摘 要：在簡(jiǎn)介橡膠工業(yè)技術(shù)自動(dòng)化進(jìn)步背景和硫化工藝原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論基于臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的同步變頻傳動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)。
1 引言
信息技術(shù)和光機(jī)電一體化技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展有力地促進(jìn)橡膠工業(yè)技術(shù)進(jìn)步。利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)橡膠工業(yè)，生產(chǎn)技術(shù)向高新技術(shù)發(fā)展，是建設(shè)橡膠工業(yè)強(qiáng)國(guó)的必由之路。目前，橡膠工業(yè)仍是手工操作比較多的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，特別是輪胎、膠鞋等部件比較多的產(chǎn)品，僅成型就有十幾道工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，嚴(yán)重影響了橡膠工業(yè)的發(fā)展。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把橡膠產(chǎn)品的成型工序?yàn)橹攸c(diǎn),通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、光機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)方面取得了重大發(fā)展。
2 連續(xù)硫化生產(chǎn)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(chǎn)上要對(duì)生橡膠進(jìn)行一系列加工過(guò)程，在一定條件下，使膠料中的生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其由線型結(jié)構(gòu)的大分子交聯(lián)成為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，使從而使膠料具備高強(qiáng)度、高彈性、高耐磨、抗腐蝕等等優(yōu)良性能。這個(gè)過(guò)程稱為橡膠硫化。一般將硫化過(guò)程分為四個(gè)階段，誘導(dǎo)－預(yù)硫－正硫化－過(guò)硫。為實(shí)現(xiàn)這一反應(yīng)，必須外加能量使之達(dá)到一定的硫化溫度，然后讓橡膠保溫在該硫化溫度范圍內(nèi)完成全部硫化反應(yīng)。
2.2連續(xù)硫化工藝控制
（1）微波橡膠硫化設(shè)備及生產(chǎn)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(jī)擠出的成型品通過(guò)輸送帶或輥道傳送，進(jìn)入微波硫化裝置，在此處橡膠迅速升溫到硫化溫度，然后進(jìn)入二次硫化的熱風(fēng)槽保溫完成該產(chǎn)品的發(fā)泡及硫化過(guò)程。微波橡膠硫化生產(chǎn)線的組成包括放線設(shè)備、擠出機(jī)、高溫定型設(shè)備、微波硫化設(shè)備、熱風(fēng)硫化設(shè)備、冷卻段、牽引機(jī)、裁斷機(jī)、打孔機(jī)等組成。
（2）工藝傳動(dòng)控制。放線設(shè)備及放線張力控制后,由預(yù)成型輥輪架穿過(guò)并加熱,被擠塑機(jī)擠出的橡膠材料覆蓋外套；覆蓋了橡膠外套的線材,進(jìn)入生產(chǎn)線主速牽引裝置,經(jīng)過(guò)高溫硫化由變頻器控制每分鐘的生產(chǎn)速度，再經(jīng)由履帶輔助牽引進(jìn)入后處理階段；在芯金折斷和成型裝置,經(jīng)過(guò)張力架檢測(cè)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(jīng)計(jì)米器控制后切割成型；在整條生產(chǎn)線上,主牽引和輔助牽引控制系統(tǒng)工作在速度方式：包括高溫處理，微波硫化，后加熱速度串聯(lián)同步；并且要求各級(jí)可以微調(diào)并后級(jí)同步調(diào)整。而鋼帶放線和成型控制系統(tǒng)工作在恒轉(zhuǎn)矩方式;在速度方式引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)被轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)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(dòng)系統(tǒng)
3.1 同步傳動(dòng)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
在整條生產(chǎn)線上,主牽引和輔助牽引控制系統(tǒng)工作在速度方式：包括高溫處理，微波硫化，后加熱速度串聯(lián)同步；并且要求各級(jí)可以微調(diào)并后級(jí)同步調(diào)整，速度同步問(wèn)題解決方案如圖1所示。
配置設(shè)計(jì)：3臺(tái)5.7寸1711STN HITECH海泰克觸摸屏；1臺(tái)DVP12SA臺(tái)達(dá)PLC；4臺(tái)VFD007B43A變頻器。
此配置只涉及生產(chǎn)線四臺(tái)變頻器同步。整個(gè)生產(chǎn)線控制有三臺(tái)人機(jī)，4臺(tái)變頻器，四臺(tái)變頻器頻率控制一流水線，分成四段控制，項(xiàng)目主要利用臺(tái)達(dá)通訊的便利性，用通訊的方式，隨時(shí)隨地讀變頻器的頻率，只要發(fā)現(xiàn)其中一臺(tái)變頻器頻率有變化，會(huì)根據(jù)一定的比例，后續(xù)幾臺(tái)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(tái)人機(jī)組成主從，安裝在每一個(gè)工作段,每一臺(tái)人機(jī)的界面做成完全一樣，操作的時(shí)候，可以在任意一臺(tái)觸摸屏上操作，以方便操作工人的操作。原先客戶用過(guò)通過(guò)人機(jī)UP/DOWN的方式進(jìn)行微調(diào)，但是客戶反映不是比較方便，用過(guò)臺(tái)達(dá)四路同步控制器，但是客戶此次的要求，需要在人機(jī)上設(shè)主頻、比例的關(guān)系，但是，而此次人機(jī)經(jīng)銷商選用的是HITECH人機(jī)，而其HITECH人機(jī)只有兩個(gè)通訊口，而其通訊口都已被占用，故無(wú)法使用同步控制器。
圖1 速度同步問(wèn)題解決方案3.2 同步控制要求分析四臺(tái)變頻器，當(dāng)其中一臺(tái)變頻器頻率有改動(dòng)時(shí)（通過(guò)模擬量改動(dòng)，或者主頻、比例給定）有改動(dòng)時(shí)，那后續(xù)的幾臺(tái)變頻器就會(huì)自動(dòng)改正頻率，以保證同步。而且，當(dāng)同時(shí)有兩臺(tái)以上變頻器頻率通過(guò)模擬量微調(diào)或者通過(guò)人機(jī)改變比例、主速時(shí)，那以前一臺(tái)為準(zhǔn)，后續(xù)幾臺(tái)的頻率值修改都必須屏蔽掉，例如現(xiàn)場(chǎng)有兩個(gè)操作工同時(shí)修改第二臺(tái)、第三臺(tái)變頻器的模擬量進(jìn)行微調(diào)頻率，那頻率修改值以第二臺(tái)為基準(zhǔn)。
3.3 流水線傳動(dòng)關(guān)系設(shè)計(jì)（1）變頻器頻率設(shè)置來(lái)源：變頻器主頻（通訊設(shè)置）+0--10V模擬量疊加。
（2）變頻器的同步關(guān)系：第一臺(tái)頻率值=主速設(shè)置（通過(guò)人機(jī)設(shè)定）+第一臺(tái)模擬量輔頻設(shè)置（通過(guò)模擬量設(shè)定）。
（3）第二臺(tái)頻率值=第一臺(tái)頻率值*比例一（通過(guò)人機(jī)設(shè)定）+第二臺(tái)模擬量輔頻設(shè)置（通過(guò)模擬量設(shè)定）。
（4）第三臺(tái)頻率值=第二臺(tái)頻率值*比例二（通過(guò)人機(jī)設(shè)定）+第三臺(tái)模擬量輔頻設(shè)置（通過(guò)模擬量設(shè)定）
（5）第四臺(tái)頻率值=第三臺(tái)頻率值*比例三（通過(guò)人機(jī)設(shè)定）+第四臺(tái)模擬量輔頻設(shè)置（通過(guò)模擬量設(shè)定）。
3.4 編程難點(diǎn)頻率值是主頻與模擬量輔頻設(shè)置，在現(xiàn)場(chǎng)模擬量輔頻何時(shí)改變是不可知的，因此編寫程序時(shí)必須每時(shí)每刻都要讀頻率來(lái)了解現(xiàn)場(chǎng)變頻器頻率值變化，而且頻率讀好后還要根據(jù)頻率變化根據(jù)比例計(jì)算后，計(jì)算出的頻率值自動(dòng)的靠通訊寫給相應(yīng)的變頻器。因?yàn)槭敲繒r(shí)每刻的在讀頻率，而且頻率給定有兩個(gè)來(lái)源，那難點(diǎn)在于何時(shí)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(dāng)作參考值。原先想運(yùn)用A/D、D/A模擬量接口信號(hào)，這樣雖然寫程序更簡(jiǎn)單，但是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)流水線過(guò)長(zhǎng)（有五六十米長(zhǎng)），而且微調(diào)的模擬量必須緊靠每一個(gè)工位，布線現(xiàn)狀困難，在這么長(zhǎng)的線路上模擬量會(huì)有很大的衰減和干擾，靠通訊的方式會(huì)相對(duì)比較好一些，故采用完全用通訊的方式來(lái)解決客戶同步的要求，相對(duì)的程序要求編寫會(huì)比較復(fù)雜一些，特別是何時(shí)在給比較值參考，怎么樣屏蔽后幾臺(tái)頻率變化的問(wèn)題。
3.5 編程思路（1）模擬量發(fā)生變化時(shí)。所有變頻器頻率讀一遍后（d190—d197），頻率發(fā)生變化（模擬量改變時(shí)），并且這種頻率變化持續(xù)兩秒鐘，置位m10，且觸發(fā)m1—m3，計(jì)算相應(yīng)的頻率（頻率值放至d2000--d2007），然后開始寫頻率，寫完后，定時(shí)100毫秒，然后又開始讀頻率，讀一遍后，觸發(fā)m16，把值記下來(lái)（D590—d597），然后又開始周而復(fù)始的讀頻率。
（2）比例值發(fā)生變化時(shí)（m100 m101 m102 m103）首先主速修改時(shí)（m100置位），置位m10，先寫第一臺(tái)變頻器頻率，寫完后，定時(shí)100ms置位m17，然后讀一遍頻率，觸發(fā)m18，后根據(jù)第一臺(tái)讀出的實(shí)際頻率，根據(jù)相應(yīng)的比例值（d550—d555）,再觸發(fā)m10，再寫一遍頻率，寫完后，定時(shí)100ms后，再讀一遍頻率，讀完后頻率后觸發(fā)m16，把值記下來(lái)。
其次比例修改時(shí)（m101 m102 m103置位）修改時(shí)，根據(jù)讀出來(lái)的值根據(jù)比例計(jì)算相應(yīng)的頻率（頻率值放至d2000--d2007），然后開始寫頻率，寫完后，定時(shí)100毫秒，然后又開始讀頻率，讀一遍后，觸發(fā)m16，把值記下來(lái)（D590—d597），然后又開始周而復(fù)始的讀頻率。
比例值：D550、d552、d554；頻率值：D2000、d2002、D2004、d2006。
3.6調(diào)試過(guò)程遇到的問(wèn)題與解決調(diào)試過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題是通訊讀寫過(guò)程中，因?yàn)樽x多臺(tái)變頻器參數(shù)，同時(shí)寫多臺(tái)變頻器，而且都是在自動(dòng)讀寫，為了盡量縮短讀寫程序的容量，在寫程序時(shí)，都運(yùn)用了變量來(lái)切換站號(hào)，因?yàn)榕_(tái)達(dá)底層程序的問(wèn)題，會(huì)發(fā)生讀上來(lái)的數(shù)據(jù)偶爾錯(cuò)位，但是因?yàn)橐郧岸际墙o通訊要求不是很高的場(chǎng)合作通訊，數(shù)據(jù)瞬間錯(cuò)位，對(duì)設(shè)備沒(méi)有影響，而且它不是經(jīng)常出現(xiàn)，一般都是隔幾個(gè)小時(shí)才會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位且瞬間馬上復(fù)位，在要求不高的現(xiàn)場(chǎng)一般都不太會(huì)注意。
這次因?yàn)閹着_(tái)變頻器一直在讀，讀好后通過(guò)比較如有發(fā)現(xiàn)頻率有改變，就馬上要把頻率計(jì)算出來(lái)以后，自動(dòng)寫給其他變頻器，以保持同步，故它是不容有讀錯(cuò)的情況，否則馬上就會(huì)飛車，出現(xiàn)無(wú)法運(yùn)行的情況。故在連續(xù)試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)通訊讀寫時(shí)，程序一定得加上通訊讀上來(lái)后把區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)存起來(lái)，必須加上通訊回復(fù)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)為條件（要把D1070、D1071都用上）。
4 結(jié)束語(yǔ)同步傳動(dòng)是機(jī)械化流水生產(chǎn)線的基礎(chǔ)性技術(shù)。進(jìn)入變頻器傳動(dòng)時(shí)代以來(lái)，同步傳動(dòng)問(wèn)題日益成為典型的變頻器應(yīng)用技術(shù)。本項(xiàng)目項(xiàng)目通過(guò)調(diào)試滿足橡膠加工關(guān)鍵工藝過(guò)程的自動(dòng)化要求，顯示了臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在推進(jìn)橡膠工業(yè)技術(shù)進(jìn)步工程領(lǐng)域的工程能力。
