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全鋼絲載重子午線輪胎在國內(nèi)已應(yīng)用多年，其產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)越，高速、耐磨、節(jié)油、環(huán)保，社會效益顯著。特別是近幾年高速公路飛速發(fā)展，也使全鋼絲載重子午線輪胎需求量猛增，各主要輪胎廠家都把全鋼絲載重子午線輪胎作為發(fā)展重點(diǎn)，紛紛擴(kuò)大生產(chǎn)，同時國內(nèi)還涌現(xiàn)了很多新興的全鋼絲載重子午線輪胎生產(chǎn)廠家。
全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)是子午胎生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，需求量很大。成型機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，在引進(jìn)全鋼絲載重子午線輪胎生產(chǎn)技術(shù)的初期主要依賴進(jìn)口，進(jìn)口設(shè)備價格昂貴，投資很大，增加了生產(chǎn)成本。進(jìn)入90年代，國內(nèi)先后開發(fā)了LCZ-3型和THD-50型兩種全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)，加速了子午胎設(shè)備國產(chǎn)化的進(jìn)程。
青島高校軟控股份有限公司在經(jīng)過市場考察、預(yù)測及行業(yè)內(nèi)專家的反復(fù)論證后，開始開發(fā)ZCX型系列全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)，并于2002年底取得了成功。產(chǎn)品一投入市場，就得到了用戶的認(rèn)可，初期生產(chǎn)的8臺機(jī)器已被搶購一空，還有不少廠家前來訂貨。
全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)是一臺機(jī)電一體化的設(shè)備，電氣控制系統(tǒng)是它的“靈魂”和“大腦”，要確保控制的可靠性和先進(jìn)性。我公司通過反復(fù)比較，控制系統(tǒng)解決方案采用了羅克韋爾自動化公司的ControlLogix PLC控制系統(tǒng)，并利用SERCOS（串行實(shí)時通訊系統(tǒng)）連接多個伺服驅(qū)動器，通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場FLEX I/O工作站，減少了開發(fā)、安裝的工作量，增加了系統(tǒng)的可靠性并提高了系統(tǒng)的整體性能。系統(tǒng)配置圖如下：

在我們選擇控制系統(tǒng)方案時，發(fā)現(xiàn)ControlLogix系統(tǒng)特別適合于成型機(jī)的控制，這是因?yàn)槌尚蜋C(jī)不但有I/O邏輯順序控制，而且還有伺服運(yùn)動控制，而ControlLogix系統(tǒng)正是目前世界上惟一能把這兩種類型的控制集成在一起的PLC控制系統(tǒng)。
ControlLogix系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)意義上的PLC，它為工業(yè)控制提供了最新的、具有靈活性的整體解決方案。它的處理器是一個多任務(wù)的處理器，在它的內(nèi)核中設(shè)計有通訊功能，它的無源數(shù)據(jù)總線采用了Producer/Consumer技術(shù)以提供高性能的、確定性的以及分布式的解決方案，它能與現(xiàn)有PLC系統(tǒng)之間完美結(jié)合，能與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)完美結(jié)合并可實(shí)現(xiàn)信息的透明互換，能與其他網(wǎng)絡(luò)上的程序處理器之間完美結(jié)合，它能通過Ethernet、ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)分布式處理。
特別是ControlLogix處理器具有完整的運(yùn)動控制功能。通過高速度的背板，處理器可與伺服接口模塊進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)高度的集成操作及位置環(huán)和速度環(huán)的閉環(huán)控制。Logix處理器內(nèi)部含有豐富的運(yùn)動控制命令。這些命令支持各種運(yùn)動功能，從簡單的點(diǎn)-對-點(diǎn)運(yùn)動到復(fù)雜的齒輪運(yùn)動。RsLogix 5000編程軟件除了為順序控制提供梯形圖編程外，還可以為運(yùn)動控制提供完整的編程及調(diào)試支持。這種方法大大加快了開發(fā)和集成的速度，并使得啟動和故障診斷更容易。
在這個系統(tǒng)中，我們采用的是ControlLogix5555處理器，配有DeviceNet網(wǎng)絡(luò)接口模板，用于連接幾個現(xiàn)場的1794 FLEX I/O工作站和PowerFlex 70變頻調(diào)速器，另外選用了一臺觸摸屏PanelView來進(jìn)行輔鼓的提示和操作，這臺PanelView也通過DeviceNet與PLC連接。伺服運(yùn)動控制器通過SERCOS光纖環(huán)網(wǎng)絡(luò)與PLC連接，在PLC上有一塊可控制16軸的SERCOS模塊，伺服控制器采用了一臺8軸的Kinetix 6000驅(qū)動器，另外3臺伺服電機(jī)一臺是因?yàn)楣β瘦^大，另兩臺功率較小，因此各采用了一臺Ultra3000驅(qū)動器進(jìn)行控制。
同樣采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的DeviceNET現(xiàn)場總線在2002年已成為我國的國家標(biāo)準(zhǔn)，它負(fù)責(zé)從低層設(shè)備采集數(shù)據(jù)，有效地減少了電纜數(shù)量和敷設(shè)工作量，降低了成本和縮短了安裝周期，減少了起動和維修時間。DeviceNet還增加了設(shè)備層診斷功能，可以用于趨勢分析和故障診斷。
SERCOS光纖網(wǎng)絡(luò)是1996年發(fā)布的為高速、實(shí)時設(shè)計的全球開放的專為運(yùn)動控制設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)，它采用光纖傳輸信號，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，最多可帶254個節(jié)點(diǎn)。
觸摸屏計算機(jī)用于主鼓操作面板，它運(yùn)行當(dāng)今流行的WINDOWS98/2000/NT/XP操作系統(tǒng)，成型機(jī)的控制軟件具有輪胎參數(shù)的修改、工作過程中的狀態(tài)監(jiān)視及故障診斷等功能。

圖1 成型機(jī)設(shè)備照片
在應(yīng)用ControlLogix系統(tǒng)的過程中，我們在以下幾個方面體會到了這個系統(tǒng)帶來的好處。
1. 在設(shè)計階段節(jié)省工期，減少學(xué)習(xí)時間
1.1高度集成的RSLogix5000編程軟件
基于IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，Logix5550控制器的指令集保持了已有的Allen-Bradley產(chǎn)品共同的看則有悟的特點(diǎn)，這使我們能充分利用已有的編程技能。
只需要安裝一個RSLogix5000編程軟件包即可完成可編程序控制器、伺服控制器和伺服驅(qū)動器的編程和設(shè)置，而不像有些系統(tǒng)那樣需要2個甚至是3個單獨(dú)的軟件包。
1.2基于標(biāo)記的尋址方式使得編程更加輕松
在Logix可編程序控制器中，處理器可直接運(yùn)用實(shí)名標(biāo)記，可根據(jù)數(shù)據(jù)在應(yīng)用中的用途來命名有意義的標(biāo)記，這使得程序具有更高的可讀性，大幅減少了工程的時間和費(fèi)用，也能減少編程和調(diào)試運(yùn)行中的錯誤，更加便于維護(hù)。
1.3高度集成的運(yùn)動控制
成型機(jī)有11個伺服電機(jī)，運(yùn)動控制不但編程復(fù)雜，而且要與其它的I/O結(jié)合起來完成工序的控制。而ControlLogix將兩者完美的結(jié)合在了一起，而且將伺服編程變成了非常容易完成的工作，只需簡單地在控制器的梯形圖程序中插入標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動指令。
1.4用戶自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
ControlLogix系統(tǒng)允許自己定義適合生產(chǎn)要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不是像傳統(tǒng)PLC那樣為適應(yīng)控制器的要求去存儲數(shù)據(jù)。因此，我們建立了各種適合成型機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在開發(fā)和維護(hù)過程中都使程序更加便于閱讀。
總之，在設(shè)計階段利用ControlLogix提供的優(yōu)越性，我們將原先需要4個月編程時間縮短到了1個半月。
2. 在安裝階段減少接線，減少了工作量
2.1SERCOS系統(tǒng)
采用光纖環(huán)網(wǎng)的SERCOS伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)使每個軸的伺服驅(qū)動器與伺服運(yùn)動控制器之間的硬接線連接變成只需要用一根光纖連接，大幅減少了安裝時間和成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了系統(tǒng)抗電磁干擾的能力，也節(jié)省了控制機(jī)柜的空間。我們成型機(jī)的控制柜由原來的3個縮減為現(xiàn)在的2個，而且柜內(nèi)還非常簡潔,配線的工作量也少了很多。

圖2 采用SERCOS的控制柜
2.2用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接的Flex I/O
現(xiàn)場設(shè)備就近與Flex I/O工作站連接，主PLC只用一根DeviceNet網(wǎng)絡(luò)線將現(xiàn)場的Flex I/O工作站連接在一起，這樣有效地減少了電纜敷設(shè)的數(shù)量和工作量，縮短了安裝周期。

圖3 Flex I/O現(xiàn)場工作站
3. 在操作階段提高了操作性能
由于ControlLogix系統(tǒng)功能如此強(qiáng)大，而且編程也非常容易，這就使我們將主要精力放在設(shè)備的工藝、操作控制上，編寫的程序更加符合設(shè)備的工藝要求和操作要求。
4. 在維護(hù)階段有出眾的診斷性能，減少了停機(jī)時間
在成型機(jī)控制系統(tǒng)中，伺服運(yùn)動控制是最重要的，伺服運(yùn)動控制的好壞直接關(guān)系到成型機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，直接影響到了生產(chǎn)效率。通過SERCOS網(wǎng)絡(luò)，ControlLogix系統(tǒng)不斷地對伺服驅(qū)動器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。對于那些潛在的問題，在它們造成生產(chǎn)中斷之前就向操作員報警，可減少突發(fā)停機(jī)事故，也能減少故障對伺服電機(jī)及其相關(guān)系統(tǒng)造成的損害。全面的診斷信息能在觸摸屏計算機(jī)上顯示出來，更加便于查找故障并進(jìn)行處理，將生產(chǎn)損失減少到最小。
同樣，通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接到ControlLogix系統(tǒng)的PowerFlex變頻調(diào)速器的故障診斷也非常容易。
采用羅克韋爾自動化公司的這套方案后，我們成型機(jī)控制系統(tǒng)非常先進(jìn)，完全超過了國內(nèi)其它廠家，使開發(fā)、安裝、調(diào)試、維護(hù)的工作量減少，系統(tǒng)的可靠性增加，也為中國輪胎生產(chǎn)企業(yè)提供了最先進(jìn)、可靠的成型機(jī)控制技術(shù)。



作者簡介:
張君峰，男，92年畢業(yè)于青島化工學(xué)院自動化系，現(xiàn)任青島高校軟控股份有限公司副總工程師，從事控制及軟件方面的工作。