子午線輪胎生產(chǎn)過程中胎面定長裁斷是其關鍵工序，膠料投入擠出機后壓出并經(jīng)牽引拉伸、冷卻及定長裁斷后得到輪胎胎坯。胎面裁斷定長檢測的控制過程是一個先裁斷定長、后單條稱重的控制過程。開發(fā)一套具有高切割精度（包括加工端面傾斜度和光潔度及定長剪切長度的度）、能夠適應高裁斷速度的胎面裁斷裝置，不管從提高產(chǎn)量、減少廢品率還是從提高原料的利用率來說都顯得極為重要。　　

本文主要闡述一種應用現(xiàn)場總線和伺服控制技術來實現(xiàn)較高定長裁斷精度的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的運行指標如下：

高運行速度不低于30m/ min；

設定長度大于lm時，定長剪切誤差小于2 ‰；

切割端面傾斜度和光潔度以滿足下段工序的要求為標準。

裁斷系統(tǒng)的設備組成及功能簡介

                                            圖1 裁斷系統(tǒng)機械部分示意圖

1 機械部分組成

裁斷系統(tǒng)由如圖1所示幾部分組成，下面分別介紹它們的組成和功能。

1-傳送帶伺服電機

2-裁刀電機

3-刀架伺服電機

4-刀架直線導軌

5-傳送皮帶

6 -超聲波傳感器

裁斷裝置由定長輸送裝置、裁刀裝置、壓膠裝置、刀架轉動裝置等組成。定長輸送裝置的結構為低臺式，傳送帶由交流伺服電動機驅動，可滿足裁斷定長精度高的要求，速度在一定的范圍內可進行高精度無級調速。裁刀裝置由裁刀刀架和刀架傳動裝置兩部分組成，裁刀、微型氣缸和電機安裝在裁刀刀架上，裁刀刀片在電機帶動下高速旋轉，由微型氣缸帶動升降，裁膠時放下，回程時抬起，裁刀刀架在由伺服電機拖動的力士樂高精度直線運動導軌上來回移動以切割胎面。壓膠裝置為海綿滾筒和由氣缸帶動的能夠抬起和壓下的壓刷，是為了在裁斷過程中壓住胎面以免打滑。整個裁刀傳動裝置可繞一垂直心軸轉動，從而調整裁斷角度。

冷卻后的胎面經(jīng)貯存槽進入裁斷定長輸送皮帶上，在貯存槽上方裝有超聲波傳感器，檢測胎面貯存的程度，使運輸帶以不同的速度運行；傳送帶伺服電機啟動運行，同時直接裝在軸上的旋轉編碼器開始脈沖計數(shù)，電機拖動輸送皮帶向前行進，當胎面長度達到預設值時，運輸帶經(jīng)減速后停止運行；此時壓膠裝置壓刷在氣缸帶動向下壓緊胎面，刀架伺服電機帶動刀架從初始端快速沿直線導軌向另一端行進并裁切胎面；在裁切胎面的過程中，噴水電磁閥動作并向切刀噴水，切割完畢后，壓胎面裝置升起、切刀抬起，直線導軌上的裁斷刀架退回到初始位置并停止運行、噴水電磁閥停止噴水，同時切刀放下，一切恢復到初始狀態(tài)，以便再次啟動。

2 電氣控制部分組成

　　該控制系統(tǒng)采用Profibus現(xiàn)場總線傳輸效率高的單主站線型網(wǎng)絡拓樸結構，網(wǎng)絡拓撲結構如圖2所示。根據(jù)整條生產(chǎn)線的要求，選用了西門子s7-315-2dp為主控plc，其中plc作為dp主站。2臺驅動電機的伺服控制器和2個位移編碼器接入位置控制器，位置控制器本身帶有dp接口，可以直接連接在profibus總線上，作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的從站，并且可通過主站完成遠程參數(shù)配置?？刂婆_上各種操作和顯示要求較多，裁斷長度的設定與實際值，刀架左右移動的行程及速度，手動控制信號，以及某些系統(tǒng)參數(shù)的修改通過tp270來完成，tp270是西門子公司的基于windows平臺的功能強大的操作終端。

裁斷系統(tǒng)的檢測裝置包括各類非接觸式行程開關、超聲波傳感器和位移編碼器等，用于測量機械位移、運行速度，保證了裁度伺服控制系統(tǒng)有序、安全、可靠的運行。狀態(tài)檢測信號接入位置控制器clm開關量輸入口（端子x3中的e1－e16），包括切刀、壓刷的抬起與落下到位信號，刀架左右限位信號，刀架定位原點等。切刀、壓刷、噴蒸汽閥的動作由開關量輸出口（端子x4中的a1－a16）輸出控制。超聲波傳感器安裝于定長傳送帶前端與前級胎面運輸帶后端的貯存槽內，其檢測到的胎面在貯存槽位置高低信號（0－10v）通過模擬量輸入口輸入到plc。分別檢測傳送皮帶和刀架位置的兩個位移編碼器接入位置控制器clm（端子x1、x2）。

3 軟件設計及分析

    本系統(tǒng)軟件設計主要包括三大部分：

　　◆plc 控制程序和plc 和位置控制器clm的通信程序的設計，其中包括系統(tǒng) profibus-dp網(wǎng)絡組態(tài)、系統(tǒng)硬件組態(tài)、控制程序設計等；

　　◆位置控制器裁斷伺服控制程序；

　　◆監(jiān)控程序的設計，主要包括系統(tǒng)運行需要的監(jiān)控主界面、裁斷控制界面、報表生成和數(shù)據(jù)查詢界面等人機界面的設計。

4 plc控制程序設計

　　系統(tǒng)中以西門子s7-315-2dp作為profibus現(xiàn)場總線主站提供與力士樂位置控制器clm直接而便利的高速循環(huán)通信服務，通訊速率高、控制適時性好、抗干擾能力強且編程簡單。在plc編程軟件step7中導入位置控制器clm設備數(shù)據(jù)庫文件（in2_04eb.gsd），完成硬件網(wǎng)絡組態(tài)，為位置控制器分配網(wǎng)絡地址，該地址必須與控制器參數(shù)中設置的相同，在組織塊ob中選用sfc14“dprd_dat”，sfc15“dpwr_ dat”系統(tǒng)功能塊向位置控制器接收/發(fā)送過程數(shù)據(jù)。

　　在位置控制器參數(shù)b007中設置與主站的總線通訊率，參數(shù)b008中設置從站網(wǎng)絡地址，并選擇參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（ppo）類型，這樣系統(tǒng)的現(xiàn)場設備與plc之間通過profibus-dp總線可以完成數(shù)據(jù)的讀寫和控制數(shù)據(jù)的傳輸，如控制字、狀態(tài)字、給定值和實際值等。除過程數(shù)據(jù)外，profibus-dp也傳輸傳動系統(tǒng)的參數(shù)設置和診斷信號。

　　plc根據(jù)聯(lián)動線的運行速度、操作指令及裁斷裝置的狀態(tài)對皮帶、刀架進行協(xié)調控制。胎面在兩條運輸帶之間的貯存量使傳感器產(chǎn)生相應模擬量輸出信號，并與前段運輸帶的速度綜合起來按照一定的算法決定裁斷皮帶的運行速度，從而通過plc相應地改變速度使運輸帶協(xié)調平穩(wěn)運行。用戶根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)需要相應設置胎面裁斷長度等參數(shù)，通過總線完成plc與位置控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

5 位置控制器clm的伺服程序設計

　　裁斷伺服控制程序框圖如圖3所示，程序主要由總線通訊、傳送皮帶控制和裁斷刀架控制三部分組成?？刂破髋cplc之間控制和狀態(tài)信息的傳送由總線通訊程序完成，控制器接收plc傳送的控制信息如速度值、長度值和操作指令等，同時將運行狀態(tài)信息傳送給plc進行分析、顯示；傳送帶控制程序完成傳送帶伺服電機運行的速度和位置控制，進行胎面裁斷的定長和平穩(wěn)快速運行；裁斷刀架控制程序完成裁斷刀架橫向移動切割和其輔助裝置的控制，保證裁刀動作的正常執(zhí)行，得到較好的切割端面。

                  圖3 伺服控制程序框圖

6 監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　系統(tǒng)以plc為主站和以工業(yè)pc為第二主站，其中工業(yè)pc作為上位機，提供良好的人機交互環(huán)境，實現(xiàn)對整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)管理和監(jiān)控，并實現(xiàn)連接到車間級intranet網(wǎng)絡。主站（主控plc）是整個胎面生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集和處理，以及控制信號的發(fā)送與工業(yè)pc的通訊，以便于操作人員監(jiān)控現(xiàn)場的設備。整個系統(tǒng)的操作、工作狀態(tài)及測量分析結果在工業(yè)pc上進行圖形顯示監(jiān)控，通過現(xiàn)場總線由plc上傳相關數(shù)據(jù)信息，處理系統(tǒng)報警，存儲歷史數(shù)據(jù)，生成各類報表，并進行圖形顯示及人機對話，向plc下傳相關控制命令，從而實現(xiàn)監(jiān)控計算機與現(xiàn)場設備之間的信息管理。

　　裁斷控制人機界面采用tp270觸摸屏，通過profibus總線與plc主機連接。對于觸摸屏的編程，采用西門子公司提供的protool/procs組態(tài)軟件進行編程組態(tài)。protool/procs完整的圖形用戶界面加上軟件本身自帶的項目組態(tài)向導允許用戶方便地創(chuàng)建面向對象、基于符號的各種項目。在protool/procs中界面上的操作單元與執(zhí)行器之間通過plc利用變量進行通訊，即在hmi可以直接讀或寫的plc上的存儲地址。軟件設計思想是在完成基本人機交互功能的基礎上，設計了一套讓操作者能夠自學操作規(guī)程的軟件系統(tǒng)。通過人機界面，操作者即能設置一些基本的參數(shù)，如定長值、誤差調整、裁斷次數(shù)等，也可以監(jiān)測系統(tǒng)的報警狀態(tài)，學系統(tǒng)的操作規(guī)范以及密碼設置等。自動運行按照設備設計的動作流程進行自動運行控制時，一些需要調整的參數(shù)，如速度、位置等可以方便的在觸摸屏上進行調整、修定。異常停止當定位模塊、伺服驅動器、行程開關以及機器異常時伺服馬達都應該立即停止運轉，并產(chǎn)生異常碼顯示在觸摸屏上，以便維修人員及時了解發(fā)生的問題。

當我們流連于家居廣場精心挑選家具之時，我們心中或許在考慮的度、的設計款式、亦或是良好的，等等。但可以肯定的是，我們幾乎完全不會也不必考慮這些款式多樣、表面精美的家居產(chǎn)品是如何生產(chǎn)出來的。當然，我們可能也并不知曉，在家具打磨、砂光、噴涂過程中，正是依靠變頻控制技術實現(xiàn)了家具板件的柔性高效打磨，并終成為鑄造家具產(chǎn)品度的“幕后推手”。

面向基本應用的變頻驅動解決方案 西門子SINAMICS V20 可以讓打磨設備體會到簡易、經(jīng)濟驅動解決方案的巨大優(yōu)越性

數(shù)字化升級

隨著消費升級和個性回歸，家居環(huán)境走向“量體裁衣”，定制風逐漸興起。然而實際上，個性化定制與大規(guī)模生產(chǎn)本來就是“魚與熊掌不可兼得”的矛盾體，如何應對“家具生產(chǎn)‘4.0時代’的到來？這就需要數(shù)字化、柔性化的生產(chǎn)線，對砂光設備也不例外。

西門子憑借在數(shù)字化工廠領域的積累，引入西門子SMART PLC+V20+SMART LINE解決方案，某公司每臺砂光設備要用8~15臺變頻器，SINAMICS V20變頻器通過西門子內部USS協(xié)議，易于現(xiàn)有系統(tǒng)的整合，可以實現(xiàn)快速響應。V20還支持MODBUS通信，可以輕松實現(xiàn)與第三方PLC的通訊。

不僅如此，SINAMICS V20變頻器與西門子SIMATIC S7-200 SMART控制器的搭配應用，實現(xiàn)了更佳的通信質量和通信效率，這一優(yōu)化的解決方案使得設備整體穩(wěn)定性和控制水平達到了一個新的高度。從而輕松實現(xiàn)流程聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)混線生產(chǎn)，大大提高了客戶的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。

精細化作業(yè)

從原始的手工打磨進入到機器生產(chǎn)，砂光設備毫無疑問是家具生產(chǎn)過程中工藝精細化的工序，對速度和精度有著非常高的要求。以木門產(chǎn)品為例，如果木門在生產(chǎn)過程中不進行細細打磨，噴了底漆，貼上木皮，就表現(xiàn)不出平滑光潔的整體效果，門的整體質量就會受到影響。

隨著市場消費的升級，消費者對家具產(chǎn)品的質量要求也在不斷提高。在家具板件的砂光過程中，摩擦會產(chǎn)生熱量，同時形成木棉垃圾，影響設備的使用壽命和板面砂光質量。因此家具板件的加工的原料和工藝決定了砂光機必須工作在高溫、多粉塵等惡劣環(huán)境下工作，因而，堅固、穩(wěn)定與可靠成為砂光設備對變頻驅動等電氣裝置的要求。

西門子SINAMICS V20變頻器-15%~15%的電壓波動可適應的更為廣泛的供電電壓范圍，采用智能冷卻的設計理念，增強了魯棒性，使得變頻器具有很強的環(huán)境適應力和耐受性而且，而且V20采用的電子防涂層技術，不會產(chǎn)生電路板短路現(xiàn)象，抗干擾能力很強，完全可以適應家居加工行業(yè)嚴苛的環(huán)境。

高效化節(jié)能

在節(jié)能方面，SINAMICS V20所配備的控制技術能夠通過自動減少磁通來實現(xiàn)佳的能量效率。同時，西門子的電柜在整體外觀上可以大幅改善，通風口向下設置，可以實現(xiàn)變頻器無縫隙并排安裝，電柜安裝空間緊湊。

可以看到，SINAMICS V20 具有調試過程快捷、易于操作、穩(wěn)定可靠以及經(jīng)濟高效等特點，尤其是SINAMICS V20 與 SIMATIC 相結合的西門子一站式解決方案非常適合通用運動控制應用。充分展現(xiàn)了SIMATIC 控制技術與 SINAMICS 驅動技術之間的協(xié)同增效。

此款觸摸屏無網(wǎng)口，考慮串口MODBUS通訊。而西門子PLC S7-1200 CPU1214C上只有一網(wǎng)口，另加配一塊RS485通訊板。查觸摸屏手冊，選用COM2 2W。 DATA- DATA+對接PLC通訊板上T/RA  T/RB。

硬件準備好了，先要組態(tài)，設置端口通訊。觸摸屏上選擇MODBUS RTU時，又分了四小種，主要是數(shù)據(jù)類型，起始地址有區(qū)別。選用十進制，小地址為1的。

其他參數(shù)設置要與PLC程序相對應，主要參數(shù)有站號，波特率，奇偶校驗，停止位等。

設置完畢后，通信就沒有問題了。

       在程序調試過程中，斷電后數(shù)據(jù)就丟失了，還需要在PLC程序中設置下，M區(qū)要數(shù)據(jù)保持。

如此設置后，MB0----MB44范圍內的值，就可以斷電后仍保持了。

%MW40觸摸屏上對應的地址就如下

觸摸屏上啟動按鈕寫入地址%M2.5,讀取地址%Q0.4對應如下

至此，通信部分基本完成。

此款觸摸屏無網(wǎng)口，考慮串口MODBUS通訊。而西門子PLC S7-1200 CPU1214C上只有一網(wǎng)口，另加配一塊RS485通訊板。查觸摸屏手冊，選用COM2 2W。 DATA- DATA+對接PLC通訊板上T/RA  T/RB。

硬件準備好了，先要組態(tài)，設置端口通訊。觸摸屏上選擇MODBUS RTU時，又分了四小種，主要是數(shù)據(jù)類型，起始地址有區(qū)別。選用十進制，小地址為1的。

其他參數(shù)設置要與PLC程序相對應，主要參數(shù)有站號，波特率，奇偶校驗，停止位等。

設置完畢后，通信就沒有問題了。

       在程序調試過程中，斷電后數(shù)據(jù)就丟失了，還需要在PLC程序中設置下，M區(qū)要數(shù)據(jù)保持。

如此設置后，MB0----MB44范圍內的值，就可以斷電后仍保持了。

%MW40觸摸屏上對應的地址就如下

觸摸屏上啟動按鈕寫入地址%M2.5,讀取地址%Q0.4對應如下

至此，通信部分基本完成。