別、工藝員級別、設備維修人員級別及設備廠家級別，不同級別進入會有不同的操作畫面和權限。班產計數及累計，早班為8點~16點，中班16點~0點，晚班為0點~8點。

                   

                                  圖4 設備運行準備畫面

    如圖4所示，畫面中有主鼓工位原位狀態顯示，顯示設備運行的原位準備條件；成型工藝工步顯示，表示設備所處的工步狀態；工藝流程選擇，冠包側還是側包冠，單層簾布還是雙層簾布；設備運行時的操作設置，貼合時接頭壓力的選擇，輪胎成型時的動作選擇；主鼓供料架的狀態顯示，顯示供料架原位及工作狀態；輪胎規格顯示及計數功能等。

              

                               圖5 設備手動操作畫面

    如圖5所示，畫面中有操作盤上的按鈕實際位置圖，提供手動操作的按鈕功能提示，在不同的手動操作選擇狀態畫面，按鈕會有不同的功能狀態，畫面中會給出清晰明了直觀的操作提示。手動操作選擇有：成型鼓、主供料架、動態滾壓、主鼓燈標及傳遞環。手動按鈕有循環停止、循環互鎖、功能按鈕、功能開關1、功能開關2。

              
 
                               圖6 參數設置畫面

    如圖6所示，畫面中有輪胎成型的全部工藝參數的設置。

             

                               圖7 輪胎規格管理畫面

    如圖7所示，通過該畫面可以更改輪胎規格，并在操作密碼條件允許的情況下，可以進行輪胎規格的保存及導入導出到硬盤或U盤等操作。

             

                                 圖8 生產管理畫面

    如圖8所示，通過該畫面可以使操作工看到自己的班產、周產及月產的生產記錄，當前班的早班、中班、晚班及日產記錄。

              

                                圖9 報警診斷畫面

    如圖9所示，報警診斷畫面，設備的任何故障報警可以通過該畫面看到。并具有把報警信息、生產情況發送到相關人員手機中的功能。