工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)升級(jí)改造

胥李玲，范 偉

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

1 改造設(shè)備現(xiàn)狀

（1）我公司工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線1997年投用，承擔(dān)公司所有工程機(jī)械輪胎胎面擠出，為重點(diǎn)單機(jī)設(shè)備。其控制系統(tǒng)采用S5-115U系列PLC。由于S5系列PLC停產(chǎn)，購(gòu)買不到相應(yīng)備件，PLC一旦出現(xiàn)故障，容易造成長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，嚴(yán)重影響公司正常生產(chǎn)，必須對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

（2）工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線定長(zhǎng)裁斷系統(tǒng)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與電機(jī)同軸的光電編碼器以及PLC計(jì)數(shù)模塊構(gòu)成擠出胎面定長(zhǎng)控制系統(tǒng)。由于定長(zhǎng)模塊性能下降，擠出胎面定長(zhǎng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，難以保證部分規(guī)格擠出胎面定長(zhǎng)精度（±20 mm）。

（3）主操作臺(tái)部分儀表與PLC通訊不上，功能缺失。

2 改造范圍

工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)由S5系列升級(jí)至S7系列，實(shí)現(xiàn)擠出胎面一次定長(zhǎng)切割，具體而言在主機(jī)工況確定前提下，調(diào)整定長(zhǎng)裁斷系統(tǒng)，使其隨主機(jī)同步自動(dòng)操作，也可半自動(dòng)或分機(jī)單元操作，同時(shí)保留生產(chǎn)線原有光電無張力調(diào)速裝置，保證生產(chǎn)線運(yùn)行速度協(xié)調(diào)，防止胎面拉伸，確保胎面擠出工藝質(zhì)量。

3 改造項(xiàng)目

（1）工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)升級(jí)為S7系列，在忠于原程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行程序升級(jí)，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)備用點(diǎn)數(shù)大于總點(diǎn)數(shù)的10%，并配備編程器（與PLC通訊），以便實(shí)時(shí)監(jiān)控程序運(yùn)行，查找排除故障。

（2）單條秤和連續(xù)秤與PLC通訊，并在現(xiàn)場(chǎng)和主操作臺(tái)上顯示。

（3）保留原PLC控制系統(tǒng)的膠料配方設(shè)定功能，主操作臺(tái)可對(duì)膠料配方進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定內(nèi)容包括膠料配方、生產(chǎn)線一線和二線速度、連續(xù)秤和單條秤稱量范圍、單條胎面長(zhǎng)度等。

（4）增設(shè)機(jī)頭出膠溫度檢測(cè)，檢測(cè)溫度輸入到PLC，并在主操作臺(tái)上顯示。

（5）重新制作操作臺(tái)，包括更新和選擇新型號(hào)儀表。

（6）生產(chǎn)線采用驅(qū)動(dòng)控制器改造，并保證其與PLC連接。

4 改造方案

為縮短施工周期，減少對(duì)生產(chǎn)的影響，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝方便和節(jié)省安裝時(shí)間，制定如圖1所示的工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)改造方案。

圖1 工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)改造方案

（1）主機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子S7-400 PLC，CPU采用CPU414-2DP。為接線方便，其他3個(gè)站分布不變，站內(nèi)模塊合并。

（2）人機(jī)界面采用研華工控機(jī)，重新制作操作臺(tái)，操作臺(tái)放置在現(xiàn)場(chǎng)，尺寸為1650 mm×1400 mm×600 mm。工控機(jī)采用WINCC軟件編制上位畫面，設(shè)置生產(chǎn)線速度、膠料配方、各溫控區(qū)溫度等，并可監(jiān)控生產(chǎn)線的設(shè)備運(yùn)行狀況，進(jìn)行故障監(jiān)控，采用DP與PLC通訊。

（3）各I/O配置ET200M，采用PROFIBU-DP網(wǎng)絡(luò)與CPU相連。

（4）單條稱和連續(xù)稱顯示器改造為梅特勒-托利多稱顯示器，并將稱顯示器連接到PROFIBU-DP網(wǎng)絡(luò)。

（5）采用DTA公司的LT-05A紅外溫度傳感器（如圖2所示）測(cè)量出膠溫度，將測(cè)量溫度輸入PLC，并在主操作臺(tái)的工控機(jī)上顯示。紅外溫度傳感器用支架固定在擠出機(jī)機(jī)頭上，測(cè)量溫度范圍0~500 ℃，測(cè)量精度±1%，響應(yīng)波長(zhǎng)8~14 μm，距離因數(shù) 15∶1，響應(yīng)時(shí)間150 ms，發(fā)射率0.95，輸出電流4~20 mA（線性），探頭尺寸Φ18 mm×105 mm，工作電源（直流）24 V，引線長(zhǎng)度2 mm。

圖2 LT-05A紅外線溫度傳感器

（6）裁切系統(tǒng)：擠出裁切系統(tǒng)采用直流驅(qū)動(dòng)器加直流電機(jī)控制裁刀輸送帶，通過編碼器模塊控制擠出胎面定長(zhǎng)；為提高擠出胎面定長(zhǎng)精度，采用英國(guó)CT公司伺服驅(qū)動(dòng)器SP加FM伺服電機(jī)組成的伺服系統(tǒng)，在裁刀輸送帶上加定長(zhǎng)編碼器，通過PLC上的定長(zhǎng)模塊來控制擠出胎面裁斷長(zhǎng)度，以滿足擠出胎面定長(zhǎng)控制的需要。

（7）妥善處理更新部分與原系統(tǒng)其它部位（裁刀、單條秤和連續(xù)秤、直流傳動(dòng)系統(tǒng)）與電器聯(lián)接等；PLC控制柜的拆除、安裝，控制柜與外圍動(dòng)力線、控制線、信號(hào)線的對(duì)接，單條秤和連續(xù)秤與PLC的調(diào)試，溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等儀器儀表的調(diào)試，PLC程序的調(diào)試；裁刀原系統(tǒng)的拆除，伺服控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試。

5 改造效果

工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)升級(jí)改造后，PLC控制系統(tǒng)的新程序（包含各設(shè)備的單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)及相互之間的連鎖程序、各單元間的同步程序等）忠于原程序具有主聯(lián)動(dòng)線給定裁刀裁斷長(zhǎng)度、單條稱和連續(xù)稱顯示稱量數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，同時(shí)增加了以下功能：

（1）上位機(jī)可監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)診斷；

（2）上位機(jī)采用WINCC6.0監(jiān)控軟件，不改變?cè)僮髁?xí)慣，并顯示擠出胎面生產(chǎn)線運(yùn)行畫面，畫面顯示各設(shè)備運(yùn)行狀況和各浮動(dòng)輥的位置；

（3）上位機(jī)可進(jìn)行生產(chǎn)線故障診斷、記錄、查詢和工藝運(yùn)行參數(shù)記錄。

工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)改造后，生產(chǎn)線控制效果良好，工藝質(zhì)量較大提高，設(shè)備能力指數(shù)（CMK）和過程能力指數(shù)（CPK）分別由改造前的0.83和0.91增大到1.34和1.41。

6 結(jié)語(yǔ)

我公司工程機(jī)械輪胎胎面擠出生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)由S5系列改造為S7系列后，生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，工藝質(zhì)量和產(chǎn)量提高，故障率和維修成本降低，達(dá)到改造目的。