轮胎成型机控制系统
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轮胎成型机控制系统：Q系列PLC+伺服+触摸屏
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应用与方案分类
&&& 目前，处理器性能的主要衡量指标是时钟轮胎一次法三鼓成型机控制系统的制作方法
专利名称轮胎一次法三鼓成型机控制系统的制作方法
技术领域轮胎一次法三鼓成型机控制系统技术领域本实用'新型涉及轮胎成型机的控制系统，具体涉及一种轮胎一次法三鼓 成型机控制系统。背景技术现有轮胎的成型是根据轮胎尺寸要求，将挂胶的帘布和带子裁断成一定 长尺寸，经过贴合，挤压形成胎坯。根据成型工艺的要求，设备一般包含主 成型鼓、胎体贴合鼓、带束层鼓、多个传递环和供料架。这些设备的传动要 求速度快，位置定位准确，由于机械加工不可避免的存在一定的误差，所以 为满足其成型机的高精度和快速度的要求，成型机的工作很大程度依靠电气 控制来解决，其控制部分所占成本的比例也是很高的，成型机成功与否很大 程度上取决于控制系统是否合理、性能是否稳定。目前国内成型机的控制方案很多，主要是各厂家的原器件配合使用。如 采用了罗克韦尔自动化公司的可编程逻辑控制平台，并利用串行实时通信系 统连接多个伺服驱动器，通过设备网络连接现场工作站的控制方案，通信没 有对等通信，导致其链接相对较为复杂，且成本较高、性能无法得到保证、 故障率高、维护复杂。(三)实用新型内容本实用新型的目的是公开一种轮胎一次法三鼓成型机的控制系统，它能 有效提高轮胎成型机的控制精度和运行速度。本实用新型针对轮胎成型机控制系统的特点，包括中心控制单元以及对 胎体成型过程进行数据采集和控制的远程控制站，远程控制站包括主成型鼓 控制站、胎体鼓控制站、主供布架控制站、胎侧供布架控制站、带束层供布 架控制站、胎肩垫胶供布架控制站、胎面供布架与卸胎装置控制站，中心控 制单元与上述各控制站经控制和通信总线连接为控制与通信开放式网络，中心控制单元还与带动三鼓以及各供料架的伺服电机经伺服系统控制高速总线 连接成为伺服系统控制网络。本实用新型所述中心控制单元为可编程逻辑控制模组，包括电源模块、可编程逻辑控制CPU模块、运动控制CPU模块、运动控制模块、输入模块、输出模块、控制和通信链接系统主/本地模块，各模块安装于可编程逻辑控制底板。可编程逻辑控制CPU为主CPU，完成整个系统的常规控制功能；运动控制 CPU为辅助CPU，完成对轮胎伺服网络的控制。采用这种多CPU组态方式，使其能各自发挥它们的优势，将顺序控制和运动控制分开处理，优化系统的结 构。为提高系统控制的直观性和可操作性，在控制和通信总线构成的网络中 接入触摸屏作为人机界面，对整个成型过程进行控制、监控、数据采集、报 警、状态显示、参数设定。所述可编程逻辑控制模组的运动控制CPU模块经伺服系统控制高速总线 接分配器，分配器分为1 4路经伺服系统控制高速总线与1 32个伺服放大 器连接，各伺服放大器分别连接相配的伺服电机。本实用新型所述用于高速总线分配的分配器分为2路， 一路连接主成型 鼓、胎体贴合鼓、带束层鼓、胎面传递环及径向压辊的伺服电机，另一路连 接左胎侧定长、左胎侧送料、右胎侧定长、右胎侧送料、内衬层定长、内衬 层送料、垫胶定长以及垫胶送料的伺服电机。运动控制器釆用高速串行通信 简单设置伺服电机同步或绝对系统，使多轴的同步、插补等高级定位功能发 挥得淋漓尽致，在节省配线的同时，提高了整机的响应性。本实用新型很好的利用了控制和通信总线通信和伺服系统控制高速总线 将各远程控制站及伺服电机结合起来，使一个复杂的控制系统简单化，同时 大大减少了布线，方便调试，减少设备的维修量。同时，该系统也具有很高 自动化水平，总线及伺服控制也是成型机控制的趋势。(四) 附图说明
图1本轮胎三鼓一次法成型机控制系统的实施例的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的实施例的结构如图1所示。本实施例轮胎一次法三鼓成型机控制系统的中心控制单元为可编程逻辑 控制模组，包括电源模块、可编程逻辑控制CPU模块、运动控制CPU模块、 运动控制模块、输入模块、输出模块以及控制和通信链接系统主/本地模块， 各模块安装于可编程逻辑控制底板。可编程逻辑控制模组经控制和通信总线 连接触摸屏和主成型鼓控制站、胎体鼓控制站、主供布架控制站、胎侧供布 架控制站、带束层供布架控制站、胎肩垫胶供布架控制站、胎面供布架与卸 胎装置控制站，构成控制与通信开放式网络。可编程逻辑控制模组的可编程逻辑控制CPU经伺服系统控制高速总线接 分配器，将伺服系统控制高速总线分为2路， 一路分别接伺服放大器后连接 主成型鼓、胎体贴合鼓、带束层鼓、胎面传递环及径向压辊的伺服电机，另 一路分别接伺服放大器后连接左胎侧胎面胶料定长、左胎侧胎面胶料送料、 右胎侧胎面胶料定长、右胎侧胎面胶料送料、内衬层定长、内衬层送料、垫 胶定长以及垫胶送料的伺服电机，构成伺服系统控制网络。
权利要求1、轮胎一次法三鼓成型机控制系统，包括中心控制单元以及对胎体成型过程进行数据采集和控制的远程控制站，远程控制站包括主成型鼓控制站、胎体鼓控制站、主供布架控制站、胎侧供布架控制站、带束层供布架控制站、胎肩垫胶供布架控制站、胎面供布架与卸胎装置控制站，其特征在于中心控制单元与上述各控制站经控制和通信总线连接为控制与通信网络，中心控制单元还与带动三鼓以及各供料架的伺服电机经伺服系统控制高速总线连接成为伺服系统控制网络。
2、 根据权利要求1所述的轮胎一次法三鼓成型机控制系统，其特征 在于中心控制单元为可编程逻辑控制模组，包括电源模块、可编程逻辑 控制CPU模块、运动控制CPU模块、运动控制模块、输入模块、输出模块 以及控制通信链接系统主/本地模块。
3、 根据权利要求1或2所述的轮胎一次法三鼓成型机控制系统，其 特征在于中心控制单元所接的人机界面为触摸屏。
4、 根据权利要求3所述的轮胎一次法三鼓成型机控制系统，其特征在于:可编程逻辑控制模组的运动控制CPU模块经伺服系统控制高速总线 接分配器，分配器分为1 4路经伺服系统控制高速总线与1 32个伺服 放大器连接，各伺服放大器分别连接相配的伺服电机。
5、 根据权利要求4所述的轮胎一次法三鼓成型机控制系统，其特征 在于分配器分为2路， 一路连接主成型鼓、胎体贴合鼓、带束层鼓、胎面传递环及径向压辊的伺服电机，另一路连接左胎侧定长、左胎侧送料、 右胎侧定长、右胎侧送料、内衬层定长、内衬层送料、垫胶定长以及垫胶 送料的伺服电机。
专利摘要本实用新型的目的是公开一种轮胎一次法三鼓成型机控制系统，它能有效提高轮胎成型机的控制精度和运行速度。本实用新型针对胎成型机控制系统的特点，采用可编程逻辑控制模组作为中心控制单元，用控制和通信总线连接三鼓以及各供布架控制站构成控制与通信网络；同时，可编程逻辑控制模组还与带动三鼓以及各供料架的伺服电机经伺服系统控制高速总线连接成为伺服系统控制网络。本实用新型很好的利用了控制和通信总线通信和伺服系统控制高速总线将各远程现场控制站及伺服电机结合起来，使一个复杂的控制系统简单化，同时大大减少了布线，方便调试，减少设备的维修量。
文档编号G05B19/418GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者廖晓梅, 江永富 申请人:昊华南方(桂林)橡胶有限责任公司您所在位置： &
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关于ControlLogix的轮胎成型机控制系统.pdf63页
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摘要 面对轮胎市场日益激烈的竞争，大力提高轮胎成型机的生产效率、自动化程
度对于轮胎生产企业来说，至关重要。
引入成型机的控制系统中，介绍了系统开发的全过程，包括控制系统的硬件设计
所具备的逻辑运算和数据处理功能，通过输入／输出模块、A／D模块、D／A模块来编
写控制系统程序，用servo交流伺服驱动技术、现场总线技术等来进行控制系统
设计。 是终该控制系统实现了轮胎成型机的贴合角度、定位速度、位置等几十个关
键技术参数的设置、控制与监控，使整个轮胎成型的工艺要求、技术参数均可由
生产调度下传到成型机，同时也可将生产过程数据、设备状态提交管理层，从而
实现生产工序实时监控和管理。经过现场调试，班产达到100条轮胎，大大缩短 了轮胎的生产周期，降低了生产成本，减轻了工人的劳动强度。 关键词：轮胎成型机；ControlLogix；伺服：运动控制 青岛大学硕士学位论文 Abstract the drastic market isvitalfor Facingincreasinglytyre competition，itenterprise
to the andtheautomaticofthe energeticallyimproveproductioneffiency degree tyre machine．
building Inthe wechoose which introduced projeet ControlLogixsystem mainly
commendedAmericianRockwell to thecontrol of by company the develop system introducesPID
tyrebuilding controllerbasedonneuralnetwork machine．11忙paper
intotheautomaticControl ofthe Machineandintroducethe System TyreBuilding
whole ofthe hardwareandsoftware processsystemdevelopment including designs．
nehardwareisconsistedof controller．DeviceNetnetworkused Loglx5550 by
distributedand FO SERCOSfibernetworkwhichisusedtoservomotion Optical
contr01．Inthe software weutilizedtheBooleancalculationanddata desigal ofthe the
processingability Rslogix control 5000,compileprogramthrough module．In module，
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ControlLogix和SERCOS伺服系统在轮胎成型机的应用
作者：张君峰 闫瑜 阅读人次：发布时间：
本文详细介绍了集成架构的平台Controllogix和当今Sercos(串行实时通讯系统)光纤网络结构完美的结合，充分说明了Conrollogix平台如何将逻辑控制，过程控制，无缝地集成在一起，实现一体化运动的控制方案，同时使读者真正了解罗克韦尔自动化产品的特点和优势，以及什么样的系统才是真正能为客户带来增值的系统。
全钢丝载重子午线轮胎在国内已应用多年，其产品质量优越，高速、耐磨、节油、环保，社会效益显著。特别是近几年高速公路飞速发展，也使全钢丝载重子午线轮胎需求量猛增，各主要轮胎厂家都把全钢丝载重子午线轮胎作为发展重点，纷纷扩大生产，同时国内还涌现了很多新兴的全钢丝载重子午线轮胎生产厂家。
全钢丝载重子午线轮胎一次法成型机是子午胎生产过程中的关键设备，需求量很大。成型机结构复杂，精度要求高，在引进全钢丝载重子午线轮胎生产技术的初期主要依赖进口，进口设备价格昂贵，投资很大，增加了生产成本。进入90年代，国内先后开发了LCZ-3型和THD-50型两种全钢丝载重子午线轮胎一次法成型机，加速了子午胎设备国产化的进程。
青岛高校软控股份有限公司在经过市场考察、预测及行业内专家的反复论证后，开始开发ZCX型系列全钢丝载重子午线轮胎一次法成型机，并于2002年底取得了成功。产品一投入市场，就得到了用户的认可，初期生产的8台机器已被抢购一空，还有不少厂家前来订货。
全钢丝载重子午线轮胎一次法成型机是一台机电一体化的设备，电气控制系统是它的&灵魂&和&大脑&，要确保控制的可靠性和先进性。我公司通过反复比较，控制系统解决方案采用了罗克韦尔自动化公司的ControlLogix 控制系统，并利用SERCOS（串行实时通讯系统）连接多个伺服驱动器，通过DeviceNet网络连接现场FLEX I/O工作站，减少了开发、安装的工作量，增加了系统的可靠性并提高了系统的整体性能。系统配置图如下：
在我们选择控制系统方案时，发现ControlLogix系统特别适合于成型机的控制，这是因为成型机不但有I/O逻辑顺序控制，而且还有伺服运动控制，而ControlLogix系统正是目前世界上惟一能把这两种类型的控制集成在一起的PLC控制系统。
ControlLogix系统不再是传统意义上的PLC，它为工业控制提供了最新的、具有灵活性的整体解决方案。它的处理器是一个多任务的处理器，在它的内核中设计有通讯功能，它的无源数据总线采用了Producer/Consumer技术以提供高性能的、确定性的以及分布式的解决方案，它能与现有PLC系统之间完美结合，能与现有网络完美结合并可实现信息的透明互换，能与其他网络上的程序处理器之间完美结合，它能通过Ethernet、ControlNet和DeviceNet网络连接起来，实现分布式处理。
特别是ControlLogix处理器具有完整的运动控制功能。通过高速度的背板，处理器可与伺服接口模块进行通讯，从而实现高度的集成操作及位置环和速度环的闭环控制。Logix处理器内部含有丰富的运动控制命令。这些命令支持各种运动功能，从简单的点-对-点运动到复杂的齿轮运动。RsLogix 5000编程软件除了为顺序控制提供梯形图编程外，还可以为运动控制提供完整的编程及调试支持。这种方法大大加快了开发和集成的速度，并使得启动和故障诊断更容易。
在这个系统中，我们采用的是ControlLogix5555处理器，配有DeviceNet网络接口模板，用于连接几个现场的1794 FLEX I/O工作站和PowerFlex 70变频调速器，另外选用了一台PanelView来进行辅鼓的提示和操作，这台PanelView也通过DeviceNet与PLC连接。伺服运动控制器通过SERCOS光纤环网络与PLC连接，在PLC上有一块可控制16轴的SERCOS模块，伺服控制器采用了一台8轴的Kinetix 6000驱动器，另外3台一台是因为功率较大，另两台功率较小，因此各采用了一台Ultra3000驱动器进行控制。
同样采用生产者/消费者网络技术的DeviceNET在2002年已成为我国的国家标准，它负责从低层设备采集数据，有效地减少了电缆数量和敷设工作量，降低了成本和缩短了安装周期，减少了起动和维修时间。DeviceNet还增加了设备层诊断功能，可以用于趋势分析和故障诊断。
SERCOS光纤网络是1996年发布的为高速、实时设计的全球开放的专为运动控制设计的网络，它采用光纤传输信号，速度快，抗干扰能力强，最多可带254个节点。
触摸屏计算机用于主鼓操作面板，它运行当今流行的WINDOWS98/2000/NT/XP操作系统，成型机的控制软件具有轮胎参数的修改、工作过程中的状态监视及故障诊断等功能。
图1 成型机设备照片
在应用ControlLogix系统的过程中，我们在以下几个方面体会到了这个系统带来的好处。
1.在设计阶段节省工期，减少学习时间
1.1高度集成的RSLogix5000编程软件
基于IEC1131-3标准，Logix5550控制器的指令集保持了已有的Allen-Bradley产品共同的看则有悟的特点，这使我们能充分利用已有的编程技能。
只需要安装一个RSLogix5000编程软件包即可完成可编程序控制器、伺服控制器和伺服驱动器的编程和设置，而不像有些系统那样需要2个甚至是3个单独的软件包。
1.2基于标记的寻址方式使得编程更加轻松
在Logix可编程序控制器中，处理器可直接运用实名标记，可根据数据在应用中的用途来命名有意义的标记，这使得程序具有更高的可读性，大幅减少了工程的时间和费用，也能减少编程和调试运行中的错误，更加便于维护。
1.3高度集成的运动控制
成型机有11个伺服，运动控制不但编程复杂，而且要与其它的I/O结合起来完成工序的控制。而ControlLogix将两者完美的结合在了一起，而且将伺服编程变成了非常容易完成的工作，只需简单地在控制器的梯形图程序中插入标准的运动指令。
1.4用户自定义数据结构
ControlLogix系统允许自己定义适合生产要求的数据结构，而不是像传统PLC那样为适应控制器的要求去存储数据。因此，我们建立了各种适合成型机的数据结构，在开发和维护过程中都使程序更加便于阅读。
总之，在设计阶段利用ControlLogix提供的优越性，我们将原先需要4个月编程时间缩短到了1个半月。
2.在安装阶段减少接线，减少了工作量
2.1SERCOS系统
采用光纤环网的SERCOS伺服运动控制系统使每个轴的伺服驱动器与伺服运动控制器之间的硬接线连接变成只需要用一根光纤连接，大幅减少了安装时间和成本，提高了系统的可靠性，增加了系统抗电磁干扰的能力，也节省了控制机柜的空间。我们成型机的控制柜由原来的3个缩减为现在的2个，而且柜内还非常简洁,配线的工作量也少了很多。
图2 采用SERCOS的控制柜
2.2用DeviceNet网络连接的Flex I/O
现场设备就近与Flex I/O工作站连接，主PLC只用一根DeviceNet网络线将现场的Flex I/O工作站连接在一起，这样有效地减少了电缆敷设的数量和工作量，缩短了安装周期。
3.在操作阶段提高了操作性能
由于ControlLogix系统功能如此强大，而且编程也非常容易，这就使我们将主要精力放在设备的工艺、操作控制上，编写的程序更加符合设备的工艺要求和操作要求。
4.在维护阶段有出众的诊断性能，减少了停机时间
在成型机控制系统中，伺服运动控制是最重要的，伺服运动控制的好坏直接关系到成型机系统的稳定性和可靠性，直接影响到了生产效率。通过SERCOS网络，ControlLogix系统不断地对伺服驱动器的关键参数进行监测。对于那些潜在的问题，在它们造成生产中断之前就向操作员报警，可减少突发停机事故，也能减少故障对伺服电机及其相关系统造成的损害。全面的诊断信息能在触摸屏计算机上显示出来，更加便于查找故障并进行处理，将生产损失减少到最小。
同样，通过DeviceNet网络连接到ControlLogix系统的PowerFlex变频调速器的故障诊断也非常容易。
采用罗克韦尔自动化公司的这套方案后，我们成型机控制系统非常先进，完全超过了国内其它厂家，使开发、安装、调试、维护的工作量减少，系统的可靠性增加，也为中国轮胎生产企业提供了最先进、可靠的成型机控制技术。
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