匯川MD380M主軸伺服控制器在胎面裁斷中的應用

摘 要：文章介紹了國產的可編程控制器（PLC）和伺服控制系統在復合壓出的定長裁斷裝置中的應用，該裝置以PLC為控制核心，使用光電編碼器來計長。在此基礎上通過觸摸屏來自由設定長度并顯示實際的長度值。該系統通過PLC和伺服控制器共同完成對于裁刀的控制，實現了高精度的定長裁斷功能，在實際的復合壓出生產線中應用取得了良好的效果。

關鍵詞：伺服控制器；PLC；定長裁斷；復合壓出

前言

輪胎生產過程中胎面定長裁斷是其關鍵工序之一，膠料投入擠出機后壓出并經牽引拉伸、冷卻及定長裁斷后得到輪胎胎坯。胎面裁斷定長檢測的控制過程是一個先裁斷定長、后單條稱重的控制過程。開發一套具有高切割精度、能夠適應高裁斷速度的胎面裁斷裝置，不管從提高產量、減少廢品率還是從提高原料的利用率來說都顯得極為重要。

我公司于1987年從德國（TROESTER）特樂斯特機械有限公司引進一套三復合胎面壓出生產線，胎面定長裁斷系統的傳送帶是由直流電機和直流調速器驅動，由于使用年限較長，設備陳舊老化，經常出現因設備故障裁不準的現象，經常檢修而影響生產，為此應用國產深圳市匯川技術股份有限公司生產的MD380M主軸伺服驅動器及H2U系列PLC對它進行改造。

1 系統工藝和設備組成及其功能

1.1 工藝簡介

膠料從擠出機擠出后，經冷卻定型后進入皮帶運輸機，當胎面貯存到一定程度時，貯存槽并立排放的七個光電開關1-7，當光電開關1動作時，傳送輥道電機啟動運行，同時直接裝在傳送輥道電機后軸上的旋轉編碼器開始脈沖計數，傳送輥道電機經減速機帶動鏈條傳動，鏈條又帶動傳送輥道轉動，通過觸摸屏設定胎面的長度，當胎面長度達到預設值時，伺服驅動器控制電機減速停止運行并輸出定長到達信號給PLC。此時壓胎面裝置向下壓緊胎，裁刀電機啟動電磁閥啟動使裁刀從一端快速向另一端行進并裁切胎面。在裁切胎面的過程中，對胎面進行冷卻；切割完畢后，壓胎面裝置升起、刀架抬起；裁刀退回到初始位置并停止運行，一切恢復到初始狀態，以便再次啟動。在整個裁切過程中，由于前級運輸帶的連續運行，在裁斷運輸帶停止運行和切胎面過程中，貯存槽的胎面已慢慢增多，當貯存槽的胎面增至引起光電開關1動作時，伺服控制器控制主軸電機又重新啟動運行，從而反復地自動裁切胎面。若胎面增加到使光電開關2～7動作時，運輸帶會以不同速度運行，使前級速度和裁斷傳送帶速度達到動態平衡，系統保持連續運行。

1.2 設備組成及其功能

1.2.1 胎面貯存裝置。在下坡皮帶和裁斷裝置之間貯存擠出聯動線傳遞過來的胎面，保證有足夠長度的胎面提供給裁斷裝置，主要起緩沖作用。光電開關組反應胎面的高低并參與控制定長裁斷皮帶的運動速度，以避免胎面堆積與拉伸。

1.2.2 定長裁斷傳送帶。用于傳送胎面存貯裝置中貯存的胎面，胎面傳送帶由MD380M主軸伺服驅動器驅動電機拖動，其內置位置控制器實現對胎面的精確定長。

1.2.3 裁刀裝置。裁刀裝置由3部分組成：第一部分是由可上下運動的氣缸帶動裁刀刀架實現抬起、落下。第二部分是裁刀電機為2 極電機，電機帶動刀片高速旋轉。第三部分是由切刀行走電機拖動旋轉著的裁刀電機橫向移動以切割胎面。

1.2.4 輔助裝置。輔助裝置主要有壓刷氣缸，避免胎面打滑。潤滑刀片的水控電磁閥。裁刀伸縮臂上及壓刷旁裝有接近開關。刀架運動兩側裝有接近開關作為定位原點和限位保護開關。

2 控制系統組成

該系統由匯川H2U-128MR型PLC、屏通PV057-TST型觸摸屏、匯川MD380M主軸伺服控制器，E6C2式增量型編碼器組成。PLC、主軸伺服控制器、觸摸屏之間都是以RS485方式通訊。

3 硬件設置

3.1 伺服系統

該系統采用的是匯川公司MD380M主軸伺服控制器替代了原直流調速器和普通3.5kw異步電動機替代原直流電機。控制器設有速度控制、位置控制和轉矩控制三種模式。本系統采用位置控制和速度控制兩種模式的交替使用，自動和手動兩種方式。運行時PLC對伺服控制器設定運行模式、定長、電機運行頻率等參數。而編碼器與伺服控制器形成閉環控制，連接時設定與PLC通訊的連接速率，本系統在伺服控制器Fd-00參數設定為“6005”。

3.2 增量式編碼器

作為計量胎面行進長度的傳感器件，增量式2000脈沖編碼器將旋轉的脈沖數傳送給伺服控制器，由伺服控制器對行進長度進行控制。

3.3 可編程控制器

本系統采用匯川H2U-128MR型PLC作為本系統的主要控制單元，該控制器有3個COM口。COM1與觸摸屏相連接，COM2與伺服控制器相連接，并對COM口通訊參數進行相關設定。

3.4 人機界面HMI

本系統采用屏通PV057-TST型觸摸屏進行胎面長度的設定和實際長度的顯示等，與PLC通過RS485進行通訊。

4 系統軟件設計

設計包括觸摸屏的軟件設計和PLC的運行控制軟件設計兩部分。

4.1 觸摸屏的軟件設計

對于觸摸屏的編程，采用屏通公司提供的PanelMaster組態軟件進行編程組態PanelMaster完整的圖形用戶界面加上軟件本身自帶的項目組態向導允許用戶方便地創建面向對象、基于符號的各種項目。在HMI可以直接讀或寫PLC上的存儲地址。

4.2 PLC的軟件設計

采用autoshop軟件工具包對PLC進行編程，大致分為參數的初始化、自動裁斷、手動裁斷、點動、不同位置的速度變換。

4.2.1 自動/手動裁斷控制。由于在位置控制模式中，伺服驅動器的啟動是由多段位置的組合、正轉使能，以及到位信號共同決定的，而停止是伺服控制器控制的編碼器到達設定脈沖時自動停止的，因此在設計上采取改變多段位置的組合來控制電機停止后的再啟動。

4.2.2 不同位置的速度變換。速度是由伺服控制器中的F0-12所控制，為了滿足工藝要求，7個光電開關的狀態通過PLC改變F0-12中的參數以改變運行速度。若胎面沒有碰到任何一個光電時，傳送輥道停止。即PLC每接收一個信號傳送伺服驅動器一個頻率值，這樣執行多段速方式，使定長輸送帶加速運行（高于冷卻線速度），減小垂落環，保持與冷卻線同步而不致使膠片拉伸變形和堆積。

4.2.3 點動。點動模式下，系統選擇驅動器工作在速度模式，電機按驅動器內部設定速度運行。運行點動模式時，為避免自動、點動間的信號影響，首先要通過PLC輸入點，進行驅動器混合模式切換。系統中只使用一個內部速度，即點動模式下，控制電機以單一速度運行。

5 結束語

采用上述方法對我公司的復合壓出生產線進行調試收到了較好的效果。在裁斷系統改造前，當生產胎面的速度達到5m/min以上時，定長誤差通常在5～40mm，而通過更換輸送帶，并將驅動電機加速時間由0.5s改為1.5s后，誤差可控制在2～3mm，完全滿足了生產工藝的要求。

這個改造所選的元件全部都是國產化，與國外同類設備相比，設備成本遠遠低于進口設備。該控制系統采用PLC與主軸伺服驅動器相配合的控制方式，當主軸伺服驅動器內部功能滿足不了工藝要求時，豐富的PLC軟件設計可以擬補實現。此控制系統已在自動生產線上實現并應用，實際運行效果良好。

參考文獻

[1]楊秋榮.胎面定長裁斷改進[D].輪胎工業，第9期，571-572.

[2]匯川電機.MD380M主軸伺服驅動器用戶手冊[Z].

[3]匯川電機.H2U系列可編程控制器用戶手冊[Z].