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在簡介橡膠工業技術自動化進步背景和硫化工藝原理的基礎上,詳細討論基于臺達機電產品的同步變頻傳動設計技術。

1 引言

信息技術和光機電一體化技術等高新技術的發展有力地促進橡膠工業技術進步。利用高新技術改造傳統橡膠工業,生產技術向高新技術發展,是建設橡膠工業強國的必由之路。目前,橡膠工業仍是手工操作比較多的一個產業,特別是輪胎、膠鞋等部件比較多的產品,僅成型就有十幾道工序,勞動強度大,生產效率低,嚴重影響了橡膠工業的發展。工業發達國家都把橡膠產品的成型工序為重點,通過計算機技術、光機電一體化技術和機器人技術,實現自動化生產方面取得了重大發展。

2 連續硫化生產工藝控制

2.1 硫化成型

硫化成型是橡膠加工的重要工藝。為改善橡膠制品的性能,生產上要對生橡膠進行一系列加工過程,在一定條件下,使膠料中的生膠與硫化劑發生化學反應,使其由線型結構的大分子交聯成為立體網狀結構的大分子,使從而使膠料具備高強度、高彈性、高耐磨、抗腐蝕等等優良性能。這個過程稱為橡膠硫化。一般將硫化過程分為四個階段,誘導-預硫-正硫化-過硫。為實現這一反應,必須外加能量使之達到一定的硫化溫度,然后讓橡膠保溫在該硫化溫度范圍內完成全部硫化反應。

2.2連續硫化工藝控制

(1)微波橡膠硫化設備及生產工藝。帶骨架的橡膠制品微波橡膠硫化的基本工藝流程為:從擠出機擠出的成型品通過輸送帶或輥道傳送,進入微波硫化裝置,在此處橡膠迅速升溫到硫化溫度,然后進入二次硫化的熱風槽保溫完成該產品的發泡及硫化過程。微波橡膠硫化生產線的組成包括放線設備、擠出機、高溫定型設備、微波硫化設備、熱風硫化設備、冷卻段、牽引機、裁斷機、打孔機等組成。

(2)工藝傳動控制。放線設備及放線張力控制后,由預成型輥輪架穿過并加熱,被擠塑機擠出的橡膠材料覆蓋外套；覆蓋了橡膠外套的線材,進入生產線主速牽引裝置,經過高溫硫化由變頻器控制每分鐘的生產速度,再經由履帶輔助牽引進入后處理階段；在芯金折斷和成型裝置,經過張力架檢測張力作為張力反饋,速度由主速給定,勻速而且恒定張力的送線,經計米器控制后切割成型；在整條生產線上,主牽引和輔助牽引控制系統工作在速度方式:包括高溫處理,微波硫化,后加熱速度串聯同步；并且要求各級可以微調并后級同步調整。而鋼帶放線和成型控制系統工作在恒轉矩方式;在速度方式引起的轉矩波動被轉矩控制系統控制,相互配合以保證速度和張力的恒定。

3 變頻器同步傳動系統

3.1 同步傳動系統原理設計

在整條生產線上,主牽引和輔助牽引控制系統工作在速度方式:包括高溫處理,微波硫化,后加熱速度串聯同步；并且要求各級可以微調并后級同步調整,速度同步問題解決方案如圖1所示。

配置設計:3臺5.7寸1711STN HITECH海泰克觸摸屏；1臺DVP12SA臺達PLC；4臺VFD007B43A變頻器。

此配置只涉及生產線四臺變頻器同步。整個生產線控制有三臺人機,4臺變頻器,四臺變頻器頻率控制一流水線,分成四段控制,項目主要利用臺達通訊的便利性,用通訊的方式,隨時隨地讀變頻器的頻率,只要發現其中一臺變頻器頻率有變化,會根據一定的比例,后續幾臺變頻器跟著變化,以便處理四段速度的同步以控制張力,而三臺人機組成主從,安裝在每一個工作段,每一臺人機的界面做成完全一樣,操作的時候,可以在任意一臺觸摸屏上操作,以方便操作工人的操作。原先客戶用過通過人機UP/DOWN的方式進行微調,但是客戶反映不是比較方便,用過臺達四路同步控制器,但是客戶此次的要求,需要在人機上設主頻、比例的關系,但是,而此次人機經銷商選用的是HITECH人機,而其HITECH人機只有兩個通訊口,而其通訊口都已被占用,故無法使用同步控制器。

圖1 速度同步問題解決方案

3.2 同步控制要求分析

四臺變頻器,當其中一臺變頻器頻率有改動時(通過模擬量改動,或者主頻、比例給定)有改動時,那后續的幾臺變頻器就會自動改正頻率,以保證同步。而且,當同時有兩臺以上變頻器頻率通過模擬量微調或者通過人機改變比例、主速時,那以前一臺為準,后續幾臺的頻率值修改都必須屏蔽掉,例如現場有兩個操作工同時修改第二臺、第三臺變頻器的模擬量進行微調頻率,那頻率修改值以第二臺為基準。

3.3 流水線傳動關系設計

(1)變頻器頻率設置來源:變頻器主頻(通訊設置)+0--10V模擬量疊加。

(2)變頻器的同步關系:第一臺頻率值=主速設置(通過人機設定)+第一臺模擬量輔頻設置(通過模擬量設定)。

(3)第二臺頻率值=第一臺頻率值*比例一(通過人機設定)+第二臺模擬量輔頻設置(通過模擬量設定)。

(4)第三臺頻率值=第二臺頻率值*比例二(通過人機設定)+第三臺模擬量輔頻設置(通過模擬量設定)

(5)第四臺頻率值=第三臺頻率值*比例三(通過人機設定)+第四臺模擬量輔頻設置(通過模擬量設定)。

3.4 編程難點

頻率值是主頻與模擬量輔頻設置,在現場模擬量輔頻何時改變是不可知的,因此編寫程序時必須每時每刻都要讀頻率來了解現場變頻器頻率值變化,而且頻率讀好后還要根據頻率變化根據比例計算后,計算出的頻率值自動的靠通訊寫給相應的變頻器。因為是每時每刻的在讀頻率,而且頻率給定有兩個來源,那難點在于何時把寫好的比較值,給寄存器,然后再用此頻率值與讀的頻率比較,當作參考值。原先想運用A/D、D/A模擬量接口信號,這樣雖然寫程序更簡單,但是因為現場生產流水線過長(有五六十米長),而且微調的模擬量必須緊靠每一個工位,布線現狀困難,在這么長的線路上模擬量會有很大的衰減和干擾,靠通訊的方式會相對比較好一些,故采用完全用通訊的方式來解決客戶同步的要求,相對的程序要求編寫會比較復雜一些,特別是何時在給比較值參考,怎么樣屏蔽后幾臺頻率變化的問題。

3.5 編程思路

(1)模擬量發生變化時。所有變頻器頻率讀一遍后(d190—d197),頻率發生變化(模擬量改變時),并且這種頻率變化持續兩秒鐘,置位m10,且觸發m1—m3,計算相應的頻率(頻率值放至d2000--d2007),然后開始寫頻率,寫完后,定時100毫秒,然后又開始讀頻率,讀一遍后,觸發m16,把值記下來(D590—d597),然后又開始周而復始的讀頻率。

(2)比例值發生變化時(m100 m101 m102 m103)首先主速修改時(m100置位),置位m10,先寫第一臺變頻器頻率,寫完后,定時100ms置位m17,然后讀一遍頻率,觸發m18,后根據第一臺讀出的實際頻率,根據相應的比例值(d550—d555),再觸發m10,再寫一遍頻率,寫完后,定時100ms后,再讀一遍頻率,讀完后頻率后觸發m16,把值記下來。

其次比例修改時(m101 m102 m103置位)修改時,根據讀出來的值根據比例計算相應的頻率(頻率值放至d2000--d2007),然后開始寫頻率,寫完后,定時100毫秒,然后又開始讀頻率,讀一遍后,觸發m16,把值記下來(D590—d597),然后又開始周而復始的讀頻率。

比例值:D550、d552、d554；頻率值:D2000、d2002、D2004、d2006。

3.6調試過程遇到的問題與解決

調試過程中遇到的主要問題是通訊讀寫過程中,因為讀多臺變頻器參數,同時寫多臺變頻器,而且都是在自動讀寫,為了盡量縮短讀寫程序的容量,在寫程序時,都運用了變量來切換站號,因為臺達底層程序的問題,會發生讀上來的數據偶爾錯位,但是因為以前都是給通訊要求不是很高的場合作通訊,數據瞬間錯位,對設備沒有影響,而且它不是經常出現,一般都是隔幾個小時才會出現錯位且瞬間馬上復位,在要求不高的現場一般都不太會注意。

這次因為幾臺變頻器一直在讀,讀好后通過比較如有發現頻率有改變,就馬上要把頻率計算出來以后,自動寫給其他變頻器,以保持同步,故它是不容有讀錯的情況,否則馬上就會飛車,出現無法運行的情況。故在連續試驗后,發現通訊讀寫時,程序一定得加上通訊讀上來后把區分數據存起來,必須加上通訊回復過來的數據為條件(要把D1070、D1071都用上)。

4 結束語

同步傳動是機械化流水生產線的基礎性技術。進入變頻器傳動時代以來,同步傳動問題日益成為典型的變頻器應用技術。本項目項目通過調試滿足橡膠加工關鍵工藝過程的自動化要求,顯示了臺達機電產品在推進橡膠工業技術進步工程領域的工程能力。