ControlLogix和SERCOS伺服系統(tǒng)在輪胎成型機(jī)的應(yīng)用

1、ControlLogix和SERCOS伺服系統(tǒng)在輪胎成型機(jī)的應(yīng)用 本文詳細(xì)介紹了羅克韋爾自動(dòng)化集成架構(gòu)的平臺(tái)Controllogix和當(dāng)今伺服系統(tǒng)Sercos(串行實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng))光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完美的結(jié)合，充分說明了Conrollogix平臺(tái)如何將邏輯控制，過程控制，運(yùn)動(dòng)控制無縫地集成在一起，實(shí)現(xiàn)一體化運(yùn)動(dòng)的控制方案，同時(shí)使讀者真正了解羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以及什么樣的系統(tǒng)才是真正能為客戶帶來增值的系統(tǒng)。全鋼絲載重子午線輪胎在國(guó)內(nèi)已應(yīng)用多年，其產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)越，高速、耐磨、節(jié)油、環(huán)保，社會(huì)效益顯著。特別是近幾年高速公路飛速發(fā)展，也使全鋼絲載重子午線輪胎需求量猛增，各主要輪胎廠家都把全鋼絲載重

2、子午線輪胎作為發(fā)展重點(diǎn)，紛紛擴(kuò)大生產(chǎn)，同時(shí)國(guó)內(nèi)還涌現(xiàn)了很多新興的全鋼絲載重子午線輪胎生產(chǎn)廠家。全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)是子午胎生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，需求量很大。成型機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，在引進(jìn)全鋼絲載重子午線輪胎生產(chǎn)技術(shù)的初期主要依賴進(jìn)口，進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，投資很大，增加了生產(chǎn)成本。進(jìn)入90年代，國(guó)內(nèi)先后開發(fā)了LCZ-3型和THD-50型兩種全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)，加速了子午胎設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程。青島高校軟控股份有限公司在經(jīng)過市場(chǎng)考察、預(yù)測(cè)及行業(yè)內(nèi)專家的反復(fù)論證后，開始開發(fā)ZCX型系列全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)，并于2002年底取得了成功。產(chǎn)品一投入市場(chǎng)，就得到了用戶的

3、認(rèn)可，初期生產(chǎn)的8臺(tái)機(jī)器已被搶購一空，還有不少廠家前來訂貨。全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機(jī)是一臺(tái)機(jī)電一體化的設(shè)備，電氣控制系統(tǒng)是它的“靈魂”和“大腦”，要確?？刂频目煽啃院拖冗M(jìn)性。我公司通過反復(fù)比較，控制系統(tǒng)解決方案采用了羅克韋爾自動(dòng)化公司的ControlLogix PLC控制系統(tǒng)，并利用SERCOS（串行實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)）連接多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)FLEX I/O工作站，減少了開發(fā)、安裝的工作量，增加了系統(tǒng)的可靠性并提高了系統(tǒng)的整體性能。系統(tǒng)配置圖如下：在我們選擇控制系統(tǒng)方案時(shí)，發(fā)現(xiàn)ControlLogix系統(tǒng)特別適合于成型機(jī)的控制，這是因?yàn)槌尚蜋C(jī)不但有I/O邏輯順

4、序控制，而且還有伺服運(yùn)動(dòng)控制，而ControlLogix系統(tǒng)正是目前世界上惟一能把這兩種類型的控制集成在一起的PLC控制系統(tǒng)。ControlLogix系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)意義上的PLC，它為工業(yè)控制提供了最新的、具有靈活性的整體解決方案。它的處理器是一個(gè)多任務(wù)的處理器，在它的內(nèi)核中設(shè)計(jì)有通訊功能，它的無源數(shù)據(jù)總線采用了Producer/Consumer技術(shù)以提供高性能的、確定性的以及分布式的解決方案，它能與現(xiàn)有PLC系統(tǒng)之間完美結(jié)合，能與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)完美結(jié)合并可實(shí)現(xiàn)信息的透明互換，能與其他網(wǎng)絡(luò)上的程序處理器之間完美結(jié)合，它能通過Ethernet、ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)

5、分布式處理。特別是ControlLogix處理器具有完整的運(yùn)動(dòng)控制功能。通過高速度的背板，處理器可與伺服接口模塊進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)高度的集成操作及位置環(huán)和速度環(huán)的閉環(huán)控制。Logix處理器內(nèi)部含有豐富的運(yùn)動(dòng)控制命令。這些命令支持各種運(yùn)動(dòng)功能，從簡(jiǎn)單的點(diǎn)-對(duì)-點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到復(fù)雜的齒輪運(yùn)動(dòng)。RsLogix 5000編程軟件除了為順序控制提供梯形圖編程外，還可以為運(yùn)動(dòng)控制提供完整的編程及調(diào)試支持。這種方法大大加快了開發(fā)和集成的速度，并使得啟動(dòng)和故障診斷更容易。在這個(gè)系統(tǒng)中，我們采用的是ControlLogix5555處理器，配有DeviceNet網(wǎng)絡(luò)接口模板，用于連接幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的1794 FLEX I/O工

6、作站和PowerFlex 70變頻調(diào)速器，另外選用了一臺(tái)觸摸屏PanelView來進(jìn)行輔鼓的提示和操作，這臺(tái)PanelView也通過DeviceNet與PLC連接。伺服運(yùn)動(dòng)控制器通過SERCOS光纖環(huán)網(wǎng)絡(luò)與PLC連接，在PLC上有一塊可控制16軸的SERCOS模塊，伺服控制器采用了一臺(tái)8軸的Kinetix 6000驅(qū)動(dòng)器，另外3臺(tái)伺服電機(jī)一臺(tái)是因?yàn)楣β瘦^大，另兩臺(tái)功率較小，因此各采用了一臺(tái)Ultra3000驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。同樣采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的DeviceNET現(xiàn)場(chǎng)總線在2002年已成為我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，它負(fù)責(zé)從低層設(shè)備采集數(shù)據(jù)，有效地減少了電纜數(shù)量和敷設(shè)工作量，降低了成本和縮短了安裝

7、周期，減少了起動(dòng)和維修時(shí)間。DeviceNet還增加了設(shè)備層診斷功能，可以用于趨勢(shì)分析和故障診斷。SERCOS光纖網(wǎng)絡(luò)是1996年發(fā)布的為高速、實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)的全球開放的專為運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，它采用光纖傳輸信號(hào)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，最多可帶254個(gè)節(jié)點(diǎn)。觸摸屏計(jì)算機(jī)用于主鼓操作面板，它運(yùn)行當(dāng)今流行的WINDOWS98/2000/NT/XP操作系統(tǒng)，成型機(jī)的控制軟件具有輪胎參數(shù)的修改、工作過程中的狀態(tài)監(jiān)視及故障診斷等功能。圖1 成型機(jī)設(shè)備照片在應(yīng)用ControlLogix系統(tǒng)的過程中，我們?cè)谝韵聨讉€(gè)方面體會(huì)到了這個(gè)系統(tǒng)帶來的好處。1.在設(shè)計(jì)階段節(jié)省工期，減少學(xué)習(xí)時(shí)間1.1高度集成的RSLogix5

8、000編程軟件基于IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，Logix5550控制器的指令集保持了已有的Allen-Bradley產(chǎn)品共同的看則有悟的特點(diǎn)，這使我們能充分利用已有的編程技能。只需要安裝一個(gè)RSLogix5000編程軟件包即可完成可編程序控制器、伺服控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器的編程和設(shè)置，而不像有些系統(tǒng)那樣需要2個(gè)甚至是3個(gè)單獨(dú)的軟件包。1.2基于標(biāo)記的尋址方式使得編程更加輕松在Logix可編程序控制器中，處理器可直接運(yùn)用實(shí)名標(biāo)記，可根據(jù)數(shù)據(jù)在應(yīng)用中的用途來命名有意義的標(biāo)記，這使得程序具有更高的可讀性，大幅減少了工程的時(shí)間和費(fèi)用，也能減少編程和調(diào)試運(yùn)行中的錯(cuò)誤，更加便于維護(hù)。1.3高度集成的運(yùn)動(dòng)控制成型機(jī)

9、有11個(gè)伺服電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制不但編程復(fù)雜，而且要與其它的I/O結(jié)合起來完成工序的控制。而ControlLogix將兩者完美的結(jié)合在了一起，而且將伺服編程變成了非常容易完成的工作，只需簡(jiǎn)單地在控制器的梯形圖程序中插入標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)指令。1.4用戶自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ControlLogix系統(tǒng)允許自己定義適合生產(chǎn)要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不是像傳統(tǒng)PLC那樣為適應(yīng)控制器的要求去存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，我們建立了各種適合成型機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在開發(fā)和維護(hù)過程中都使程序更加便于閱讀?？傊谠O(shè)計(jì)階段利用ControlLogix提供的優(yōu)越性，我們將原先需要4個(gè)月編程時(shí)間縮短到了1個(gè)半月。2.在安裝階段減少接線，減少了工作量2.1SE

10、RCOS系統(tǒng)采用光纖環(huán)網(wǎng)的SERCOS伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使每個(gè)軸的伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服運(yùn)動(dòng)控制器之間的硬接線連接變成只需要用一根光纖連接，大幅減少了安裝時(shí)間和成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了系統(tǒng)抗電磁干擾的能力，也節(jié)省了控制機(jī)柜的空間。我們成型機(jī)的控制柜由原來的3個(gè)縮減為現(xiàn)在的2個(gè)，而且柜內(nèi)還非常簡(jiǎn)潔,配線的工作量也少了很多。圖2 采用SERCOS的控制柜2.2用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接的Flex I/O現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就近與Flex I/O工作站連接，主PLC只用一根DeviceNet網(wǎng)絡(luò)線將現(xiàn)場(chǎng)的Flex I/O工作站連接在一起，這樣有效地減少了電纜敷設(shè)的數(shù)量和工作量，縮短了安裝周期。圖3 Flex

11、I/O現(xiàn)場(chǎng)工作站3.在操作階段提高了操作性能由于ControlLogix系統(tǒng)功能如此強(qiáng)大，而且編程也非常容易，這就使我們將主要精力放在設(shè)備的工藝、操作控制上，編寫的程序更加符合設(shè)備的工藝要求和操作要求。4.在維護(hù)階段有出眾的診斷性能，減少了停機(jī)時(shí)間在成型機(jī)控制系統(tǒng)中，伺服運(yùn)動(dòng)控制是最重要的，伺服運(yùn)動(dòng)控制的好壞直接關(guān)系到成型機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，直接影響到了生產(chǎn)效率。通過SERCOS網(wǎng)絡(luò)，ControlLogix系統(tǒng)不斷地對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于那些潛在的問題，在它們?cè)斐缮a(chǎn)中斷之前就向操作員報(bào)警，可減少突發(fā)停機(jī)事故，也能減少故障對(duì)伺服電機(jī)及其相關(guān)系統(tǒng)造成的損害。全面的診斷信息能在觸摸屏計(jì)算機(jī)上顯示出來，更加便于查找故障并進(jìn)