陳永健

(閩南理工學院實踐教學中心， 福建 石獅 362700 )

0 引 言

圖1 聯(lián)動線Ⅰ線

圖2 聯(lián)動線Ⅱ線

PROFIBUS現場總線技術是自動化發(fā)展的新技術，正向著開放的國際統(tǒng)一的方向發(fā)展，成為共同遵守的國際規(guī)范，它所涉及的技術和應用領域十分廣泛.傳統(tǒng)的胎面聯(lián)動線采用集中式控制，其控制功能由控制室設備完成，設備與儀表之間無法實現分散式的管理與信息交換,這種集中的控制方式必然導致危險性的集中，給管理與設備故障檢修帶來很大的不便.汽車輪胎聯(lián)動生產線引入現場總線技術，使得現場儀表之間、現場儀表與控制室設備之間構成了網絡互連標準，這樣系統(tǒng)的控制功能分散得比較徹底，加上全數字化，形成了自動化領域的開放系統(tǒng)互連網絡及全分布式網絡集成化的自動系統(tǒng).

1 工藝流程設計

胎面的雙復合擠出機首先經過溫控儀表控制加熱到設定值，擠出機運輸帶將冷熱喂料送入，膠料通過預口型板復合擠出.擠出的膠面先經過四段收縮輥道達到工藝要求的收縮比，然后依次通過聯(lián)動線Ⅰ線、聯(lián)動線Ⅱ線，如圖1、圖2所示.

2 聯(lián)動線系統(tǒng)結構設計

2.1 控制要求及方案

胎面經預口型板擠出成型后，在設定的收縮率下經過收縮輥道后達到工藝規(guī)定的收縮比，然后按順序依次經過其后的各段輥道.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，同時要求聯(lián)動線系統(tǒng)具有較高的速度整定能力，以保證胎面的產品質量.為此，胎面在經過四段收縮輥道進入聯(lián)動線Ⅰ線各段輥道之前都裝有擺桿和探片輥.其中，擺桿裝置一側安裝的線性位移傳感器把擺桿的位移信號轉化為標準的電壓信號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關用于檢測胎面的到達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、壓延機采用西門子直流調速裝置6RA70進行調速，交流電機采用西門子交流變頻器MM420和MM440進行變頻調速.擠出機螺桿轉速、聯(lián)動線各段速度的給定值通過PROFIBUS總線由PLC傳送到各個直流調速器，通過總線各個驅動器和PLC進行通信.

2.2 聯(lián)動線控制系統(tǒng)結構框架

控制系統(tǒng)上位機采用西門子工控機，下位機采用西門子公司的S7-300系列PLC的CPU315-2DP，它包括3塊SM321數字量輸入模塊、2塊SM322數字量輸出模塊、1塊SM323數字量輸入輸出以及1塊通信處理器CP340.315-2DP的MPI連接到西門子工控機，DP口通過PROFIBUS現場總線連接了遠程分布式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塊數字量輸入模塊SM321和2塊數字量輸出模塊SM323.ET200M使用PROFIBUS總線連接了4臺直流調速器和18臺交流調速器以及裁斷位置控制器和截斷人機界面TP27，如圖3所示.

圖3 聯(lián)動線控制系統(tǒng)結構框架

采用PROFIBUS總線通信聯(lián)網具有如下優(yōu)點：它是目前最成功的現場總線之一，是不依賴于生產廠家的、開放的現場總線，各種各樣的自動化設備都可以通過同樣的接口交換信息.PROFIBUS-DP用于傳感器和驅動器級的高速數據傳送，是一種經過優(yōu)化的模塊，適用于系統(tǒng)與外部設備的通信，用于胎面聯(lián)動生產線分布式系統(tǒng)中尤為適合.

3 聯(lián)動線控制系統(tǒng)軟件設計

圖4 聯(lián)動線子程序流程圖

聯(lián)動線的控制程序采用模塊化的編程思想，主要采用功能強大的語句表來進行程序的編寫，將不同的控制功能用不同的程序功能塊來實現，它使程序可讀性、可移植性、易維護性大大加強.本聯(lián)動線控制程序從循環(huán)執(zhí)行主程序：組織塊OB1開始依次調用各個子程序和功能塊，各子程序的功能塊用于完成聯(lián)動線系統(tǒng)某一部分的邏輯控制如液壓系統(tǒng)控制機頭的開合?；驅崿F系統(tǒng)某一特定功能如通過總線讀寫控制字、狀態(tài)字.程序從OB1開始順序調用主機程序FC16和輔助程序FC17.接著，主機程序FC16再調用機頭開合模程序FC15、直流電機控制程序FC18、機頭報警程序FC25和七段BCD數碼表顯示值標度變換程序FC29等；輔助程序又調用了控制程序FC14、各段輥道電機速度鏈整定程序FC3、各輥道變頻電機控制程序FC14等.在直流電機控制程序中調用了STEP7中的系統(tǒng)功能SFC14、SFC15通過PROFIBUS-DP網絡去讀、寫直流調速器的狀態(tài)字(包括擠出機的螺桿轉速和擠出電流等)和控制字.在用戶程序中除了編寫主程序OB1外，還編寫了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現模塊的濾波和系統(tǒng)的重啟等.聯(lián)動線子程序流程圖如圖4所示.

胎面在經過四段收縮后進入聯(lián)動線Ⅰ線各段輥道之前都裝有擺桿裝置和探片輥.探片輥旁的接近開關用以檢測胎面的到達，胎面到達后則帶動探片輥轉動，接近開關就發(fā)出一系列的脈沖信號.擺桿旁的線性位移傳感器把擺桿的位移信號轉化為0～10 V電壓信號送入PLC的AI模塊，接口模塊將電壓值轉換為APD標準值.其中，0 V電壓信號對應著擺桿的最高位，10 V電壓信號對應擺桿的最低位，而5 V電壓信號對應著擺桿的正常平衡位置.在程序中，通過調用脈沖檢測程序來判斷胎面是否已進入本段輥道.若胎面沒有進入，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；若胎面進入，則將擺桿位置對應的電壓信號的APD轉換值減去5 V電壓信號對應的APD轉換值，乘以一定的比例系數之后再加上前面一段輥道的速度給定.因此，如果線性位移傳感器檢測的電壓信號大于5 V，則擺桿后面的那一段輥道就加速；如果電壓信號小于5 V，則擺桿后面的那一段輥道就減速.

如果電壓信號等于5 V，則擺桿后面的那段輥道既不加速也不減速.這樣，通過擺桿位置變化對應的線性位移傳感器檢測的電壓信號的變化即可自動地調節(jié)后面一段輥道的速度，達到了各段輥道速度整定的目的，使各段輥道速度相匹配，滿足擠出的胎面既不會拉伸也不會推積.聯(lián)動線控制系統(tǒng)通過采集線性位移傳感器的檢測信號達到了對系統(tǒng)的閉環(huán)控制.

4 效益分析及應用前景

胎面聯(lián)動線采用了西門子S7-300PLC和PROFIBUS現場總線后，連接一系列基于現場總線的嵌入式設備的開放系統(tǒng).從一定意義上說，嵌入式設備就相當于一臺臺微機，它們以現場總線為紐帶，互連成網絡系統(tǒng)，完成數字通信任務.實際運行效果可靠、穩(wěn)定，大大提高了生產的自動化水平和產品的質量.采用現場總線技術將導致胎面聯(lián)動線往自動化領域發(fā)展的深刻變革，由于它適應了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網絡化、智能化發(fā)展的方向，因此給自動化系統(tǒng)的最終用戶帶來了更大的實惠和更多的方便.

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