ROCKWELL ControlLogix和SERCOS系統在輪胎成型機的應用
ROCKWELL-羅克韋爾自動化
全鋼絲載重子午線輪胎在國內已應用多年，其產品質量優越，高速、耐磨、節油、環保，社會效益顯著。特別是近幾年高速公路飛速發展，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子午線輪胎作為發展重點，紛紛擴大生產，同時國內還涌現了很多新興的全鋼絲載重子午線輪胎生產廠家。
全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機是子午胎生產過程中的關鍵設備，需求量很大。成型機結構復雜，精度要求高，在引進全鋼絲載重子午線輪胎生產技術的初期主要依賴進口，進口設備價格昂貴，投資很大，增加了生產成本。進入90年代，國內先后開發了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，加速了子午胎設備國產化的進程。
青島高校軟控股份有限公司在經過市場考察、預測及行業內專家的反復論證后，開始開發ZCX型系列全鋼絲載重子午線輪胎一次法成型機，并于2002年底取得了成功。產品一投入市場，就得到了用戶的認可，初期生產的8臺機器已被搶購一空，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是一臺機電一體化的設備，電氣控制系統是它的“靈魂”和“大腦”，要確?？刂频?a href="http://www.xyfukang.com/sort/Info/" target="_blank">可靠性和先進性。我公司通過反復比較，控制系統解決方案采用了羅克韋爾自動化公司的ControlLogix PLC控制系統，并利用SERCOS（串行實時通訊系統）連接多個伺服驅動器，通過DeviceNet網絡連接現場FLEX I/O工作站，減少了開發、安裝的工作量，增加了系統的可靠性并提高了系統的整體性能。系統配置圖如下：
在我們選擇控制系統方案時，發現ControlLogix系統特別適合于成型機的控制，這是因為成型機不但有I/O邏輯順序控制，而且還有伺服運動控制，而ControlLogix系統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。
ControlLogix系統不再是傳統意義上的PLC，它為工業控制提供了最新的、具有靈活性的整體解決方案。它的處理器是一個多任務的處理器，在它的內核中設計有通訊功能，它的無源數據總線采用了Producer/Consumer技術以提供高性能的、確定性的以及分布式的解決方案，它能與現有PLC系統之間完美結合，能與現有網絡完美結合并可實現信息的透明互換，能與其他網絡上的程序處理器之間完美結合，它能通過Ethernet、ControlNet和DeviceNet網絡連接起來，實現分布式處理。
特別是ControlLogix處理器具有完整的運動控制功能。通過高速度的背板，處理器可與伺服接口模塊進行通訊，從而實現高度的集成操作及位置環和速度環的閉環控制。Logix處理器內部含有豐富的運動控制命令。這些命令支持各種運動功能，從簡單的點-對-點運動到復雜的齒輪運動。RsLogix 5000編程軟件除了為順序控制提供梯形圖編程外，還可以為運動控制提供完整的編程及調試支持。這種方法大大加快了開發和集成的速度，并使得啟動和故障診斷更容易。
在這個系統中，我們采用的是ControlLogix5555處理器，配有DeviceNet網絡接口模板，用于連接幾個現場的1794 FLEX I/O工作站和PowerFlex 70變頻調速器，另外選用了一臺觸摸屏PanelView來進行輔鼓的提示和操作，這臺PanelView也通過DeviceNet與PLC連接。伺服運動控制器通過SERCOS光纖環網絡與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8軸的Kinetix 6000驅動器，另外3臺伺服電機一臺是因為功率較大，另兩臺功率較小，因此各采用了一臺Ultra3000驅動器進行控制。
同樣采用生產者/消費者網絡技術的DeviceNET現場總線在2002年已成為我國的國家標準，它負責從低層設備采集數據，有效地減少了電纜數量和敷設工作量，降低了成本和縮短了安裝周期，減少了起動和維修時間。DeviceNet還增加了設備層診斷功能，可以用于趨勢分析和故障診斷。
SERCOS光纖網絡是1996年發布的為高速、實時設計的全球開放的專為運動控制設計的網絡，它采用光纖傳輸信號，速度快，抗干擾能力強，最多可帶254個節點。
觸摸屏計算機用于主鼓操作面板，它運行當今流行的WINDOWS98/2000/NT/XP操作系統，成型機的控制軟件具有輪胎參數的修改、工作過程中的狀態監視及故障診斷等功能。
圖1 成型機設備照片
在應用ControlLogix系統的過程中，我們在以下幾個方面體會到了這個系統帶來的好處。
1. 在設計階段節省工期，減少學習時間
1.1高度集成的RSLogix5000編程軟件
基于IEC1131-3標準，Logix5550控制器的指令集保持了已有的Allen-Bradley產品共同的看則有悟的特點，這使我們能充分利用已有的編程技能。
只需要安裝一個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動器的編程和設置，而不像有些系統那樣需要2個甚至是3個單獨的軟件包。
1.2基于標記的尋址方式使得編程更加輕松
在Logix可編程序控制器中，處理器可直接運用實名標記，可根據數據在應用中的用途來命名有意義的標記，這使得程序具有更高的可讀性，大幅減少了工程的時間和費用，也能減少編程和調試運行中的錯誤，更加便于維護。
1.3高度集成的運動控制
成型機有11個伺服電機，運動控制不但編程復雜，而且要與其它的I/O結合起來完成工序的控制。而ControlLogix將兩者完美的結合在了一起，而且將伺服編程變成了非常容易完成的工作，只需簡單地在控制器的梯形圖程序中插入標準的運動指令。
1.4用戶自定義數據結構
ControlLogix系統允許自己定義適合生產要求的數據結構，而不是像傳統PLC那樣為適應控制器的要求去存儲數據。因此，我們建立了各種適合成型機的數據結構，在開發和維護過程中都使程序更加便于閱讀。
總之，在設計階段利用ControlLogix提供的優越性，我們將原先需要4個月編程時間縮短到了1個半月。
2. 在安裝階段減少接線，減少了工作量
2.1SERCOS系統
采用光纖環網的SERCOS伺服運動控制系統使每個軸的伺服驅動器與伺服運動控制器之間的硬接線連接變成只需要用一根光纖連接，大幅減少了安裝時間和成本，提高了系統的可靠性，增加了系統抗電磁干擾的能力，也節省了控制機柜的空間。我們成型機的控制柜由原來的3個縮減為現在的2個，而且柜內還非常簡潔,配線的工作量也少了很多。
圖2 采用SERCOS的控制柜
2.2用DeviceNet網絡連接的Flex I/O
現場設備就近與Flex I/O工作站連接，主PLC只用一根DeviceNet網絡線將現場的Flex I/O工作站連接在一起，這樣有效地減少了電纜敷設的數量和工作量，縮短了安裝周期。
圖3 Flex I/O現場工作站
3. 在操作階段提高了操作性能
由于ControlLogix系統功能如此強大，而且編程也非常容易，這就使我們將主要精力放在設備的工藝、操作控制上，編寫的程序更加符合設備的工藝要求和操作要求。
4. 在維護階段有出眾的診斷性能，減少了停機時間
在成型機控制系統中，伺服運動控制是最重要的，伺服運動控制的好壞直接關系到成型機系統的穩定性和可靠性，直接影響到了生產效率。通過SERCOS網絡，ControlLogix系統不斷地對伺服驅動器的關鍵參數進行監測。對于那些潛在的問題，在它們造成生產中斷之前就向操作員報警，可減少突發停機事故，也能減少故障對伺服電機及其相關系統造成的損害。全面的診斷信息能在觸摸屏計算機上顯示出來，更加便于查找故障并進行處理，將生產損失減少到最小。
同樣，通過DeviceNet網絡連接到ControlLogix系統的PowerFlex變頻調速器的故障診斷也非常容易。
采用羅克韋爾自動化公司的這套方案后，我們成型機控制系統非常先進，完全超過了國內其它廠家，使開發、安裝、調試、維護的工作量減少，系統的可靠性增加，也為中國輪胎生產企業提供了最先進、可靠的成型機控制技術。
作者簡介:
張君峰，男，92年畢業于青島化工學院自動化系，現任青島高校軟控股份有限公司副總工程師，從事控制及軟件方面的工作。
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