施耐德伺服驅動系統在輪胎成型機上的成功應用

分類：解決方案日期：2006-09-01 00:00:00

　　隨著我國汽車工業的快速發展, 汽車已經作為新興代步工具走入千家萬戶。而作為汽車必不可少的輪胎也必然成為了有車一族的消費品。這種需求拉動了我國輪胎，橡膠工業。致使國際，國內的輪胎制造商紛紛登陸中國，投資建廠，擴大生產規模，滿足不斷增長的輪胎需求。在輪胎生產中，最重要的一個環節是輪胎的成型，各國的輪胎成型機制造商無不絞盡腦汁地研究，開發高效，精確，簡捷的輪胎成型設備。我國的輪胎設備制造企業也在工藝，技術，高效率上不斷研發符合生產要求的機器。施耐德電氣作為電氣自動化在全球的領先者在過去就有著豐富的輪胎成型控制經驗，目前更有不斷翻新的高技術解決方案來支持設備制造企業不斷提高產品質量，降低成本，優化結構，提高生產效率。目前，我們推出的成型機整套控制解決方案就代表了當今最新技術。它帶給用戶的是高效，簡捷，易于調試，安裝，高性價比。
　　
　　制造工藝要求
　　輪胎的成型就是根據輪胎尺寸要求，把掛膠的簾布和帶子裁斷成一定長尺寸，經過貼合，擠壓形成胎坯。因此，根據成型工藝的要求，設備一般包含胎體貼合鼓，帶束層鼓，成型鼓，內圈傳遞環，外圈傳遞環，帶束層供料架，簾布供料架，冠帶層供料架，復合膠。這些設備的傳動要求速度快，位置的定位準確，同時，主鼓在轉動時，要求其輔助設備能夠同步供料。因此，這些設備的傳動采用伺服電機。在供料架的輔助傳動，裁斷等傳動上有相關普通電機需要控制。各個機架還有很多開關點，傳感器點。還有一些氣動單元需要控制。另外，一臺高效的成型機要能夠制造不同尺寸，不同規格的胎，即在人機界面上，可以調用各種生產工藝，執行各種生產工藝，顯示，記錄生產狀況。有的廠家還要求能夠遠程調試，監控等。因此，設計一臺高效，結構簡捷，安裝調試簡單，控制既集中又分散的控制系統是自動控制廠商不斷追求的目標。
　　施耐德電氣憑借其出色的網絡控制技術，完整的產品線，勾勒出了一幅這樣的畫面。它以3個網絡貫穿了設備的3大部分。一個是以太網，一個是通用CAN-OPEN總線，一個是面向運動控制的SERCOS通訊控制。
　　以太網是施耐德電氣基于MODBUS TCP/IP的網絡通訊技術，它的通訊速度可達10M, 速度快，可傳輸大量數據。在這里它用于與基層PLC的數據交換以及上位PC和人機界面等的數據交換。
　　 CAN-OPEN總線是目前通用，開放的總線技術，很多設備供應商都把自己的產品賦予CAN總線通訊功能，如變頻器，傳感器，氣動單元。因此，我們把變頻器，傳感器，編碼器都接在CAN總線上，CAN總線的通訊速度可達1M, 方便了我們對數據快速響應的要求。
　　 SERCOS是Serial Real Time Communication System 的縮寫, 它如指揮管弦樂隊演奏出強有力的, 令人難忘的, 協調的樂曲一樣, 當前的運動控制產品制造商已經開發出范圍廣泛的運動控制整體解決方案, 令運動控制更加隨心所欲。
　　就以施耐德電氣的基于PLC的SERCOS總線控制技術來說，一旦把硬件結構搭建完畢，實現的運動控制功能是可以隨意由軟件編程來完成的，這里既不用考慮變更硬件，也不用考慮干擾問題，因為SERCOS總線數據的傳輸是由光纜完成的。這種業界公認的SERCOS通訊結構，為多軸應用提供了開放的光纖標準網絡。可以非常方便的實現多軸的電子齒輪功能，電子凸輪功能，多軸的運動插補功能, 電子虛軸等功能。
　　
　　控制結構如圖所示：
　　

　　
　　方案的設計特點
　　
　　這次我們提供的整體解決方案有以下幾個亮點：
　　1．用PREMIUM PLC帶以太網的CPU，通過以太網控制13個站的TWIDO PLC，TWIDO PLC安裝在基層現場。
　　
　　這樣，由于不采用PREMIUM的I/O模板和BUS總線，使得總體PLC成本大大降低。又由于TWIDO PLC放置在基層，使主控柜節省了大量空間，節省了向基層鋪設的電纜。用戶的安裝很簡捷，大大節省了安裝和調試時間。基層的TWIDO PLC是帶CPU的，可以獨立編程，操作。實現了分散控制概念。同時，通過以太網把數據送到主站PREMIUM PLC中。人機界面HMI可以掛在以太網上，向PLC發出任務請求，顯示執行狀態等。如果需要工控機也可以掛在以太網上，通過PLC IP地址訪問PLC實現遠程監控，調試。
　　
　　2．采用CAN總線對變頻器，自動化閥島，編碼器進行控制和數據采集
　　
　　在輪胎成型機中有眾多的氣動元件，變頻器需要控制，為了減少復雜的安裝，我們采用了CAN總線通訊技術，即一條電纜控制多臺變頻器，自動化閥島，多點傳感器單元，采集多個編碼器數據。這種設計由于省掉了大量的模擬量，高速計數模板，而使價格有了相當的競爭力，也使安裝節省了大量的電纜鋪設。可靠性大大提高。施耐德的變頻器內置了CAN_OPEN通訊卡，也使用戶使用起來很方便。目前，帶CAN總線的編碼器使數據的傳輸再也不用擔心干擾對其的影響。
　　
　　3．運動控制系統采用SERCOS通訊控制技術
　　
　　因為在輪胎成型中，運動控制有以下幾個關鍵技術需要實現：
　　• 多段定長控制，即根據不同規格需要輸送定長的材料帶。
　　• 同步跟蹤控制，即一個帶層的運動要求其它帶層同步運動。
　　• 插補控制，即成型鼓轉動的周長，需要若干個供料架在同一時間提供同樣周長的帶子。
　　• 在線測量，即在帶子高速運動過程中，通過光電傳感器的上升沿和下降沿測量出帶子的長度。
　　• 對力矩的控制，在此模式下，伺服電機可以工作在設定力矩。
　　
　　施耐德電氣基于PLC的SERCOS運動控制模板對以上伺服電機的控制易如反掌，而且采用光纜通訊，速度更快，沒有干擾，方便調試。
　　施耐德電氣的伺服驅動器LEXIUM15和BSH電機滿足了對帶束層鼓，胎體貼合鼓，成型鼓，及帶束層供料架，簾布層供料架，傳遞環的傳動要求。另外，電機的急停和安全保護信號是直接接到驅動器上的，由驅動器直接處理，速度和可高性更高。
　　