西门子PLC模块6ES7317-2AK14-0AB0

■先述该PAC控制系统的工作过程： 

PAC控制系统有两个轧辊，一个是固定的，另一个可移动，它们和液压气缸相连。可移动轧辊根据输入信号对钢片加压以保证钢片有合适的厚度。 

通过对各种可用于这种复杂应用的平台比较，选择了NI PAC平台和图形软件LabVlEW RT（实时）及PXl硬件。利用N I的PAC产品，不仅缩短了开发时间，也为我们的客户降低了成本。 

■系统的信号捡测分别用厚度计量仪与位移传感器 

该控制系统采用厚度计量仪来测量钢片的厚度，即，它以微米级的精度测量距定位点的偏差并形成模拟信号输入到PXI硬件。然后根据液压气缸的压力形成模拟电压信号。 

位移传感器确定了液压气缸的位置并向控制器提供与金属计量仪（或两轧辊之间间距）相关联的数字输入信号。旋转编码器（TRD-K）固定在转动的升降辊上，它显示钢条被轧出的速度，其示意见图3所示。通过利用各种传感器接收数据，运行于PXI控制器的LabVlEW RT对输入做出响应并生成改变液压压力的输出信号，从而控制钢条的规格。无论是厚度计量仪与位移传感器均可采用光纤传感器来实施。 

图4为PAC用于钢条（或扳材）规格进行监控的高可靠闭环控制系统-自动化处理的设计方案框图.从图中看出该设计方案中选择了气压、位移、厚度传感器及编码器等信号传感捡测部分、图形软件LabVlEW RT（实时）、PXl/CompactPCI多功能高精度采集卡、可编程自动控制器（PAC）。 

可靠控制系统的实现-多功能高精度采集、计数器收和数字I/O模块的使用 

利用运行LabVlEW RT（实时）的PXI控制来实现控制系统。该PXI系统采用三种不同的模块（见图4所示）。我们使用NI PXI-6070多功能高精度采集卡来完成模拟输入或输出厚度和压力数据。此外，用NI PXI-6608计数器/定时器卡测量编码器的信号并确定轧辊速度（示意与图3相同）；使用NI PXI-6711模拟输出模块控制伺服阀来改变液压气缸的位置，从而控制钢条的规格或厚度.又利用NI PXI-6527工业数字I/O模块（含24条隔离光隔离输入线和24条隔离固态继电器输出线）实现一个常备的按钮式控制扳，来解决实时系统和主机发生连接中断这样意外事故的这一难题.这就是利用PXI和LabVIEW开发出了可靠的控制系统 

响应时间的大大缩短 

与传统的仪器和PLC相比，我们利用NI PAC平台提高了灵活性，降低了响应时间并改善了产品质量。众所周知对于基于PLC的典型系统，它的控制循环的速率为100到500ms，而使用基于PXI的控制系统，我们把该系统的循环时间降低到10ms，从而提高了我们输出的质量。也利用PXI背板对测量进行同步。*后，由于利用了单一的开发环境和灵活的硬件，我们把系统的响应时间降低为六分之一，从而减少了项目所有者的综合成本。 

需要说明的是该PAC应用的钢条高精度监控和高可靠闭环控制系统，同样也可适用于板材行业（或建筑行业）。 

结论 

由于PAC能为您增加所需的PC功能以用于**控制，实时分析或连接企业数据库，而且同时保持了PLC的可靠性。如果您不只是需要集成数字I/O和运动控制，或者需要更快的计算机处理能力的话，PAC可能是非常好的选择。为此，当今的工程师除了PLC控制外，其PAC不失为是一种**选择，它正占领自动化领域. 而PAC概念将在当今和未来的工厂自功化中发挥重要的作用

本文通过对轮胎成型机工艺及控制理论的研究。设计了有三菱PLC控制器，VVVF和变频调速电机组成的驱动控制系统、利用PLC控制器对各阶段时间进行设置，采用开环变频调速控制成型机，提高了自动化程度，实现了工艺的优化、稳定和可靠运行，针对设计中的几个关键问题提供了理论上的说明，有助于提高轮胎成型机产业的技术更新和发展。通过实际应用表明系统能满足成型机生产的需要并具有技术先进性和价格低廉等优点。本设计有利于实现工业现场的管控一体化，在工业控制的发展中有着广阔的应用前景。 

前言 

近几年来，我国的汽车生产企业的数量持续快速增长，极大地促进了齿轮、联轴器相关设备的发展，在齿轮和联轴器压成型工艺中，轮胎装置多采用手动给工件、吹风的生产工艺，生产效率和安全系数比较差。 

子午结构轮胎的出现是轮胎工业的一次重大技术革命，是轮胎更新换代的产品。子午线轮胎比斜交轮胎有许多优越性，如磨耗性能提高60～120％；滚动阻力比斜交轮胎低30～40％；可节油6～8％；侧向力可提高50％牵引力及刹车能力可以提高10～20％；径向弹性率比斜交胎约低18％；另外，径向弹性率小，可提高舒适性；高速性能比斜交轮胎高；噪音比斜交轮胎小；如采用钢丝带束层可提高耐机械性能。这些优越性能主要是两者轮胎的结构不同。子午线轮胎的优越性能取决于子午线轮胎的坚固带束层胎冠和柔软的胎体。子午线轮胎的力学性能，特别是带束层和胎体的关系比较复杂，而改善胎冠带束层的坚固性会影响到子午线轮胎的操纵性能，不象斜交轮胎在改善胎冠缓冲层的角度和密度时不会影响斜交轮胎的性能，只有改变斜交胎体的密度和角度时，才会影响轮胎质量。子午线轮胎的带束层和胎体部分，各有自己的作用。子午线轮胎的带束层起决定性的作用，带束层会影响到子午线轮胎的侧向力、高速性能、耐磨性能等。而胎体会影响到轮胎的舒适性和牵引力。另外改变胎体的角度90°至85°会改变其均匀性能。由于子午线轮胎的径向坚固性比带束层高，子午线轮胎的力学特性和斜交胎不同。子午线轮胎的结构特性引起了汽车工业的关注，特别是子午线轮胎的侧向力的提高，增加了汽车的操纵稳定性，满足汽车高速度的要求。因此，在国际上，子午线轮胎发展是很快的。各种类型的机动车都在使用子午线结构的轮胎，如工程车、拖拉机、轿车、轻、重型载重车等。在20世纪80年代，法国航空飞机也采用了子午线轮胎。 

针对用户群的实际情况，从高可靠性和高性价比方面考虑，开发一种由PLC控制器、变频调速异步电动机和减速器组成，采用数控变频器调速技术的调速系统，不仅可以完成牵引工艺的流程，系统还便于维护以及调速。这种方案和采用晶体管整流器和直流电动机，加上测速发电机构成闭环直流调速驱动的方案比较，在性能与价格相当的情况下，具有高可靠性、节约能量、维护工作量少的优点。与采用工业计算机控制的交流伺服电动机方案相比较同样采用上述优点，并且价格低廉，易于开拓市场。 

1 轮胎成型机基本结构 

轮胎成型机的结构形式很多，本文中的轮胎成型机是2800工程轮胎成型机。结构主要由头座、尾座、压辊、扣圈盘、反包装置、帘布筒扩张器、上帘布筒装置、气压控制装置、油液压电气装置、电气控制装置等组成。各部分的功能和作用分别如下： 

头座：是一个用来安装主动力装置，成型鼓扩张和折叠装置的支架。头座支撑着下列装置：主轴、扣圈盘、右反包装置、成型鼓的扩张和收缩装置等。主要作用是专门用来缩小和扩张成型鼓，完成主轴的旋转和成型机头的调距功能。 

尾座装置：尾座和头座相对。个安装在成型鼓的一边，尾座上的轴支撑头座上的主轴，扣圈盘在轴上来回滑动。 

压辊：压辊装置由两个胎面压辊，两个钢丝压辊组成。两边的胎面压辊和钢丝圈压辊分别装在两边的滑架上。 

扣圈盘：扣圈盘是由头座的右边和尾座的左边的元件所组成。这些装置由一对气缸启动。右边的装置由安装在成型鼓轴上的轴套引导；左边的装置由尾座引导，以保证扣圈盘与成型鼓之间中心位置的**性。 

拉出环装置：拉出环由左右两边的设备组成，用来反包帘布筒。右边的装置装在轴套上，轴套是由主轴引导的，由两个液压缸控制装置前进或后退，压缩空气控制它的扩张。 

帘布扩张装置：帘布扩张器由箱体、主轴、气缸、伞形撑布架等组成，是用来扩张帘布筒，以便装上成型鼓的装置，其作用是将套入的帘布筒扩撑展开送到成型鼓左侧，并配合上牵引装置将布筒导入成型鼓。机械手的扩张和折叠由电机驱动，由限位开关控制。 

气动装置：这些装置包括电磁阀、调节器、空气过滤器、润滑器等。 

油液压装置：该装置由泵、油箱、溢流阀等组成。 

电气控制设备：主要由控制系统和驱动系统组成的。电气设备如下：控制盘、主操作盘、尾座操作箱。帘布筒扩张器操作箱、上帘布筒操作箱。 

2电气控制系统设计 

2.1电气总体方案设计 

本文对生产轮胎的成型机控制系统进行了自动化控制设计与研究，开发一种基于触摸屏监控，PLC控制和VVVF驱动控制的监控系统，即在完成自动控制的基础上利用触摸屏开发软件设计出上位机监控系统，实现对各个下位机参数和生产情况的实时监控和管理以及动态数据的实时存储。该系统实现了生产工艺控制要求，并对事后分析生产情况提供第一手资料。 

该系统由以下几个部分组成：以触摸屏为载体的监控系统程序、硬件控制电路间的通信模块、PLC控制器、二极管显示电路、按键模块等。以触摸屏为载体的监控程序通过实时现场数据实时采集，并对数据进行分析，完成监控、数据存储分析、重要参数的设定、显示和打印各种数据报表。整个控制系统可以分为触摸屏监控部分和PLC控制VVVF驱动控制部分，其结构如图1所示。

 
图1 电气控制方案设计

2.2 PLC驱动控制模块设计 

以PLC控制器+变频器+变频电机组成对电机的驱动控制系统，VVVF驱动控制器结构如图2所示。

PLC控制器控制电机的四种状态的时间来控制变频电机。并可在线调整工艺参数、改变电机速度、频率和间距。 

2.3 PLC时间控制要求 

根据生产工艺技术与装备对拖动电机的要求，牵引机构在每个周期中速度变化规律包含四个阶段如图3所示。图中v为设定的牵引机速度，t为电机运行时间。

控制流程如下： 

设置四段时间T1—正向牵引时间、T2—正向停止时间、T3反向后退时间和T4—反向停止时间； 
T1、T2、T3、T4时间再0…99时间独立可调。 
电机用变频器进行变频调速； 
T1、T2、T3、T4时间可在人机界面上显示，并可在触摸屏上修改； 
启动从T1开始，停止在T2进行； 
电机的三种状态（正传、反转、停止）可通过三种不同颜色的指示灯； 
电机的三种状态（正传、反转、停止）可通过人机界面也能监视； 
有正、反向点动控制，点动速度单独可调； 
频率调节范围0~100HZ，频率调节精度1HZ。 

为了编程的方便，PLC控制器控制结构图如图4所示。

 
图4 PLC控制器控制结构图

3 PLC与变频器通信 

控制系统采用具有两路模拟量输出的FX2N-2DA模块对变频器进行速度控制。模拟量模块选择0~5V输出信号。分别将模块的VOUT1与COM1与变频器相关端子相连。PLC与变频器相连如图5所示。

 
图5 PLC与变频器接线图