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1、基于PLC和伺服控制的裁断系统设计基于PLC和伺服控制的裁断系统设计王建福导语：本文主要阐述一种应用PLC和伺服控制技术来实现较高定长裁断精度的控制系统。本文根据消费线的设计要求，采用了西门子Profibus的单主站线型网络拓朴构造通讯方式，DP主站PLC选用了西门子S7-315-2PN/DP。摘要：本文主要阐述一种应用PLC和伺服控制技术来实现较高定长裁断精度的控制系统。本文根据消费线的设计要求，采用了西门子Profibus的单主站线型网络拓朴构造通讯方式，DP主站PLC选用了西门子S7-315-2PN/DP。2台伺服控制器和2个绝对位移编码器都带有DP接口可直接接入PROFIBUS总线中，
2、并作为控制系统从站。最终理论证实了控制系统具有平安性可靠，故障率极低和较高的自动化程度。0前言近几年以来，国内外都对轮胎胎面的定长裁断设备改良相当重视，并发表了很多与此相关的专利，改良的方向大多是提升裁断的精度、增长切刀的寿命以及增加裁断的速度。国外主要进展激光裁断机的研究，并在此方面获得了相关的专利。在裁断系统上使用激光技术可省掉复杂的裁断机械机构，将裁断装置直接安装在轮胎成型机的供料架上，可有效的提升裁断的精度和切刀的使用寿命。我国目前的轮胎企业中所使用的定长裁断机各种各样，消费该设备的厂家也都没有一个统一的标准，在控制精度上与国外的先进设备相比也具有一定的差距，目前来看想要完全的取代国外
3、进口设备还需要一个进步和不断完善的经过。在轮胎的消费经过中对胎面进展定长的裁断是一个关键的工序，把胶料放入挤出机以后经挤压、牵引拉伸、降温冷却和定长裁断后才能得到轮胎的胎坯。胎面的定长裁断检测控制经过是先进展裁断的定长、后进展单条的称重控制经过。进展高切割精度包括加工端面的倾斜度、光洁度以及定长剪切的长度精度和可进展高速度的裁断装置的开发，无论从产量的提升、降低废品率和进步原料的利用率都具有重要的意义。子午线轮胎胎体的帘线排列不同于斜交轮胎，子午线轮胎的帘线不是互相穿插排列的，而是与外胎断面接近平行，像地球子午线排列，帘线角度小，一般为0，胎体帘线之间没有维系交点，当轮胎在行驶经过中，冠部四周
4、应力增大，会造成周向伸张，胎体成辐射状裂口。因此子午线轮胎的缓冲层采用接近周向排列的打交道帘线层，与胎体帘线角度成90相交，一般为70到78，形成一条几乎不能伸张的刚性环形带，把整个轮胎固定，限制轮胎的周向变形，这个缓冲层承受整个轮胎60%到70%的内应力，成为子午线轮胎的主要受力部件，故称之为子午线轮胎的带束层。斜交胎的主要受力部件不在缓冲层上，其80%到90%的内应力均由胎体的帘布层承当。由此可见，子午线轮胎带束层设计很重要，必须具有良好的刚性，可采用多层大角度，高强度而且不易拉伸的纤维材料，如钢丝或芳纶纤维等。1裁断系统简介裁断系统主要由六大局部组成：1-传送带伺服电机；2-裁刀电机；3
5、-刀架伺服电机；4-刀架直线导轨；5-传送皮带；6-超声波传感器，如图1所示为裁断系统机械组成图。图1裁断系统机械组成图裁断装置主要包含：裁刀装置、定长输送装置、刀架转动装置和压胶装置等。裁刀装置主要由刀架传动和裁刀刀架两局部装置组成，电动机、微型气缸和裁刀都安装在裁刀的刀架上，裁刀的刀片经驱动电机带动高速的旋转，通过微型的气缸带动其上升和下降，裁胶的时候放下，回程的时候抬起。定长输送装置是低台式的构造，传送带通过沟通伺服驱动，可到达定长裁断的高精度要求，速度也可进展一定范围内的高精度无级调速。压胶装置是由气缸带动的海绵滚筒可压下和抬起的压刷，主要是防止裁断经过中胎面打滑。整个裁刀的传动装置可
6、转动，进而方便了裁断角度的调整。经冷却后的胎面经贮存槽装置进入到裁断定长的输送带上，在贮存槽装置上方安装有超声波检测传感器，可实时的检测到胎面贮存的程度，使输送带按不同的速度运转；当传送带的伺服电机启动时，装在电机轴上的绝对值编码器开场计数，当电动机拖动输送带向前运动，到达胎面长度的预设值时，输送带停顿运动；此时压胶装置的压刷向下运动压紧胎面，刀架伺服电机启动带动刀架从起始位置快速沿直线导轨运动到终端完成裁切胎面；在裁切胎面的经过中，需翻开喷水阀向切刀喷水，待切割完成后，压刷装置和切刀抬起，直线导轨上的刀架退到起始位置等待、喷水阀关停，切刀放下，恢复到初始化，等待下次启动。2控制系统硬件组成该
7、系统使用用西门子Profibus现场总线的单主站线型网络拓朴构造，如图2所示为控制系统网络拓扑构造。根据消费线的控制要求，主控PLC选用西门子S7-315-2PN/DP。2台伺服电机的驱动器选用力士乐的DKC伺服控制器和2个编码器需用绝对值式并接入力士乐带有DP接口的CLM1.4-LAP位置控制器上。裁断控制台上的各种显示和操纵较多，裁断的长度也可进展设定，刀架的左右挪动间隔和速度，手动控制的信号，以及其它的系统参数修改都可通过基于Windows平台的西门子触摸屏TP270来实现。图2控制系统网络拓扑构造裁断系统检测装置主要包括超声波检测传感器、非接触式的行程开关和编码器等，用于完成机械位移和
8、运行速度的测量，并保证裁度伺服系统的平安、有序、可靠运行。信号状态检测主要包括切刀位置检测、压刷的到位检测以及刀架的左右限位和刀架的原点定位等，信号状态检测可接到力士乐的位置控制器CLMDI口上。压刷、切刀、喷水阀的动作也可通过位置控制器的DO输出接口端子X4中的A1A16输出控制。超声波检测传感器安装在定长输送带的前端与前级胎面运输带的后端贮存槽上，通过检测胎面在贮存槽内的位置并通过模拟量010V送入到PLC中。用于检测刀架和输送带位置的2个编码器分别接入到位置控制器CLM上端子X1、X2。3软件设计3.1PLC控制程序设计系统中采用315-2PN/DP作现场总线的主站通过总线与位置控制器C
9、LM相连的通讯效劳，此方式具有实时性好、通讯速率高、编程简单和抗干扰才能强等优点。在STEP7编程软件首先需导入力士乐位置控制器的GSD文件(IN2_04eb.gsd)，用于完成硬件网络的组态，并为其分配网络地址，在组织块循环OB1中选用SFC14“DPRD_DAT，SFC15“DPWR_DAT系统功能模块与位置控制器进展经过数据的交换。主站的总线与位置控制器设置一样的通讯率，并选用PPO类型的参数经过数据，进而完成控制系统主PLC与现场设备间的数据读写和控制数据的传输，同时Profibus还可进展系统参数设置和诊断信号的传输。主PLC可根据联动线的测量速度、操纵的指令和裁断装置当前的状态对输
10、送带和刀架进展实时控制。胎面的贮存量通过超声波传感器发出的模拟量信号与前段输送带的速度按一定的比例和算法控制裁断皮带的速度，进而通过主PLC改变相应地控制速度使运输带平稳3.2位置控制器CLM的伺服程序设计力士乐CLM位置控制器是一种模块化、紧凑型的数控系统，可直接对力士乐DKC伺服驱动器进展控制完成伺服的准确定位控制。本文所编写的位置控制器程序主要包括三大局部：裁断刀架控制、传送带控制和总线通讯等。主PLC与控制器间的状态字通过Profibus总线通讯完成，当位置控制器接收到主PLC传输的控制信息如长度、速度值和操纵指令等时，同时将当前的运行状态信息传输给主PLC进展分析、显示。如图3所示为
11、裁断伺服控制程序框图。图3伺服控制程序框图4监控系统设计系统以plc为第一主站和以工业pc为第二主站，其中工业pc作为上位机，提供良好的人机交互环境，实现对整条消费线的消费治理和监控，并实现连接到车间级intranet网络。第一主站主控plc是整个胎面消费线控制系统的核心，实现消费经过数据的收集和处理，以及控制信号的发送与工业pc的通讯，以便于操纵人员监控现场的设备。整个系统的操纵、工作状态及测量分析结果在工业pc上进展图形显示监控，通过现场总线由plc上传相关数据信息，处理系统报警，存储历史数据，生成各类报表，并进展图形显示及人机对话，向plc下传相关控制命令，进而实现监控计算机与现场设备之
12、间的信息治理。定长裁断控制系统采用西门子TP270触摸屏作为人机界面，通过Profibus-DP总线与主PLC主机相连。触摸屏采用西门子公司的ProTool/ProCS组态软件进展组态。主PLC与触摸屏之间利用PLC的变量完成通讯，即在触摸屏中可读或者写PLC上的存储地址。通过人机界面操纵人员不仅可完成根本的系统参数如误差调整、定长值和裁断次数等设置，还可实时的对报警状态进展监测和密码设置。在自动运行时根据设备的设计流程需对一些重要的参数进展调整，如裁断位置和速度等都需在触摸屏上方便的修定。当伺服驱动器、定位模块、检测开关以或者机器发生异常情况时伺服马达不仅要立即停顿运动，还需在触摸屏上显示故
13、障信息，方便维修人员维修。5结论子午线轮胎消费经过中胎面定长裁断是其关键工序之一，胶料投入挤出机后压出并经牵引拉伸、冷却及定长裁断后得到轮胎胎坯。胎面裁断定长检测的控制经过是一个先裁断定长、后单条称重的控制经过。开发一套具有高切割精度包括加工端面倾斜度和光洁度及定长剪切长度的准确度、可以适应高裁断速度的胎面裁断装置，不管从进步产量、减少废品率还是从进步原料的利用率来讲都显得极为重要。本文所设计的伺服控制系统不仅利用了西门子PLC和Profibus现场总线技术，还融入了先进的伺服控制技术，系统通讯方式采用了分布式的开放构造，不仅提升了系统响应速度，组态也很灵敏，控制功能更加完善，操纵简单。理论证实基于Profibus-DP现场总线的伺服裁断控制系统具有平安性能高，故障率低，定位精度高，自动化程度较高等优点，并将为企业带来较好的效益。