施耐德伺服驱动系统在轮胎成型机上的成功应用

随着我国汽车工业的快速发展, 汽车已经作为新兴代步工具走入千家万户。而作为汽车必不可少的轮胎也必然成为了有车一族的消费品。这种需求拉动了我国轮胎，橡胶工业。致使国际，国内的轮胎制造商纷纷登陆中国，投资建厂，扩大生产规模，满足不断增长的轮胎需求。在轮胎生产中，最重要的一个环节是轮胎的成型，各国的轮胎成型机制造商无不绞尽脑汁地研究，开发高效，精确，简捷的轮胎成型设备。我国的轮胎设备制造企业也在工艺，技术，高效率上不断研发符合生产要求的机器。 施耐德电气作为电气自动化在全球的领先者在过去就有着丰富的轮胎成型控制经验，目前更有不断翻新的高技术解决方案来支持设备制造企业不断提高产品质量，降低成本，优化结构，提高生产效率。目前，我们推出的成型机整套控制解决方案就代表了当今最新技术。它带给用户的是高效，简捷，易于调试，安装，高性价比。

制造工艺要求
        轮胎的成型就是根据轮胎尺寸要求，把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。因此，根据成型工艺的要求，设备一般包含胎体贴合鼓，带束层鼓，成型鼓，内圈传递环，外圈传递环，带束层供料架，帘布供料架，冠带层供料架，复合胶。这些设备的传动要求速度快，位置的定位准确，同时，主鼓在转动时，要求其辅助设备能够同步供料。因此，这些设备的传动采用伺服电机。在供料架的辅助传动，裁断等传动上有相关普通电机需要控制。各个机架还有很多开关点，传感器点。还有一些气动单元需要控制。另外，一台高效的成型机要能够制造不同尺寸，不同规格的胎，即在人机界面上，可以调用各种生产工艺，执行各种生产工艺，显示，记录生产状况。有的厂家还要求能够远程调试，监控等。因此，设计一台高效，结构简捷，安装调试简单，控制既集中又分散的控制系统是自动控制厂商不断追求的目标。
         施耐德电气凭借其出色的网络控制技术，完整的产品线，勾勒出了一幅这样的画面。它以3个网络贯穿了设备的3大部分。一个是以太网，一个是通用CAN-OPEN总线，一个是面向运动控制的SERCOS通讯控制。
         以太网是施耐德电气基于MODBUS TCP/IP的网络通讯技术，它的通讯速度可达10M, 速度快，可传输大量数据。在这里它用于与基层PLC的数据交换以及上位PC和人机界面等的数据交换。
         CAN-OPEN总线是目前通用，开放的总线技术，很多设备供应商都把自己的产品赋予CAN总线通讯功能，如变频器，传感器，气动单元。因此，我们把变频器，传感器，编码器都接在CAN总线上，CAN总线的通讯速度可达1M, 方便了我们对数据快速响应的要求。
         SERCOS是Serial Real Time Communication System 的缩写, 它如指挥管弦乐队演奏出强有力的, 令人难忘的, 协调的乐曲一样, 当前的运动控制产品制造商已经开发出范围广泛的运动控制整体解决方案, 令运动控制更加随心所欲。
        就以施耐德电气的基于PLC的SERCOS总线控制技术来说，一旦把硬件结构搭建完毕，实现的运动控制功能是可以随意由软件编程来完成的，这里既不用考虑变更硬件，也不用考虑干扰问题，因为SERCOS总线数据的传输是由光缆完成的。这种业界公认的SERCOS通讯结构，为多轴应用提供了开放的光纤标准网络。可以非常方便的实现多轴的电子齿轮功能，电子凸轮功能，多轴的运动插补功能, 电子虚轴等功能。

控制结构如图所示：


方案的设计特点

这次我们提供的整体解决方案有以下几个亮点：
1．用PREMIUM PLC带以太网的CPU，通过以太网控制13个站的TWIDO  PLC，TWIDO PLC安装在基层现场。

           这样，由于不采用PREMIUM的I/O模板和BUS总线，使得总体PLC成本大大降低。又由于TWIDO PLC放置在基层，使主控柜节省了大量空间，节省了向基层铺设的电缆。用户的安装很简捷，大大节省了安装和调试时间。基层的TWIDO PLC是带CPU的，可以独立编程，操作。实现了分散控制概念。同时，通过以太网把数据送到主站PREMIUM PLC中。人机界面HMI可以挂在以太网上，向PLC发出任务请求，显示执行状态等。如果需要工控机也可以挂在以太网上，通过PLC IP地址访问PLC实现远程监控，调试。

2．采用CAN总线对变频器，自动化阀岛，编码器进行控制和数据采集

        在轮胎成型机中有众多的气动元件，变频器需要控制，为了减少复杂的安装，我们采用了CAN总线通讯技术，即一条电缆控制多台变频器，自动化阀岛，多点传感器单元，采集多个编码器数据。这种设计由于省掉了大量的模拟量，高速计数模板，而使价格有了相当的竞争力，也使安装节省了大量的电缆铺设。可靠性大大提高。施耐德的变频器内置了CAN_OPEN通讯卡，也使用户使用起来很方便。目前，带CAN总线的编码器使数据的传输再也不用担心干扰对其的影响。

3．运动控制系统采用SERCOS通讯控制技术

因为在轮胎成型中，运动控制有以下几个关键技术需要实现：
?多段定长控制，即根据不同规格需要输送定长的材料带。
?同步跟踪控制，即一个带层的运动要求其它带层同步运动。
?插补控制，即成型鼓转动的周长，需要若干个供料架在同一时间提供同样周长的带子。
?在线测量，即在带子高速运动过程中，通过光电传感器的上升沿和下降沿 测量出带子的长度。
?对力矩的控制，在此模式下，伺服电机可以工作在设定力矩。

施耐德电气基于PLC的SERCOS运动控制模板对以上伺服电机的控制易如反掌，而且采用光缆通讯，速度更快，没有干扰，方便调试。
施耐德电气的伺服驱动器LEXIUM15和BSH电机满足了对带束层鼓，胎体贴合鼓，成型鼓，及带束层供料架，帘布层供料架，传递环的传动要求。另外，电机的急停和安全保护信号是直接接到驱动器上的，由驱动器直接处理，速度和可高性更高。