西门子6ES7214-1BD23-0XB8诚信交易
详细介绍了胎面裁断系统的工作过程，以及控制变量的确定、主要元件的选取和部分控制回路的设计图。
关键词：可编程控制器；P L C ；变频调速；胎面；裁断系统；自动控制
X J - 2 0 0 0 轮胎胎面压出设备是集橡胶胎面复合挤出、冷却、裁断于一身的大型生产线，由于该设备只能对胎面进行人工量长、手动切割，劳动强度大、工作效率低，我们决定对其进行技术改造，增加定长自动切割功能。改造后的控制系统采用P L C 和交流变频调速技术相结合的控制方式，具体叙述如下。
1 裁断系统的动作过程
胎面裁断系统结构简图如图1 所示。
图1胎面裁断系统示意图
冷却后的胎面经贮存槽进入皮带运输机，当胎面贮存到一定程度时，光电开关1 J 动作、电机6 M 启动运行，同时直接装在6 M 后轴上的旋转编码器开始脉冲计数，电机6 M 经减速箱带动链条传动，链条又带动辊筒转动，后辊筒拖动皮带向前行进；通过8 4 2 1 码设定胎面的长度，当胎面长度达到预设值时，运输带经减速后停止运行。此时压胎面装置向下压紧胎，丝杆从初始端带动刀架快速向另一端行进并裁切胎面，在裁切胎面的过程中，喷水电磁阀动作并向切刀喷水；切割完毕后，压胎面装置升起、刀架抬起；丝杠带动切刀架退回到初始位置并停止运行、喷水电磁阀停止喷水，同时切刀架压下，一切恢复到初始状态，以便再次启动。在整个裁切过程中，由于前级运输带的连续运行，在裁断运输带停止运行和切胎面过程中，贮存槽的胎面已慢慢增多，当贮存槽的胎面增至引起光电开关1 J 动作时，电机6 M 又重新启动运行，从而反复地自动裁切胎面。若胎面增加到使光电开关2 J 、3 J 动作时，运输带会不同程度地加速运行。
2 控制变量的确定
该控制系统包括运输带与胎面裁切前速度配合、各电机拖动电路、胎面运输带的运行控制、胎面长度预置与控制、丝杠与刀架动作控制、切刀喷水控制、压胎面装置控制及加速运输控制，但其关键是胎面长度的控制，那么胎面长度与哪些因素相关呢？ 在系统示意图（图1 ）中，假定：电机6 M 运转的角速度为ω，电机6 M 所连减速箱的齿轮减速比为z ，减速箱输出轴的半径为r1，滚筒与链条传动端轴半径为r2，滚筒的半径为r3。又设：某种规格胎面的长度为L ，光电编码器每转一圈的脉冲个数为g 。
那么，可以推导出一条胎面全部经过后，光电编码器脉冲总个数A 的关系式，A = L z r2g /（2 π r1r3）。一旦设备和光电编码器选定好后，z、r1、r2、r3、g 都是常数，设zr2g ／（2 π r1r3）= k 则有A = k L ，把胎面长度L 看作一个自变量x ，那么脉冲总个数A 随胎面长度的变化可用函数关系式f （x ）= k x 来表示。
从上式中可以看出，光电编码器的脉冲总个数与胎面长度成正比关系，即脉冲总个数只随胎面长度变化而变化，而与运输带的速度无关。因此就可以通过光电编码器的脉冲个数来实现胎面的长度控制。
3 主要元件的选取
（1 ）可编程控制器：选择可编程控制器应考虑P L C 的类型、输入输出开关量、C P U 处理速度及输出接口电路的输出形式。该系统P L C输入量包括光电编码器计数；运输带与前级运输速度配合的1 J 、2 J 、3 J 光电开关信号；刀架限位的4 J ~ 7 J 接近开关信号；丝杠、裁刀、运输带、加速辊电源接点信号；各电机过载保护动作信号；胎面长度预置信号及系统启动、停止功能信号共4 0 个。输出量包括压胎面、喷水、刀架起落3 个电磁阀线圈动作信号（见图2 ）；各电机启动运行信号和指示信号；P L C 与变频器联络信号共2 5 个。考虑到P L C 输出需接电磁阀和接触器线圈，要求大电流输出，宜选择继电器输出型，这里选择三菱FX2-80MR 编程控制器。根据输出量和F X2- 8 0 M R 输出公共C O M 的关系，尚需配置一个8 点的输出模块F X - 8 Y E T。
图2电磁阀、接触器PLC 输出图
（2 ）交流变频调速器：变频调速器的选择应考虑它的控制方式、输入输出信号接线方式及变频器的输入输出电压。在这里选择三肯M F - 5 . 5 K 变频器。
（3 ）电机：该系统中共有6 台交流异步电机，丝杠采用YEJ90L-4 1.5kW 电磁制动电机；运输带选用YVP132S-4 5.5kW 交流变频电机；裁刀电机4M 选用Y 1 0 0 L2- 4 3 k W；该系统中加速辊筒与前级辊筒尺寸相同、加速辊电机减速比与运输带电机减速比相同，由于运输带采用变频调速器，所以加速辊电机5 M 选用Y 1 3 2 M -4 5 . 5 k W 就可使加速辊运输带的速度大于前级切刀运输带的速度。
（4 ）光电编码器、光电开关及接近开关：光电编码器将电机转速转化为脉冲信号在P L C 内进行计数，该编码器选用L E C - 6 B M - G 2 4 V 。1 J ~ 3 J 光电开关安装于切刀运输带前端与前级胎面运输带后端的贮存槽内，胎面在两条运输带之间的贮存量使光电开关相应动作，从而通过P L C 使切刀运输带相应地改变速度，这里选E3J-R4M1光电开关共3 套。接近开关4 J ~ 7 J 装于切刀架上，用于刀架抬起和放下裁切胎面、返回及停止的限位，选用TL-2E-X10E1共4 个，感应有效距离为1 0 m m 。光电编码器、光电开关及接近开关的工作电压均为D C 2 4 V 。
（5 ）电磁阀：本控制系统有3 个电磁阀，压胎面电磁阀1 D F 的作用是胎面长度达到预设值且切刀运输带停下后，使压胎面装置下落压住胎面以便切刀切割；切刀喷水电磁阀2 D F 是裁刀在切割胎面过程中对裁刀进行喷水；刀架运动电磁阀3 D F 使刀架抬起和放下。1 D F 、2 D F 选用DF1-1 AC220V；3DF 采用QZ23JD2-L 双控电磁阀，A C 2 2 0 V 。
（ 6 ）接触器及热继电器： 该系统中2 Q S~5QS 断路器选用西门子3VU1640、380V 系列；1 K M ~ 5 K M 接触器和继电器分别选择西门子3TF3110、3TF4322、3TF4622，线圈电压为220V系列；该设计中的1 F R ~ 5 F R 共5 个热继电器采用西门子3 U A 5 2 0 0 及3 U A 5 2 4 0 系列。
4 控制电路设计
控制电路主要包括电源回路、电机回路、变频器控制电路、可编程控制器的控制及外部接线。参见图3 、图4 。
图3变频器与PLC接线图
图4变频器外部接线图
5 结语
可编程控制器和变频调速器在工业过程控制中的应用非常广泛，本系统的控制也适用于其它类似的定长裁切系统。当然，该控制系统亦可采用P L C 与直流调速相配合的控制方式，本设计只是其中的一种。
轮胎硫化机是轮胎生产的关键设备之一，其控制系统的好坏直接影响到轮胎的硫化质量。传统的控制方式是继电器联锁控制，但其可靠性差，故障率多，灵活性差，维修困难。人们曾尝试单板机、计算机用于硫化机控制，取得了较明显的进步。但是其编程困难，技术很难掌握，控制通用性差，成本高，且对周围环境要求较高，因此其推广受到了一定限制。
随着可编程控器(Programmable Controller简称PC)在国内的运用和推广，人们找到了轮胎硫化机较理想的控制系统，即PC控制系统。由于其具有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于对轮胎硫化机的控制，获得广泛的推广。桂林橡胶机械厂作为硫化机的主要生产厂家，近年来对PC控制系统进行广泛的研究和运用。现在该厂主导产品双模轮胎定型硫化机已全部采用PC控制，结束了该厂近二十年使用继电控制的历史。本文主要以该厂对PC控制系统的研究，推广介绍可编程控器在轮胎硫化机上的应用。
2 PC特点及概况
可编程控器是一种专用的工业控制计算机，它与数控装置，机器人一起被评为工业自动化的三大支柱。其主要特点如下。
(1)可靠性高，抗干扰能力强。
(2)环境适应性强。PC控制直接适用于工业环境为其设计指标，对周围环境无严格要求，可直接安装于工业现场，不需另外保护措施。
(3)使用方便。主要表示在编程方便、接线、检修方便。
(4)产品采用模块化设计原则，大批量生产，质量严格控制。
国外生产PC的厂家很多，的有美国A-B公司和GE-FANUC公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司，德国AEG公司和西门子公司，法国的TE公司。它们号称PC领域的大雄，代表PC的高水平。它们在中国都有各自的代理商，很容易买到其产品。国产PC以小型为主，多数为仿制产品，I/0点均在128点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司，中科院自动化研究所，上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序运算。
国内PC在轮胎硫化机上的应用始于80平代末90年代初。上海大中华橡胶厂，上海正泰橡胶厂，桂林轮胎厂等轮胎生产厂家相继运用PC对硫化机进行改造，获得成功。轮胎硫化机的主要生产厂家如桂林橡胶机械厂，三明化机厂，上海轮胎机械厂把PC运用到新生产的轮胎硫化机上。轮胎硫化机控制系统的PC化已成为轮胎行业的一种趋势。
3 PC在轮胎硫化机上的应用
3.1 工艺流程
图1为硫化机PC控制系统框图。从这个框图中可看出，硫化机的控制大多属于过程控制，位置控制。采用PC可方便地进行编程并列出梯形图，实现硫化机的自动、手动控制。
3.2 硬件配置
我厂初选用三菱F2系列PC控制器，并运用到1525(ⅡZ)子午胎硫化机上，并获得成功。经过多年的实践，对比总结，发现F2系列存在点数不够，配置不方便的缺点。F2-60MR与扩展F2-60ER大输入、输出点数为72和48点，而一台硫化机输出点数在180左右，这样不得不在后充气部分增加一台F2-60MR，同时F2系列PC机输入，输出点数固定，配置不灵活。故我厂在后来生产的硫化机上采用了先进的0MRON的C200H，其主要特点有:①所在配置单元为分体模块结构，结构紧凑，配置方便；②具有高性能的CPU，提供快速扫描速度和100多条数据处理，程序流程和用户可指定诊断的指令；③具有独立的特殊模块控制系统，它可以在同类型PC中灵活使用；④具有与各种机器直接连接的通讯功能，通过RS-232C接口，利用主机藕合组件(host bbbb)可方便地与外围设备，如计算机、打字机等相连；⑤可提供个人计算机编程和打印机梯形图的文件软件等。
图2为硫化机PC控制系统硬件布置图。
其中输入、输出及特殊模块配置如下。
(1)输入模块:硫化机输入有按钮、行程开关、压力开关等，约有90点左右，配置6块16点输入模块。
(2)输出模块:硫化机输出为电磁阀、交流接触器、指示灯、计数器、报警等，约为80点左右，配置6块12点输出模块。
(3)晶体管输出模块:本模块主要用于一组LED数显单元，其内容为硫化机硫化时的硫化步序、硫化时间，延时硫化等。
(4)高速计数单元:此模块主要用于取消原主令控制器，其脉冲输入可由0MRON旋转编码器来完成。
(5)Host bbbb单元:本单元通过RS-232C接口与计算机连接，通过LSS软件可方便地对硫化机进行程序输入、输出、修改、监视等。LSS软件也可使用离线编程。
3.3 软件设计
0MR0N C200H PC控制系统采用工业控制梯形图语言，其编程要求充分考虑硫化机的生产工艺要求及轮胎生产的各种工艺。
编程包括主机动作，后充气动作，硫化工艺、显示等几大部分。以下以9.00-20轮胎为例介绍轮胎硫化过程中硫化程序部分的梯形图。
程序控制器的动作程序如图3所示。
当采用老式机械式程控器来完成上述动作时，是由程控器上程控鼓拨盘来进行时序控制。采用PC后，通过PC内部时钟电路计数器来推动电磁阀进行的，其梯形图如图4所示。
在上述梯形图中25502为0MR0NC200H中的特殊继电器(即秒脉冲发生器)。当计数器中设定值(K值)与25502发出的秒脉冲脉冲数相同时，计数器就发出通断信号控制输出电磁阀的动作。
3.4 使用效果
我厂生产的硫化机PC控制系统经过用户近二年试运行，显示如下优点:
提高了硫化机的自动化程度和可靠性，提高了产量；
(1)解决了轮胎定型过程中中心不正的问题；
(2)规范了硫化工艺，提高了轮胎硫化质；
(3)有效地提高了电磁阀使用寿命，节省成本，减少故障率；
(4)易于接线及寻找故障，大大降低了维修工作量。
4 结束语
PC控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，接线、检测方便，适应性高等特点，经多年实践证明，适合对轮胎硫化机的控制。我国现有上千台用继电器控制的轮胎硫化机，运用PC机进行技术改造市场广阔。同时，橡胶机械生产厂家在制造硫化机时，还努力采用先进的PC控制系统。硫化机控制系统的PC化已成为今后的潮流和方向。
1 概述
轮胎成型是斜交轮胎生产工艺中重要的一道工序，其主要功能是在成型机上按照轮胎工艺结构图的要求将各种轮胎"零部件"组装在一起。成型质量的好坏将直接影响到成品轮胎的品质，而设备是影响轮胎成型品质的一个重要因素。在对LEB斜交胎成型机进行技术改进的基础上制造的LCJ2024-2C载重斜交胎成型机，自2001年3月份开始安装、调试，并投入生产，使用至今运行状况良好，平均6min可成型一条轮胎(以11．00-20为例)，所成型的胎坯经检验合格率为100％。以下就该机所采用的PLC控制系统进行简单阐述。
2 PLC控制系统
2．1 PLC控制系统的作用
PLC控制系统在该成型机中的控制作用如图1 所示。
2．2 PLC的型号和特点
该机电气控制系统选用日本三菱公司FX2N-128MR型PLC作为控制系统的核心，实现对成型机各种控制元件复杂的逻辑与时序控制，使设备整体运转实现了硬件线路少、故障率低的程序化控制。FX2N-128MR型PLC有64个输入点和64个输出点，体积小，只需占用较小的空间，维护方便，具有较高的可靠性和较强的适应性，且能参照PLC上的输入／输出点指示，为在较短时间内迅速查找、判断故障提供了可能。可以通过便携式手编程器(FX-20P-E)或装有FXES软件包的便携式计算机对PLC控制程序进行读、写、查询、修改、监控等操作，而且该软件包还有加密功能，可有效防止非法阅读和修改软件。
2．3 PLC的系统配置
该PLC控制系统共使用42点输入，其中自动、手动旋钮1点，步进、步退按钮2点，布筒选择按钮1点，原点复位按钮1点，暂停／复位旋钮1点，张、折鼓旋钮2点，成型棒进退旋钮1点，扣圈盘进退旋钮1点，正包旋钮1点，动作计数4点，下压辊动作7点，后压辊动作14点，胎面架动作3点，主轴动作3点：使用35点输出，其中自动、手动指示2点，布筒指示3点，胎面架指示1点，张、折鼓2点，扣圈盘动作1点，成型棒进1点，主轴动作3点，正包动作1点，后压辊动作12点，下压辊动作6点，胎面架动作3点。
2．4 PLC控制系统的改进
由于电气控制系统没有采用可视人机界面，为了便于维护，在PLC梯形图程序中采用逻辑控制方式，根据生产实际需要，设置了生产六种不同规格轮胎的参数，采用拨码盘选序，拨码盘上1、2、3、 4、5、6分别表示选定事先设定的相应轮胎生产规格。采取这一方法，在成型机更换规格生产时，只要更换成型鼓和扣圈盘，而不需要用编程设备对PLC控制程序和参数进行修改，也避免了用"原始"的调整后压辊和下压辊原点位置的方法对设备零部件精密度造成负面影响。
下压辊和后压辊的径向、轴向和旋转采用传感器发出脉冲计数，由PLC控制，径向、轴向运动的平面导轨副全部改用滚动直线导轨副，在一定程度上提高了设备的精度，延长了设备的使用寿命，减少了维修工作量。
2．5 变频调速系统
该电气控制系统采用韩国三星公司生产的MOSCON-E5型变频调速系统，根据生产工艺要求，可方便、灵活地随时调整后压辊的旋转滚压速度和用高、低压两种压力对鼓面进行滚压，可提高成型质量，使之产品质量更好、外观更完美。
3 轮胎成型工艺流程
以成型11．00-20斜交胎为例的主要成型工艺流程如图2所示。
由于整个轮胎成型控制过程复杂，控制程序冗长，鉴于篇幅有限，这里仅对轮胎成型(以11．00-20为例)中动作难度大的工序-套2#帘布筒的控制过程进行简单阐述。
采用成型棒上帘布筒的方式将2#帘布筒套上成型鼓后，主机正转，下压辊加高压滚压成型鼓面且缓慢分开，传感器发出脉冲计数。后压辊径向、轴向和旋转运动至设定位置、下压辊合位后加压，径向、轴向、旋转传感器脉冲计数，主机反转，压辊包边至能扣钢丝圈的合适位置，后压辊失压，扣圈盘进扣钢丝圈，扣圈盘退位后，再手工翻帘布筒(不需要用力反包，只要把帘布筒的反包部分翻至与钢丝圈呈90°位置即可)，后压辊动作至钢丝圈边缘帘布筒内(胎肩部分)，然后加压动作，进行后压辊压轮自动反包，完成动作后失压并复位原点。
为防止发生碰撞损坏设备，后压辊和下压辊、扣圈盘动作接触成型鼓时应有严格的控制和界限(由PLC控制)。为防止出现打褶、起皱和钢丝圈定位不正等现象，系统设置了自动和手动两种切换功能，出现意外情况时立即采取相应措施。
同时，该机摆脱了以往用手工翻帘布筒反包、劳动强度大的缺点，尝试使用后压辊压轮反包，这对PLC控制系统也提出了较高的要求。
4 PLC软件编程
以套2#帘布筒为例，PLC的控制程序和部分PLC梯形图程序分别见图3和图4，软件编程按此原则进行。
5 PLC控制系统的局限
(1)该机控制系统没有采用与PLC控制系统相匹配的可视触摸屏，以至于设置参数部分的控制程序冗长，不便于保养人员的日常维护。
(2)该机使用拨码盘选序更换生产规格，由于拨码盘容易损坏，可能导致PLC控制失灵。
6 结论
LCJ2024-2C载重斜交胎成型机由于采用了性能可靠的电气控制系统，采用性能更为良好的设备部件和气缸驱动主轴从而达到张、折鼓的目的，较LEB成型机有了较大的突破，结构合理、性能稳定、价格适中，相信能做为一款经济、实用的好机型在轮胎成型生产中得以广泛应用。
