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• 關鍵詞： MR-J3-B 伺服 成型機
• 摘要：本文針對全鋼一次法成型機的系統組建、motion系統組成和說明、調試等方面進行全面地分析。

　　本文針對全鋼一次法成型機的系統組建、motion系統組成和說明、調試等方面進行全面地分析。
一、系統組建
  1、CPU的選擇；輪胎行業的自動化水平越來越高，精度和效率都能反映這臺設備的好壞，所以選擇CPU是非常關鍵的。這臺設備需要的I/O點數很多，而且設備比較龐大，為了方便布線，選擇了遠程I/O模塊；所有的普通電機都需要速度控制，這都需要模塊指令信號，都需要遠程輸出模塊來控制；現場工藝用到大量的氣缸(FESTO),首先要控制電磁閥，(單電控和雙電控：兩位五通閥和三位五通閥)通過遠程輸出模塊，還有采集氣缸的動作位置，磁性開光的遠程輸入模塊。以上所說，足見輸入輸出點之多。
  2、程序方面；分三大部分，手動、自動和報警，程序容量達到幾萬步，還有注釋、聲明等，這都需要選擇一款高性能的CPU，還有通信模塊，和模擬量模塊，因此綜上筆者選擇了三菱Q13UDEHCPU。
  3、Motion CPU選擇；設備要求的自動化水平高，現場用到22個伺服，筆者選擇了Q173DCPU,這里就不多說，這是本文講解的重點，在下面會逐一講解各個伺服。
  4、I/O點的選擇；輸入這里選擇了QX42 1個 ，QX41 1個；輸出選用QY10 2個，這些基本模塊都是柜內需要的和設備現場就近需要的輸入輸出點，直接插在基板上。
  5、通信模塊的選擇；設備用到大量的輸入輸出點，所以選擇了遠程輸入輸出模塊，通過三菱專用的網絡CC-LINK網，通過T型和Y型框架，把現場設備層連接起來。這里根據現場設備的工藝，選用了3個QJ61BT11N。

 6、模擬量的選擇；模擬量輸入：需要采集的是A鼓和B鼓位移傳感器(圖爾克)數值，2通道；模擬量輸出：A鼓和B鼓定型時候，需要穩定的氣壓，用到氣體比例閥，還有后車反包臂，在滾壓胎圈時候需要高壓，在滾壓胎體時候需要低壓，也需要氣體比例閥，3通道，因此選用Q64AD 1個， Q64DAN 1個。
 7、基板的選擇；總共需要12個模塊，因此選擇Q312DB。

  8、人機界面的選擇；現場貼合側、成型側都需要人機界面來操作，考略到Q13UDEHCPU內置ethernet功能，選用三菱GT1275-VNBA，2個。
二、Motion系統
  1、MT系統的創建
　　輪胎行業的發展非常的迅速，自動化水平越來越高，尤其是現在這個知識社會，產品更新特別的快，就拿三菱的伺服來說吧，這幾年先后出現了MR-E系列，J2系列，MR-J3系列，現在又出現了J4和JE，每一個產品的更新換代，都是社會的進步，知識的進步，都標志著工業自動化水平進入了一個更高的水平。新產品的出現在性能上,包括處理的時間、運行的速度、人性化、穩定性和壽命等各方面都是更優越的。評價一個輪胎成型設備的關鍵因素就是設備的生產效率，所以在控制時候，需要的處理速度和穩定性上是非常關鍵的，以下是系統22個軸的選型配置：

22軸系統分配

另外系統還需要：
     通信光纖：MR-J3 BUS 3M 1根，MR-J3 BUS 1M 2根 MR-J3 BUS 05M 19根
     電池：MR-J3BAT 22塊
     選件：MR-J3CN1A 13個(A鼓旋轉伺服、B鼓旋轉伺服、帶束鼓旋轉伺服、轉臺旋轉伺服、內襯層供料架、內襯層定長輸送、內襯層模板伺服、胎體輸送、胎體模板伺服，這些伺服放大器控制的電機沒有極限要求，其他的伺服電機都有極限保護，而且需要近點DOG信號)。

MT系統系統圖

　　考略到現場，伺服電機帶動負載有三種：一是，滾珠絲杠；二是，皮帶；三是，直接帶動的負載，像前兩種情況，負載運行時需要的扭矩會比較大，所以配以減速機，來降低速度，提高扭矩。在配盤安裝時候，最主要考慮的是，兩個主鼓伺服電機，各為11KW，所以外置制動電阻，在接線時要考略到，電阻發熱，盡量避開電器元件。根據現場的電機安裝，也考略到編程的活性，現場分了4個主柜體：電源柜、plc控制柜、大功率伺服柜、小功率伺服柜，針對配上貼合側、1和2帶束側、3和4帶束側供料部分，配置了三個小柜體，專門裝變頻(在工程照片中有體現)，這都是為了考略設備運轉起來，電器元件散熱問題，另外專門配置了2臺空調，來創造一個恒溫的控制環境。

三、現場調試
  1、調試的步驟
     第一步：調試前，把放大器、變頻器、遠程模塊的站號、波特率撥好，檢查主回路和控制回路接線有沒有錯誤，以及機械有沒有到位。確認完畢后，上電試車。
     第二步：GX works2 、MT Developer2、GT designer3編好的程序，下載到Q13UDEHCPU、Q173DCPU、GOT1275中，在這里通信中需要設置一下，自己的電腦設置的IP地址和plc的要在一個區域內，網絡號一致，站號不同，以下是與1號CPU(192.163.3.39)和2號CPU的通信。

PC機與1號和2號CPU通信圖

     第三步：打點。現場的輸入輸出點根據plc反饋的狀態進行與圖紙進行確認。防止在接下來的手動動作中誤動作。
     第四步：手動自動編程。
     1)、安全性及保護：由于現場用到的伺服放大器比較多，而且設備要求的精度也想到的高，所以考略到安全性和設備的保護，22個伺服中，其中13個伺服都通過J3-CN1插頭，把左右極限和零點作為硬極限接到伺服放大器中。A/B鼓高速旋轉的極限限位，還有胎面傳遞環、左右鋼絲圈環伺服電機移動的安全開關都起到立即停止伺服電機的作用。
     2)、回零的問題：22個伺服只用到兩個單位，deg和mm。這都是根據現場實際情況而設定的，比如A鼓是旋轉的，所以選擇deg為單位；后壓車前進后退是靠伺服通過聯軸器帶動滾珠絲杠來實現前進后退的，所以采用mm為單位。

1~9軸固定參數、原點回歸、JOG運行數據

10~18軸固定參數、原點回歸、JOG運行數據

　　另外19到22軸，這四軸是單獨控制四個激光燈用的。
    3)、1#和2#CPU刷新設置：
    特別注意：GX-works 2和MT-developer 2中設置兩個CPU之間的刷新數據軟元件名稱可以一致(motion中每個伺服電機的狀態信號和指令信號是固化的，一般從MT側先設置)，也可以在GX側指定別的軟元件。

1#CPU刷新設置

    注：① 1#CPU刷新設置在軟件GX WORKS2中的plc參數欄目中->多CPU設置欄 對1號和2號分別進行軟元件設置。

 2#CPU的刷新

    注：① 2#CPU刷新設置在軟件MT-developer 2中的系統設置欄目中->基本設置欄->多CPU設置 對1號和2號分別進行軟元件設置。
    4)、1#和2#CPU 之間是怎么進行交互的，點動的數據，伺服SFC程序的啟動，以及在SFC程序中速度的改變，定位的實現。
    首先1#CPU把伺服運行的指令；伺服電機定位需要的位置，速度數據寄存器；以及2#CPU sfc程序用到的中間變量都發送到2#CPU中。
    其次，2#CPU把伺服電機固化的狀態信號；各個軸的運行狀態；伺服電機點動需要的速度；伺服電機的當前值；sfc中運行的中間變量。

伺服電機點動需要的速度刷新

    上圖中的點動速度都是通過在觸摸屏(GT1275 )設定的，通過plc運算刷新給motion，讓伺服電機按設定的速度進行點動運行。
    下圖是后壓車三伺服同步控制的原理，通過plc特殊的啟動指令來執行2#PLC的sfc程序。

             plc程序調用MT中的sfc程序的指令

 調用MT中指定的sfc程序

   在自動步驟中，通過指針的調用，來實現自動步的順控執行。每一個指針中用到2#CPU中的sfc程序，只需要通過專用的指令調用即可，伺服電機執行完sfc程序后，用結束完成的指令再去執行下一個指針對應的程序執行，以此循環，知道執行完最后一步后，在調到第一步，程序執行完成一個循環，現場就完成了一連串的動作。條件滿足，以此循環。以下框圖是自動步中調用的sfc程序的結構。

自動步中調用sfc程序

    上圖第一步中，通過DP.SFCS 特殊指令調用伺服sfc程序中第靠k223步，執行完畢后，直接跳到p120步，執行這一指針中的程序。就是通過這樣來實現自動化的。

四、報警監控和維護
　　在調試中，經常出現報警，有些報警是外圍造成的，比如外圍接線造成，這時需要在斷電情況下，去排查故障，比如現場急停沒有拍下，但是plc顯示設備處于急停狀態，這時就需要去檢查急停的線路，某處有斷開。還有伺服放大器經常報警16或者25，這就需要去檢查編碼器有沒有插好或者有損害；經常還會出現報10，這就是欠壓造成的，需要用萬用表量一下外圍的電壓，在確定線路電壓后，設備再上電。這些只要根據伺服放大器的報警代碼和plc監控狀態去排查即可。而對于像伺服放大器運轉中突然停止和不執行伺服程序，就需要在MT-developer 2中進行監控，根據伺服電機的運行狀態和報警代碼去相應的修改程序或做其他的處理，以下是在現場中遇到的一個例子：

MT 軟件監控出現的重度錯誤代碼1201

1201報警代碼顯示

　　報警顯示內容7條，逐一排查，找到了問題的根本原因：在伺服進行絕對定位時候，執行了原點回歸，但是中間斷電了不知道，在執行伺服電機定位時候，發現伺服電機沒有執行。根據報警代碼逐一排查，最后知道放大器忘記裝電池。想一下可能是因為調試緊迫，忘記裝電池。裝上電池，重新找零點，再次斷電后，不會出現零點丟失問題了！所以根據MT監控的伺服電機數據(比如當前值、速度等)和報警代碼的顯示迅速找到問題的原因，讓調試更迅速，非常的方便靈活。

五、維護
　　伺服電機在長時間的運行過程中，往往由于自身所帶的機械(如皮帶，滾珠絲杠，同步齒輪等)的原因，如皮帶打滑、跑偏、磨損等，滾珠絲杠兩端不平衡等原因，導致伺服電機發出吱吱的叫聲，而且不是連續的，時好時壞。在這次全鋼一次發成型機調試中，A鼓和B鼓在應用一段時間后，兩個電機都是11KW的伺服電機，發出吱吱叫聲，聲音很刺耳，而且在貼合內襯層和胎體時候，所需要的速度是不一樣的，胎體貼合完成還要手動滾壓，需要很快的旋轉速度，伺服電機發處很大的叫聲。在成型時候，后壓成進行胎圈、胎面、胎體滾壓，伺服電機旋轉時候還要受到了壓力，時刻的在變化，電機就發出奇怪的叫聲，有事就直接過載報警，而停止工作。針對以上情況，筆者對伺服電機進行了優化，與現場相適應。
   通過伺服設置軟件MR-Configuraor2進行調節如下：
     PA08--自動/手動模式選擇 
     PA09--自動調諧相應特性
     PB06--伺服電機的負載慣量比
     PB07--模型換增益
     PB08--位置環增益
     PB09--速度環增益
     PB10--速度積分補償
   首先，先進行自動調諧PA08=1，不斷的調節PA09的數值，發現電機發出的聲音不是很頻繁了，但是進過多次的觀察，筆者發現，每當A/B鼓速度變化時候，伺服電機就會發出響聲，慢慢的適應這個狀態就不在叫了。由于輪胎的鼓是時刻變化速度的所以自動調諧模式不行。通過多次把自動調諧時的模型環、位置環、速度環增益的數值多次比較，最后改為手動調諧，PA08=3，一下是筆者在手動調諧時候，通過MR-Configuraor2軟件進行調整的圖，如下:

手動調諧

   通過不斷的修改PB06、PB07 、PB08 、PB09、PB10的數值，找到一個合適的，最后把這些修改的數值傳進去，重新斷電后，伺服電機重新達到了穩定的效應，不在發出吱吱叫聲，發揮其最大的效能。

六、總結
   如今這樣一個大項目從開始投入計劃，經歷配盤接線、現場電氣安裝、調試、初步運行生產、項目運行生產驗收，到最后的維護，總共需要3個月。項目運行時為全自動過程，現場只需要三個操作工：貼和鼓側(主機側)、帶束鼓側(輔機側)、成型和修胎側。主機側負責貼合胎側、內襯層、包布、胎體、鋼絲圈、墊膠工序，做好胎胚，然后通過AB鼓伸縮旋轉進入成型工位；輔機側負責貼合1、2、3、4層帶束層和胎冠，和主機側的胎胚一起進行中鼓充氣成型，然后進行后壓滾壓，最后機械手夾持卸胎、工人修胎即可完成全部工序。
   設備采用三菱22個伺服(J3-B)，與西門子、AB系統相比，在相同領域，伺服數量多出來，這是他們所做不到的，最主要是在自動化的水平上，設備運行以來非常的穩定，比其他系統每個班次能多出10個輪胎，一天就多出30個，這是相當可觀的，也是無法替代的。