主要介紹了施耐德伺服控制系統在北京首創輪胎廠三鼓一次法成型機上的應用 1 序言 近些年，汽車工業和高速公路的大力發展，帶動了橡膠業的高速發展和技術的不斷更新，特別近一兩年，子午線輪胎項目更是不斷增加。全球輪胎業前十名都以不同的形式在中國市場合作建廠，并將最先進的工藝和設備帶到國內。包括國內企業在內，擴大產能、提高技術成為各輪胎企業發展的重中之重。而在這股大潮中，半鋼一次法成型機更是其中的寵兒。 伴隨著國內近幾年橡膠機械的繁榮景象，北京首創輪胎股份有限公司于2005年第三季度開始了新廠遷址工程，作為北京市重點項目的新廠遷址工程的核心組成部分之一的400萬套半鋼一次法成型機，更是高新科技和橡膠業良好結合的產物。北京沃華創新科技有限公司作為該項目的系統集成商，經過仔細評審，最終決定該成型機電氣控制系統主要定位為使用施耐德公司的產品，定位該系統主要出于以下考慮，施耐德自己的產品線比較齊全，在系統構建時避免更多家供應商的介入，便于組態和維護，硬件產品上也有較大的兼容性。同時和同級別同性能的其他國際知名自控配套廠商相比，施耐德具有操作簡便物美價廉的優點。 2 工藝特點及系統搭建 三鼓半鋼一次法輪胎成型機由主機、胎體供料架、帶束層供料架、胎面供料架、冠帶條供料架、氣動系統和電控系統組成。通過電控系統的控制，成型機按時序先后，將PA預復合件，簾布線在胎體成型鼓上貼合反包后，通過主機傳遞環將成型后的胎體部件運輸到定型鼓上等待，當帶束層和冠帶條以及胎面貼合完成后，一起在定型鼓上充氣壓合為胎坯。并且整個胎坯的成型工藝要求在1分半鐘完成。針對該工藝要求，各供料架需能夠自動定長備料，當主鼓物料貼合時各供料單元能夠做到同步供料，冠帶條按照工藝的要求應能完成不同的纏繞方法，當生產不同規格的輪胎時觸摸屏應能提供簡易操作的配方切換功能。由于要求高度的自動化程度，一次法成型機對于整個過程的精度和速度都要求極高，因此我們采用了施耐德的整體解決方案。即PLC選擇施耐德PREMIUM系列的CPU——TSX574823。該款CPU集成了以態網接口和CANOPEN總線接口，人機界面和調速控制單元可以分別通過以太網和CAN總線同主站CPU相連接。各從站的遠程IO通過施耐德內部總線BUS-X相連接，而該套設備的核心部分（伺服控制部分）我們采用了施耐德的軸控制模塊TSXCSY16A配合SERCOS光纖環網技術對LEXIUM17系列伺服驅動器控制，從而完成該成型機不同部分的不同工藝要求。具體的網絡搭建結構如圖1所示。 3 核心應用簡介 由于半鋼一次法成型機屬于典型的運動控制，所以伺服控制系統在整個自動化控制中起到至關重要的作用。在輪胎成型過程中，運動控制有以下幾個關鍵技術需要實現: 3.1 手動模式 即在恒扭矩下完成對操作工手動模式下的操作相應。（各種手動模式下的操作） 3.2 定長控制 即根據不同規格需要輸送定長的材料帶。（如各供料單元的自動備料） 3.3 組合軸控制 即當設備的一部分運動時要求其它部分同步同速或按一定速比匹配同時運動。（如物料在鼓上的貼合） 3.4 插補控制 即當設備的不同部分各自完成不同動作又要求時間上匹配。（如冠帶條的纏繞）作者還將結合自己的實際應用體會簡要的說一下該項目中伺服部分的控制方案: 表1列舉了該項目中伺服系統的具體選型配置，而各個軸的具體控制方案如表2。 該套系統共用到了十臺LEXIUM17系列的伺服控制器，即有十個控制實軸，所以我們選用了一個16軸的基于施耐德PLC的伺服控制模板TSXSCY164通過SERCOS光纖網絡技術對這十臺伺服驅動器及下級電機進行控制。如圖2所示。 （1）該套系統中的手動控制部分我們采用通過對伺服控制器控制模式的選擇，即將控制模式選擇為MANUAL（手動）模式來實現的，在此種模式下，我們可配合PLC的數字信號輸入模塊的信號采集，來完成對操作工操作的響應。操作涉及到的FUNCTION CODE（控制字）為2572（模式選擇）。在該模式下我們可以完成各個鼓的手動恒扭矩旋轉、起停控制和供料架的手動控制供料。 （2）各個供料架的自動備料過程中自動定長部分，我們采用了INCR_MOVE（相對位置）方案，即在當前位置的基礎上再走一個固定長度，該方案解決了在連續生產過程中尋原點的問題，可以完成在無需尋原點的情況下就可完成對物料的重復精準定長，該操作涉及的FUNCTION CODE（控制字）是513（運動的模式選擇）。在該模式下伺服電機將以一定的速度旋轉到一個特定的位置。通過伺服系統的這種功能我們就能完成重復的，按照一定速度對物料的自動定長裁斷及輸送到供料架的待料前段，等待下一次的貼合這一過程。 （3）同步貼合過程，我們采用了Following Function（跟蹤軸）方案，即我們建一個新的組合軸，該組合軸由兩個或兩個以上的軸組成，包括一個主軸和若干個從軸，當主軸旋轉時，從軸按照一定的速比跟著旋轉。該操作涉及的主要FUNCTION CODE（控制字）是513（運動的模式選擇）和2114（主從軸之間速比的修改）。我們在成型機中應用該方案解決了由于物料在鼓上自動貼合時，供料架供料速度和啟動時間與鼓旋轉的不匹配而造成的物料拉伸及堆積問題。 （4）由于零度帶在貼合過程中要求較大的貼合接頭，從而導致輪胎的動平衡性較差，所以現在的輪胎工藝大多采用了冠帶條來替換零度帶，在我們的半鋼一次法成型機項目中，用戶要求我們提供在不同的配方下的冠帶條的不同纏繞方法，我們采用了Co-ordinated Axes（插補）方案。即新建一個插補組合軸，在應用中我們讓冠帶條的伺服作為主軸，貼合鼓作為從軸。該操作涉及的主要FUNCTION CODE（控制字）是513（運動的模式選擇）。引用該方案我們成功地解決了用戶要求的不同冠帶條纏繞方法以及冠帶條纏繞過程中，冠帶條和鼓之間的動作相對獨立而時間又要求匹配這一難點。 4 應用總結 通過使用施耐德這一整套MOTION解決方案，我們成功解決了半鋼一次法成型機要求的自動化程度高，響應速度快，精度高，操作簡單這一系列難題。并使得該成型機達到國際先進水平。解決了進口設備本土化效率較低的問題，使該種成型機成為符合中國橡塑行業國情的新款成型機。并得到最終用戶的好評。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集