虎玉榮

(雙錢集團(tuán)上海橡膠機(jī)械一廠有限公司，上海 200129)

近幾年國(guó)內(nèi)很多輪胎企業(yè)不僅要提升輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀、舒適度等同時(shí)還要提高生產(chǎn)效率、降低能耗以及減少環(huán)境污染等。為此某集團(tuán)要求對(duì)生產(chǎn)輪胎的半鋼兩次法成型機(jī)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，本文通過(guò)了解半鋼兩次法成型機(jī)結(jié)構(gòu)，針對(duì)目前設(shè)備所存在問(wèn)題進(jìn)行分析，通過(guò)系統(tǒng)升級(jí)和一些功能的優(yōu)化措施來(lái)解決問(wèn)題，同時(shí)也描述了改造后的實(shí)際效果。

1 半鋼子午胎兩次法成型機(jī)組成

兩次法成型機(jī)主要由一、二段兩部分設(shè)備組成，其主要設(shè)備結(jié)構(gòu)分布如下。

1.1 一段機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)

（1）貼合鼓：主要負(fù)責(zé)將內(nèi)襯層、簾布、胎側(cè)等復(fù)合成輪胎的胎體筒。

（2）扣圈推盤裝置：主要分為左右兩部分，其功能是將鋼絲圈的進(jìn)行扣圈和反包。

（3）尾座：主要負(fù)責(zé)扣圈推盤裝置的左側(cè)部分。

（4）下壓輥裝置：主要由海綿輥用于貼合胎體時(shí)排氣和分壓輥用于是滾壓胎側(cè)組成。

（5）后壓輥裝置：主要對(duì)胎側(cè)子口位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓合。

（6）供料裝置：主要將簾布、胎側(cè)、內(nèi)襯部分等通過(guò)導(dǎo)料小車、輸送帶傳輸至貼合鼓。

1.2 二段機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)

（1）帶束鼓：帶束層及胎面的貼合滾壓。

（2）傳遞環(huán)：將輔機(jī)帶束層及胎面貼合完成后部件傳送到成型鼓。

（3） 滾壓裝置：滾壓裝置是成型中重要組成部分，滾壓的效果對(duì)輪胎的質(zhì)量影響很大。

（4）PU成型鼓：將一段的胎筒和二段帶束筒部件放在PU成型鼓上進(jìn)行滾壓后成胎坯。

（5）冠帶裝置：由導(dǎo)開裝置、儲(chǔ)料裝置、纏繞頭組成，主要把冠帶條纏繞到帶束鼓上。

（6）帶束層供料部分：主要將導(dǎo)開后的帶束層通過(guò)輸送帶裝置傳輸至帶束貼合鼓。

（7）胎面供料部分：主要將大卷的胎面進(jìn)行導(dǎo)開、定長(zhǎng)、裁切后輸送貼合到帶束鼓上。

2 設(shè)備控制系統(tǒng)現(xiàn)狀說(shuō)明

我公司在用半鋼兩次法成型機(jī)的控制系統(tǒng)由三菱早期的A172SHCPU的PLC、A970GOT系列的HMI、MR-J2S系列伺服驅(qū)動(dòng)、HC-SFS系列的伺服電機(jī)等組成。近期由于此控制系統(tǒng)的電器元件老化嚴(yán)重等造成質(zhì)量和產(chǎn)量波動(dòng)幅度較大，維修頻率高且備件采購(gòu)周期長(zhǎng)，具體如下：

（1） A172SHCPU的PLC經(jīng)常丟數(shù)據(jù)，故障信息不明確，無(wú)法修復(fù)且目前市場(chǎng)備件較少。

（2） A970GOT系列的HMI經(jīng)常操作不靈敏，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)黑屏，維修后的使用效果不好。

（3）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)MR_J2S_□B驅(qū)動(dòng)頻繁故障，且返修驅(qū)動(dòng)器用一段時(shí)間再次故障且運(yùn)行不穩(wěn)定。

（4） A1S系列的繼電器輸出模塊內(nèi)部的繼電器已壞，目前市場(chǎng)備件較少。

（5）后壓輥、下壓輥計(jì)數(shù)采用的是通過(guò)接近開關(guān)產(chǎn)生脈沖，經(jīng)常定位不準(zhǔn)，滾壓時(shí)由于數(shù)據(jù)的差異而造成胎坯質(zhì)量不穩(wěn)定。

（6）冠帶條纏繞過(guò)程中，規(guī)格大小和冠帶的寬窄不一樣，往往造成儲(chǔ)料裝置供料不及時(shí)，造成纏繞過(guò)程中有拉升現(xiàn)象以及在帶束鼓上的帶束層變形。

（7）該機(jī)組整個(gè)安全系統(tǒng)仍存在不完善,主要體現(xiàn)在供料架導(dǎo)開、扣圈推盤、傳遞環(huán)移動(dòng)等在自動(dòng)狀態(tài)下安全措施不到位等現(xiàn)象，往往由于操作失誤因素導(dǎo)致引發(fā)的安全事故。

（8）帶束鼓貼合的寬度定位，采用多燈固定式測(cè)量寬度，每班更換規(guī)格比較頻繁情況下，需要對(duì)貼合的寬度進(jìn)行重復(fù)調(diào)整，降低了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3 改造方案分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備目前存在的現(xiàn)狀和問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行分析。具體改造的方案分析如下：

（1）目前現(xiàn)場(chǎng)90%機(jī)組的系統(tǒng)均采用三菱公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，從成本和性價(jià)比考慮，選擇兼容性更穩(wěn)定、更高效的Q系列CPU進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)。子午胎半鋼一段電氣元件更換見表1、二段電氣元件更換見表2。

表1 子午胎半鋼一段電氣元件更換

表2 子午胎半鋼二段電氣元件更換

（2）變頻驅(qū)動(dòng)器仍然使用目前現(xiàn)場(chǎng)三菱E540，不必要更換，增加CC-LINK模塊進(jìn)行控制。

（3）人機(jī)交互界面HMI選用帶有內(nèi)置以太網(wǎng)的GOT2000系列觸摸屏代替A970GOT系列的。

（4）一、二段機(jī)組的伺服電機(jī)選型，仍然采用原有機(jī)組上的伺服電機(jī)。

（5） 一、二段機(jī)組的伺服驅(qū)動(dòng)器，由原MELS ERVO-J2系列的驅(qū)動(dòng)器升級(jí)為MR-J4-B系列的。

（6）一段的下壓輥、后壓輥由原來(lái)的接近開關(guān)產(chǎn)生脈沖計(jì)數(shù)，改為模擬量直線傳感器來(lái)計(jì)數(shù)控制。

（7）二段機(jī)組的冠帶纏繞的儲(chǔ)料裝置由原來(lái)5段儲(chǔ)料，增加為10段儲(chǔ)料，并增加張力檢測(cè)控制器。

（8）一段、二段機(jī)組的供料架導(dǎo)開裝置增加安全光柵，同時(shí)在推盤移動(dòng)、傳遞環(huán)移動(dòng)等部位增加安全觸邊開關(guān)和漫反射距離檢測(cè)開關(guān)，對(duì)整個(gè)機(jī)組的每段安全系統(tǒng)增加安全繼電器功能。

（9）二段的固定燈標(biāo)，改為由伺服驅(qū)動(dòng)控制的移動(dòng)燈標(biāo)，增加配方調(diào)用功能。

4 改造中硬件的優(yōu)化和軟件的設(shè)計(jì)

4.1 機(jī)組電氣系統(tǒng)功能的優(yōu)化

高性能QCPU可支持多達(dá)4個(gè)CPU的之間的相互運(yùn)算和處理功能，即一個(gè)系統(tǒng)中可集成順控、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制等多CPU控制功能。而本文一、二段均選用Q04UDEHCPU為主CPU和Q172DSCPU為運(yùn)動(dòng)CPU來(lái)控制。半鋼一、二段設(shè)備的硬件系統(tǒng)分布圖具體如圖1。

圖1 半鋼一、二段設(shè)備硬件系統(tǒng)

（1）SSCNETSⅢ/H 通訊方式：Servo System Control NETwork的縮寫，即伺服系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)。用來(lái)連接三菱運(yùn)動(dòng)控制器CPU與伺服放大器的高速串行通訊網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)采用高速光纖系統(tǒng)SSCNET III/H通訊，使運(yùn)動(dòng)Q172DSCPU和高性能的伺服驅(qū)動(dòng)器(J4B)之間更加密切的配合，從而實(shí)現(xiàn)了高速同步網(wǎng)絡(luò)通訊。采用SSCNETⅢ/H的光纜使其不僅保持了高抗干擾性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工150 Mbps的高速通信能力。

（2）CC-LINK 通訊方式 ：Control &Commun ication Link的縮寫，即控制與通信鏈路系統(tǒng)。CC-LINK是三菱開發(fā)的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式。網(wǎng)絡(luò)中的主站由 PLC 負(fù)責(zé)，而從站通過(guò)QJ61BT11模塊將遠(yuǎn)程的I/O模塊、特殊功能模塊、變頻器以及各種測(cè)量?jī)x表等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行鏈接控制 。CC-Link數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到 10 Mb/s。

（3）伺服電機(jī)選型，仍然采用原有的伺服電機(jī)，可以用MR-J4-□B伺服控制HC-SFS□系列的伺服電機(jī)。但用J4系列驅(qū)動(dòng)控制HC-SFS□系列的電機(jī)和新的HG系列電機(jī)在使用性能上沒有明顯的差異。為了給企業(yè)降低改造的成本，可以繼續(xù)提高HCSFS□系列伺服電機(jī)使用效率。

（4）機(jī)組安全功能的進(jìn)一步完善優(yōu)化,應(yīng)用安全繼電器模塊將一段、二段機(jī)組的外圍急?；芈贰踩鈻呕芈?、安全地毯回路、安全觸邊回路等安全裝置進(jìn)行兩路線路設(shè)計(jì)連接和四級(jí)控制，達(dá)到安全預(yù)防措施無(wú)紕漏的功效。

4.2 機(jī)組機(jī)械硬件功能的優(yōu)化

（1）一段的下壓輥、后壓輥上各固定一套直線傳感器，該壓輥移動(dòng)的過(guò)程中，滑動(dòng)傳感器產(chǎn)生0～10 V直流電壓，通過(guò)模擬量輸入模塊將其轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)位移量。

（2）帶束鼓在進(jìn)行冠帶條纏繞時(shí)，由于每條胎坯的纏繞量?jī)?chǔ)料不足，開始纏繞時(shí)，儲(chǔ)料電機(jī)也開始旋轉(zhuǎn)，有時(shí)會(huì)造成速度差等原因。通過(guò)加裝儲(chǔ)料電機(jī)移動(dòng)位置傳感器以及改善反作用配重塊。使其在纏繞的過(guò)程中儲(chǔ)料電機(jī)不動(dòng)，當(dāng)纏繞完后儲(chǔ)料電機(jī)開始儲(chǔ)料，起到預(yù)先儲(chǔ)料的功能，同時(shí)在纏繞頭和儲(chǔ)料裝置之間，加裝一個(gè)實(shí)時(shí)張力檢測(cè)功能，以便檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)每條胎張力。

（3）帶束鼓在貼合每個(gè)部件時(shí)，由于部件的寬度不一樣。加裝位置控制燈標(biāo)，使其在每個(gè)部件貼合之前定位到該部件的寬度，且燈標(biāo)的寬度可以根據(jù)不同的規(guī)格進(jìn)行儲(chǔ)存，在每次切換規(guī)格時(shí)，只需調(diào)用配方號(hào)就可以切換規(guī)格數(shù)據(jù)。

4.3 機(jī)組電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

QCPU是以中大規(guī)模系統(tǒng)為應(yīng)用對(duì)象的，在大幅提高CPU模塊處理性能和程序寄存器容量的同時(shí)也提供網(wǎng)絡(luò)模塊的通信功能，而最大的優(yōu)點(diǎn)是指令的運(yùn)行速度僅需34 ns。在邏輯編程上可以使用梯形圖、語(yǔ)句表、ST（結(jié)構(gòu)化文本，類高級(jí)語(yǔ)言）、SFC、FB等5種編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以滿足不同用戶的需求。通過(guò)以下幾點(diǎn)了解本機(jī)組的編程思路和方式。

（1）PLC編程軟件采用為GX+Developer系列的軟件，其中用SFC編程語(yǔ)言編寫自動(dòng)步程序，使邏輯條理更加直觀，監(jiān)控診斷和修改更加易懂。如圖2所示自動(dòng)貼合內(nèi)襯層自動(dòng)步，當(dāng)MAIN中的M35接通后，調(diào)用MAIN-SFC中程序號(hào)BL10（AUTO MODE）,進(jìn)入BL10后若判斷條件滿足BL11，調(diào)用BL11執(zhí)行內(nèi)襯層貼合，若不滿足則判斷其他程序等。

圖2 自動(dòng)貼合內(nèi)襯層自動(dòng)步程序

（2）運(yùn)動(dòng)CPU編程軟件采用MT Work2軟件，此軟件包含了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)邏輯的程序、K步程序編寫等，同時(shí)還包括伺服軸參數(shù)設(shè)定，伺服軸調(diào)試、仿真、維護(hù)等的功能。如圖3所示一個(gè)復(fù)雜的S型冠帶纏繞插補(bǔ)功能程序,可以用兩個(gè)簡(jiǎn)單的命令調(diào)用,即調(diào)用主CPU中的DP.SVST和運(yùn)動(dòng)CPU中的CPSTART2命令相互配合,就可以完成此復(fù)雜的動(dòng)作。

圖3 S型冠帶纏繞插補(bǔ)功能程序

5 設(shè)備系統(tǒng)升級(jí)后的效果

（1）此次改造給維修和技術(shù)人員提供鍛煉的機(jī)會(huì)，為后續(xù)改造、故障解決等奠定了基礎(chǔ)。

（2）控制系統(tǒng)改造后，產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效的控制，尤其是生產(chǎn)效率有了明顯的提高。

（3）該機(jī)組升級(jí)優(yōu)化后，原來(lái)更換規(guī)格需要2 h左右，現(xiàn)在更換規(guī)格只需1 h左右。

（4）該機(jī)組的冠帶儲(chǔ)料、燈標(biāo)裝置等加裝改造后，減少了不良次品率，提高了生產(chǎn)效率。

（5）該機(jī)組的下壓輥和后壓輥裝置改造后，原來(lái)的電機(jī)分合頻率只能設(shè)定在30 Hz,改造后電機(jī)的頻率可以設(shè)定在45 Hz,且移動(dòng)的位移量數(shù)據(jù)沒有丟失。

6 結(jié)束語(yǔ)

本機(jī)組改造前期在程序和硬件控制系統(tǒng)做了充分的準(zhǔn)備，但依然有很多不足之處，尤其舊的伺服電機(jī)和新的伺服控制器的兼容性仍有一些不足。經(jīng)過(guò)陸續(xù)的完善和優(yōu)化，最終該機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。自改造以來(lái)連續(xù)運(yùn)行8個(gè)月的時(shí)間，已連續(xù)生產(chǎn)165/80R15 87TKR17、195/55R15 85VKR20、195/65R15 91HKR23等10種規(guī)格的胎坯。以165/80R15 87TKR17的規(guī)格檢測(cè)依論證，改造后產(chǎn)量為302條，比原來(lái)計(jì)劃多2條左右，動(dòng)平衡合格率為95.68%。從運(yùn)行的數(shù)據(jù)中可以判斷達(dá)到公司預(yù)期的改造效果。