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    1 項目簡介

    輪胎成型機是輪胎生產(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型成型機是半鋼乘用車子午胎（兩鼓）成型機，具有設(shè)備精度高、生產(chǎn)效率高、自動化程度高等特點，可以生產(chǎn)動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，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)軟件的人機界面PowerView及網(wǎng)絡通訊功能，可實現(xiàn)成型機的自動化控制及遠程故障監(jiān)控等功能。
LCZ-PCR1218型輪胎成型機由主機、輔機、電氣控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)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(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(xiàn)成型機的工藝過程的有力保證，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人機界面上來實現(xiàn)的，采用了易控（INSPEC）組態(tài)軟件實現(xiàn)了強大的數(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)絡控制圖
    根據(jù)機械結(jié)構(gòu)各個部件的不同功能，電氣控制系統(tǒng)采用分布式通訊網(wǎng)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(wǎng)絡基本由以太網(wǎng)和CC-Link網(wǎng)絡組成，結(jié)構(gòu)簡單清晰。Q系列的以太網(wǎng)、CC-Link實現(xiàn)了不同網(wǎng)絡類型、不同網(wǎng)絡層次之間的無縫通訊，數(shù)據(jù)能在接入網(wǎng)絡的任何PLC之間相互傳輸，也能使用GXDeveloper進行數(shù)據(jù)監(jiān)視和編程。

    控制層網(wǎng)絡使用CC-Link通訊協(xié)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(xiàn)對各功能部件的單獨控制，通過通訊模塊QJ61BT11N構(gòu)成CC-Link網(wǎng)絡，實現(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)備開發(fā)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(fā)效率，縮短了設(shè)備開發(fā)及調(diào)試的周期。

    設(shè)備層網(wǎng)絡同樣使用了CC-Link通訊協(xié)議。遠程I/O站、遠程設(shè)備站（變頻器、遠程高速技術(shù)模塊）以及遠程智能設(shè)備站（遠程A/D、D/A模塊）構(gòu)成了各個分站內(nèi)部的子網(wǎng)，各分站CPU通過對遠程I/O掃描進行數(shù)據(jù)交換。遠程控制在分站中的應用，使得硬件搭設(shè)思路更加清晰，電氣柜至設(shè)備的接線更加簡潔。各變頻電機亦通過CC-Link通訊模塊E-5NC掛在子網(wǎng)中，做到了實時調(diào)速，同時可以根據(jù)需要實時調(diào)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(wǎng)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(tài)監(jiān)控以及故障診斷，同時可以對本站的機械參數(shù)進行設(shè)定。

    頂層網(wǎng)絡由主站CPU通過以太網(wǎng)接口模塊QJ71E71-100與主站人機界面、BST控制器Prologic構(gòu)成以太網(wǎng)。主站PLC通過以太網(wǎng)實現(xiàn)了對糾偏數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)出控制指令，二者的交互對話又通過以太網(wǎng)實時反映在主站人機界面中，操作人員可以根據(jù)設(shè)備運轉(zhuǎn)以及物料的實際情況在人機界面中對糾偏參數(shù)進行靈活調(diào)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(tài)軟件制作，具有強大的配方功能，所有規(guī)格參數(shù)在配方中生成，并通過以太網(wǎng)、CC-Link傳送到設(shè)備各個功能環(huán)節(jié)，使得在生產(chǎn)過程中更換規(guī)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?qū)崟r將設(shè)備狀況（如故障報警）、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)備維護人員、生產(chǎn)管理人員等）的手機中。

    硬件系統(tǒng)構(gòu)成如下：該臺設(shè)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(qū)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(tǒng)可以實現(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、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(diào)試手段也更加豐富，是使設(shè)備達到最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)的必要條件。以下為該臺設(shè)備中應用技術(shù)的要點：

    （1）動態(tài)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(tài)打壓造成的氣泡現(xiàn)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(zhuǎn)編碼器反饋傳送帶的實際運轉(zhuǎn)長度，實現(xiàn)了雙閉環(huán)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(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；

    （4）傳遞環(huán)的控制使用了伺服電機的速度-扭矩控制。在以往的傳遞環(huán)控制中，有使用雙速電機帶摩擦片的方式，控制簡單，但設(shè)備長時間的運轉(zhuǎn)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(tài)軟件完全架構(gòu)于微軟的.NET平臺，采用.Net Remoting、XML等最新技術(shù)等，保證了系統(tǒng)的先進性。易控（INSPEC）組態(tài)軟件優(yōu)秀的功能使工程開發(fā)設(shè)計變得非常容易。
                      
                                   圖3  開機及每班結(jié)束退出或進入界面
    如圖3所示，設(shè)計有每天三班操作員登陸，每班操作員的生產(chǎn)記錄都會以歷史數(shù)據(jù)庫的形式存于PowerView內(nèi)。操作級別有操作員級別、工藝員級別、設(shè)備維修人員級別及設(shè)備廠家級別，不同級別進入會有不同的操作畫面和權(quán)限。班產(chǎn)計數(shù)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(shè)備運行準備畫面
    如圖4所示，畫面中有主鼓工位原位狀態(tài)顯示，顯示設(shè)備運行的原位準備條件；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)備運行時的操作設(shè)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(tài)顯示，顯示供料架原位及工作狀態(tài)；輪胎規(guī)格顯示及計數(shù)功能等。
                      
                                   圖5 設(shè)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(tài)畫面，按鈕會有不同的功能狀態(tài)，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(tài)滾壓、主鼓燈標及傳遞環(huán)。手動按鈕有循環(huán)停止、循環(huán)互鎖、功能按鈕、功能開關(guān)1、功能開關(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，可以進行輪胎規(guī)格的保存及導入導出到硬盤或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，當前班的早班、中班、晚班及日產(chǎn)記錄。
                       
                                   圖9 報警診斷畫面
    如圖9所示，報警診斷畫面，設(shè)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(chǎn)情況發(fā)送到相關(guān)人員手機中的功能。
                        
                                圖10  操作說明畫面     
     如圖10所示，操作說明畫面。通過該畫面可以使操作人員很快了解設(shè)備的使用說明、注意事項以及規(guī)格更換步驟。

    4 系統(tǒng)特點

    設(shè)備全機共使用了6個人機界面PowerView，每個站各配備一個，各分站人機界面負責本站的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和機械參數(shù)設(shè)定，主站人機界面則可以對全局變量進行監(jiān)控和修改，并承擔規(guī)格參數(shù)的生成和下載。

    主監(jiān)控站使用易控（INSPC）組態(tài)軟件進行開發(fā)，該軟件是在.NET平臺上運行的新一代組態(tài)軟件，制作的畫面精美、品質(zhì)高，動畫豐富逼真，能非常好地實時反映鼓肩、助推盤、動態(tài)壓輥等部件的當前位置，界面十分友好。界面切換通過下菜單觸摸按鈕實現(xiàn)，包括各種手動操作畫面、自動/半自動運行畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、故障診斷畫面以及主界面浮動報警等。在手動操作模式下，對按鈕進行了軟件化操作，即使用兩個功能開關(guān)、一個功能按鈕，對不同界面下的不同機械部件實現(xiàn)相應的功能操作，使得操作面板十分簡潔、一目了然，改變了以往大量安裝選擇開關(guān)、按鈕以及指示燈的狀況，從而簡化了電氣接線，減少了因接線繁多造成接線錯誤而帶來的不必要的麻煩，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的輪胎工藝，同時也需要各個生產(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)軟件實現(xiàn)了豐富的故障診斷功能及報警及生產(chǎn)記錄的歷史保存功能，這些數(shù)據(jù)圖表便于分析設(shè)備的運行狀況。

    本系統(tǒng)軟件首臺于2006年9月在輪胎廠通過驗收，隨后已在多家輪胎廠中得到了成功應用。自交付工廠使用以來，系統(tǒng)在現(xiàn)場每天24小時不分晝夜運行，至今未出現(xiàn)任何問題。本系統(tǒng)的優(yōu)良表現(xiàn)保證了生產(chǎn)任務的完成，從而贏得了用戶的信賴和好評。

    用戶對該系統(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價。

    摘自《自動化博覽》2010年第三期