陳永健

(閩南理工學(xué)院實(shí)踐教學(xué)中心， 福建 石獅 362700 )

0 引 言

圖1 聯(lián)動(dòng)線(xiàn)Ⅰ線(xiàn)

圖2 聯(lián)動(dòng)線(xiàn)Ⅱ線(xiàn)

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是自動(dòng)化發(fā)展的新技術(shù)，正向著開(kāi)放的國(guó)際統(tǒng)一的方向發(fā)展，成為共同遵守的國(guó)際規(guī)范，它所涉及的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛.傳統(tǒng)的胎面聯(lián)動(dòng)線(xiàn)采用集中式控制，其控制功能由控制室設(shè)備完成，設(shè)備與儀表之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)分散式的管理與信息交換,這種集中的控制方式必然導(dǎo)致危險(xiǎn)性的集中，給管理與設(shè)備故障檢修帶來(lái)很大的不便.汽車(chē)輪胎聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)引入現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，使得現(xiàn)場(chǎng)儀表之間、現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室設(shè)備之間構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)互連標(biāo)準(zhǔn)，這樣系統(tǒng)的控制功能分散得比較徹底，加上全數(shù)字化，形成了自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)及全分布式網(wǎng)絡(luò)集成化的自動(dòng)系統(tǒng).

1 工藝流程設(shè)計(jì)

胎面的雙復(fù)合擠出機(jī)首先經(jīng)過(guò)溫控儀表控制加熱到設(shè)定值，擠出機(jī)運(yùn)輸帶將冷熱喂料送入，膠料通過(guò)預(yù)口型板復(fù)合擠出.擠出的膠面先經(jīng)過(guò)四段收縮輥道達(dá)到工藝要求的收縮比，然后依次通過(guò)聯(lián)動(dòng)線(xiàn)Ⅰ線(xiàn)、聯(lián)動(dòng)線(xiàn)Ⅱ線(xiàn)，如圖1、圖2所示.

2 聯(lián)動(dòng)線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 控制要求及方案

胎面經(jīng)預(yù)口型板擠出成型后，在設(shè)定的收縮率下經(jīng)過(guò)收縮輥道后達(dá)到工藝規(guī)定的收縮比，然后按順序依次經(jīng)過(guò)其后的各段輥道.要求各段輥道間具有很好的速度匹配，使擠出的膠料既不能拉伸又不能堆積，同時(shí)要求聯(lián)動(dòng)線(xiàn)系統(tǒng)具有較高的速度整定能力，以保證胎面的產(chǎn)品質(zhì)量.為此，胎面在經(jīng)過(guò)四段收縮輥道進(jìn)入聯(lián)動(dòng)線(xiàn)Ⅰ線(xiàn)各段輥道之前都裝有擺桿和探片輥.其中，擺桿裝置一側(cè)安裝的線(xiàn)性位移傳感器把擺桿的位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)0～10 V并送入PLC的模擬量輸入模塊以作為速度整定值，而探片輥旁的接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)胎面的到達(dá)以決定是否將該速度整定值與各段速度的給定值相疊加.系統(tǒng)中的擠出機(jī)、壓延機(jī)采用西門(mén)子直流調(diào)速裝置6RA70進(jìn)行調(diào)速，交流電機(jī)采用西門(mén)子交流變頻器MM420和MM440進(jìn)行變頻調(diào)速.擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速、聯(lián)動(dòng)線(xiàn)各段速度的給定值通過(guò)PROFIBUS總線(xiàn)由PLC傳送到各個(gè)直流調(diào)速器，通過(guò)總線(xiàn)各個(gè)驅(qū)動(dòng)器和PLC進(jìn)行通信.

2.2 聯(lián)動(dòng)線(xiàn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

控制系統(tǒng)上位機(jī)采用西門(mén)子工控機(jī)，下位機(jī)采用西門(mén)子公司的S7-300系列PLC的CPU315-2DP，它包括3塊SM321數(shù)字量輸入模塊、2塊SM322數(shù)字量輸出模塊、1塊SM323數(shù)字量輸入輸出以及1塊通信處理器CP340.315-2DP的MPI連接到西門(mén)子工控機(jī)，DP口通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接了遠(yuǎn)程分布式IPO ET200，它包括了1塊接口模塊IM153-1、2塊模擬量輸入模塊SM331、4塊數(shù)字量輸入模塊SM321和2塊數(shù)字量輸出模塊SM323.ET200M使用PROFIBUS總線(xiàn)連接了4臺(tái)直流調(diào)速器和18臺(tái)交流調(diào)速器以及裁斷位置控制器和截?cái)嗳藱C(jī)界面TP27，如圖3所示.

圖3 聯(lián)動(dòng)線(xiàn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

采用PROFIBUS總線(xiàn)通信聯(lián)網(wǎng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：它是目前最成功的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一，是不依賴(lài)于生產(chǎn)廠家的、開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備都可以通過(guò)同樣的接口交換信息.PROFIBUS-DP用于傳感器和驅(qū)動(dòng)器級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳送，是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的模塊，適用于系統(tǒng)與外部設(shè)備的通信，用于胎面聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)分布式系統(tǒng)中尤為適合.

3 聯(lián)動(dòng)線(xiàn)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖4 聯(lián)動(dòng)線(xiàn)子程序流程圖

聯(lián)動(dòng)線(xiàn)的控制程序采用模塊化的編程思想，主要采用功能強(qiáng)大的語(yǔ)句表來(lái)進(jìn)行程序的編寫(xiě)，將不同的控制功能用不同的程序功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，它使程序可讀性、可移植性、易維護(hù)性大大加強(qiáng).本聯(lián)動(dòng)線(xiàn)控制程序從循環(huán)執(zhí)行主程序：組織塊OB1開(kāi)始依次調(diào)用各個(gè)子程序和功能塊，各子程序的功能塊用于完成聯(lián)動(dòng)線(xiàn)系統(tǒng)某一部分的邏輯控制如液壓系統(tǒng)控制機(jī)頭的開(kāi)合模或?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)某一特定功能如通過(guò)總線(xiàn)讀寫(xiě)控制字、狀態(tài)字.程序從OB1開(kāi)始順序調(diào)用主機(jī)程序FC16和輔助程序FC17.接著，主機(jī)程序FC16再調(diào)用機(jī)頭開(kāi)合模程序FC15、直流電機(jī)控制程序FC18、機(jī)頭報(bào)警程序FC25和七段BCD數(shù)碼表顯示值標(biāo)度變換程序FC29等；輔助程序又調(diào)用了控制程序FC14、各段輥道電機(jī)速度鏈整定程序FC3、各輥道變頻電機(jī)控制程序FC14等.在直流電機(jī)控制程序中調(diào)用了STEP7中的系統(tǒng)功能SFC14、SFC15通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)去讀、寫(xiě)直流調(diào)速器的狀態(tài)字(包括擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速和擠出電流等)和控制字.在用戶(hù)程序中除了編寫(xiě)主程序OB1外，還編寫(xiě)了OB35循環(huán)程序、OB80循環(huán)程序、OB81電源故障、OB100完全重啟等組織塊用以實(shí)現(xiàn)模塊的濾波和系統(tǒng)的重啟等.聯(lián)動(dòng)線(xiàn)子程序流程圖如圖4所示.

胎面在經(jīng)過(guò)四段收縮后進(jìn)入聯(lián)動(dòng)線(xiàn)Ⅰ線(xiàn)各段輥道之前都裝有擺桿裝置和探片輥.探片輥旁的接近開(kāi)關(guān)用以檢測(cè)胎面的到達(dá)，胎面到達(dá)后則帶動(dòng)探片輥轉(zhuǎn)動(dòng)，接近開(kāi)關(guān)就發(fā)出一系列的脈沖信號(hào).擺桿旁的線(xiàn)性位移傳感器把擺桿的位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為0～10 V電壓信號(hào)送入PLC的AI模塊，接口模塊將電壓值轉(zhuǎn)換為APD標(biāo)準(zhǔn)值.其中，0 V電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)著擺桿的最高位，10 V電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)擺桿的最低位，而5 V電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)著擺桿的正常平衡位置.在程序中，通過(guò)調(diào)用脈沖檢測(cè)程序來(lái)判斷胎面是否已進(jìn)入本段輥道.若胎面沒(méi)有進(jìn)入，則擺桿后面的那段輥道的速度等于前面一段輥道的速度給定；若胎面進(jìn)入，則將擺桿位置對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)的APD轉(zhuǎn)換值減去5 V電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的APD轉(zhuǎn)換值，乘以一定的比例系數(shù)之后再加上前面一段輥道的速度給定.因此，如果線(xiàn)性位移傳感器檢測(cè)的電壓信號(hào)大于5 V，則擺桿后面的那一段輥道就加速；如果電壓信號(hào)小于5 V，則擺桿后面的那一段輥道就減速.

如果電壓信號(hào)等于5 V，則擺桿后面的那段輥道既不加速也不減速.這樣，通過(guò)擺桿位置變化對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性位移傳感器檢測(cè)的電壓信號(hào)的變化即可自動(dòng)地調(diào)節(jié)后面一段輥道的速度，達(dá)到了各段輥道速度整定的目的，使各段輥道速度相匹配，滿(mǎn)足擠出的胎面既不會(huì)拉伸也不會(huì)推積.聯(lián)動(dòng)線(xiàn)控制系統(tǒng)通過(guò)采集線(xiàn)性位移傳感器的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到了對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)控制.

4 效益分析及應(yīng)用前景

胎面聯(lián)動(dòng)線(xiàn)采用了西門(mén)子S7-300PLC和PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)后，連接一系列基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的嵌入式設(shè)備的開(kāi)放系統(tǒng).從一定意義上說(shuō)，嵌入式設(shè)備就相當(dāng)于一臺(tái)臺(tái)微機(jī)，它們以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為紐帶，互連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成數(shù)字通信任務(wù).實(shí)際運(yùn)行效果可靠、穩(wěn)定，大大提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和產(chǎn)品的質(zhì)量.采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將導(dǎo)致胎面聯(lián)動(dòng)線(xiàn)往自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的深刻變革，由于它適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，因此給自動(dòng)化系統(tǒng)的最終用戶(hù)帶來(lái)了更大的實(shí)惠和更多的方便.

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