三菱電機(jī)MR-J3-B系列伺服在全鋼一次法成型機(jī)中的應(yīng)用

　　本文針對(duì)全鋼一次法成型機(jī)的系統(tǒng)組建、motion系統(tǒng)組成和說(shuō)明、調(diào)試等方面進(jìn)行全面地分析。 一、系統(tǒng)組建   1、CPU的選擇；輪胎行業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，精度和效率都能反映這臺(tái)設(shè)備的好壞，所以選擇CPU是非常關(guān)鍵的。這臺(tái)設(shè)備需要的I/O點(diǎn)數(shù)很多，而且設(shè)備比較龐大，為了方便布線，選擇了遠(yuǎn)程I/O模塊；所有的普通電機(jī)都需要速度控制，這都需要模塊指令信號(hào)，都需要遠(yuǎn)程輸出模塊來(lái)控制；現(xiàn)場(chǎng)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(guò)遠(yuǎn)程輸出模塊，還有采集氣缸的動(dòng)作位置，磁性開(kāi)光的遠(yuǎn)程輸入模塊。以上所說(shuō)，足見(jiàn)輸入輸出點(diǎn)之多。   2、程序方面；分三大部分，手動(dòng)、自動(dòng)和報(bào)警，程序容量達(dá)到幾萬(wàn)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(shè)備要求的自動(dòng)化水平高，現(xiàn)場(chǎng)用到22個(gè)伺服，筆者選擇了Q173DCPU,這里就不多說(shuō)，這是本文講解的重點(diǎn)，在下面會(huì)逐一講解各個(gè)伺服。   4、I/O點(diǎn)的選擇；輸入這里選擇了QX42 1個(gè) ，QX41 1個(gè)；輸出選用QY10 2個(gè)，這些基本模塊都是柜內(nèi)需要的和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)就近需要的輸入輸出點(diǎn)，直接插在基板上。   5、通信模塊的選擇；設(shè)備用到大量的輸入輸出點(diǎn)，所以選擇了遠(yuǎn)程輸入輸出模塊，通過(guò)三菱專用的網(wǎng)絡(luò)CC-LINK網(wǎng)，通過(guò)T型和Y型框架，把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層連接起來(lái)。這里根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工藝，選用了3個(gè)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(shù)值，2通道；模擬量輸出：A鼓和B鼓定型時(shí)候，需要穩(wěn)定的氣壓，用到氣體比例閥，還有后車反包臂，在滾壓胎圈時(shí)候需要高壓，在滾壓胎體時(shí)候需要低壓，也需要?dú)怏w比例閥，3通道，因此選用Q64AD 1個(gè)， Q64DAN 1個(gè)。  7、基板的選擇；總共需要12個(gè)模塊，因此選擇Q312DB。

  8、人機(jī)界面的選擇；現(xiàn)場(chǎng)貼合側(cè)、成型側(cè)都需要人機(jī)界面來(lái)操作，考略到Q13UDEHCPU內(nèi)置ethernet功能，選用三菱GT1275-VNBA，2個(gè)。 二、Motion系統(tǒng)   1、MT系統(tǒng)的創(chuàng)建 　　輪胎行業(yè)的發(fā)展非常的迅速，自動(dòng)化水平越來(lái)越高，尤其是現(xiàn)在這個(gè)知識(shí)社會(huì)，產(chǎn)品更新特別的快，就拿三菱的伺服來(lái)說(shuō)吧，這幾年先后出現(xiàn)了MR-E系列，J2系列，MR-J3系列，現(xiàn)在又出現(xiàn)了J4和JE，每一個(gè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，都是社會(huì)的進(jìn)步，知識(shí)的進(jìn)步，都標(biāo)志著工業(yè)自動(dòng)化水平進(jìn)入了一個(gè)更高的水平。新產(chǎn)品的出現(xiàn)在性能上,包括處理的時(shí)間、運(yùn)行的速度、人性化、穩(wěn)定性和壽命等各方面都是更優(yōu)越的。評(píng)價(jià)一個(gè)輪胎成型設(shè)備的關(guān)鍵因素就是設(shè)備的生產(chǎn)效率，所以在控制時(shí)候，需要的處理速度和穩(wěn)定性上是非常關(guān)鍵的，以下是系統(tǒng)22個(gè)軸的選型配置：

22軸系統(tǒng)分配

另外系統(tǒng)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(gè)(A鼓旋轉(zhuǎn)伺服、B鼓旋轉(zhuǎn)伺服、帶束鼓旋轉(zhuǎn)伺服、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)伺服、內(nèi)襯層供料架、內(nèi)襯層定長(zhǎng)輸送、內(nèi)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(jī)沒(méi)有極限要求，其他的伺服電機(jī)都有極限保護(hù)，而且需要近點(diǎn)DOG信號(hào))。

MT系統(tǒng)系統(tǒng)圖

　　考略到現(xiàn)場(chǎng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載有三種：一是，滾珠絲杠；二是，皮帶；三是，直接帶動(dòng)的負(fù)載，像前兩種情況，負(fù)載運(yùn)行時(shí)需要的扭矩會(huì)比較大，所以配以減速機(jī)，來(lái)降低速度，提高扭矩。在配盤安裝時(shí)候，最主要考慮的是，兩個(gè)主鼓伺服電機(jī)，各為11KW，所以外置制動(dòng)電阻，在接線時(shí)要考略到，電阻發(fā)熱，盡量避開(kāi)電器元件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)安裝，也考略到編程的活性，現(xiàn)場(chǎng)分了4個(gè)主柜體：電源柜、plc控制柜、大功率伺服柜、小功率伺服柜，針對(duì)配上貼合側(cè)、1和2帶束側(cè)、3和4帶束側(cè)供料部分，配置了三個(gè)小柜體，專門裝變頻(在工程照片中有體現(xiàn))，這都是為了考略設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，電器元件散熱問(wèn)題，另外專門配置了2臺(tái)空調(diào)，來(lái)創(chuàng)造一個(gè)恒溫的控制環(huán)境。 三、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試   1、調(diào)試的步驟      第一步：調(diào)試前，把放大器、變頻器、遠(yuǎn)程模塊的站號(hào)、波特率撥好，檢查主回路和控制回路接線有沒(méi)有錯(cuò)誤，以及機(jī)械有沒(méi)有到位。確認(rèn)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(shè)置一下，自己的電腦設(shè)置的IP地址和plc的要在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)號(hào)一致，站號(hào)不同，以下是與1號(hào)CPU(192.163.3.39)和2號(hào)CPU的通信。

PC機(jī)與1號(hào)和2號(hào)CPU通信圖

     第三步：打點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入輸出點(diǎn)根據(jù)plc反饋的狀態(tài)進(jìn)行與圖紙進(jìn)行確認(rèn)。防止在接下來(lái)的手動(dòng)動(dòng)作中誤動(dòng)作。      第四步：手動(dòng)自動(dòng)編程。      1)、安全性及保護(hù)：由于現(xiàn)場(chǎng)用到的伺服放大器比較多，而且設(shè)備要求的精度也想到的高，所以考略到安全性和設(shè)備的保護(hù)，22個(gè)伺服中，其中13個(gè)伺服都通過(guò)J3-CN1插頭，把左右極限和零點(diǎn)作為硬極限接到伺服放大器中。A/B鼓高速旋轉(zhuǎn)的極限限位，還有胎面?zhèn)鬟f環(huán)、左右鋼絲圈環(huán)伺服電機(jī)移動(dòng)的安全開(kāi)關(guān)都起到立即停止伺服電機(jī)的作用。      2)、回零的問(wèn)題：22個(gè)伺服只用到兩個(gè)單位，deg和mm。這都是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而設(shè)定的，比如A鼓是旋轉(zhuǎn)的，所以選擇deg為單位；后壓車前進(jìn)后退是靠伺服通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退的，所以采用mm為單位。

1~9軸固定參數(shù)、原點(diǎn)回歸、JOG運(yùn)行數(shù)據(jù)

10~18軸固定參數(shù)、原點(diǎn)回歸、JOG運(yùn)行數(shù)據(jù)

　　另外19到22軸，這四軸是單獨(dú)控制四個(gè)激光燈用的。     3)、1#和2#CPU刷新設(shè)置：     特別注意：GX-works 2和MT-developer 2中設(shè)置兩個(gè)CPU之間的刷新數(shù)據(jù)軟元件名稱可以一致(motion中每個(gè)伺服電機(jī)的狀態(tài)信號(hào)和指令信號(hào)是固化的，一般從MT側(cè)先設(shè)置)，也可以在GX側(cè)指定別的軟元件。

1#CPU刷新設(shè)置

    注：① 1#CPU刷新設(shè)置在軟件GX WORKS2中的plc參數(shù)欄目中->多CPU設(shè)置欄 對(duì)1號(hào)和2號(hào)分別進(jìn)行軟元件設(shè)置。

 2#CPU的刷新

    注：① 2#CPU刷新設(shè)置在軟件MT-developer 2中的系統(tǒng)設(shè)置欄目中->基本設(shè)置欄->多CPU設(shè)置 對(duì)1號(hào)和2號(hào)分別進(jìn)行軟元件設(shè)置。     4)、1#和2#CPU 之間是怎么進(jìn)行交互的，點(diǎn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，伺服SFC程序的啟動(dòng)，以及在SFC程序中速度的改變，定位的實(shí)現(xiàn)。     首先1#CPU把伺服運(yùn)行的指令；伺服電機(jī)定位需要的位置，速度數(shù)據(jù)寄存器；以及2#CPU sfc程序用到的中間變量都發(fā)送到2#CPU中。     其次，2#CPU把伺服電機(jī)固化的狀態(tài)信號(hào)；各個(gè)軸的運(yùn)行狀態(tài)；伺服電機(jī)點(diǎn)動(dòng)需要的速度；伺服電機(jī)的當(dāng)前值；sfc中運(yùn)行的中間變量。

伺服電機(jī)點(diǎn)動(dòng)需要的速度刷新

    上圖中的點(diǎn)動(dòng)速度都是通過(guò)在觸摸屏(GT1275 )設(shè)定的，通過(guò)plc運(yùn)算刷新給motion，讓伺服電機(jī)按設(shè)定的速度進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。     下圖是后壓車三伺服同步控制的原理，通過(guò)plc特殊的啟動(dòng)指令來(lái)執(zhí)行2#PLC的sfc程序。

             plc程序調(diào)用MT中的sfc程序的指令

 調(diào)用MT中指定的sfc程序

   在自動(dòng)步驟中，通過(guò)指針的調(diào)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)步的順控執(zhí)行。每一個(gè)指針中用到2#CPU中的sfc程序，只需要通過(guò)專用的指令調(diào)用即可，伺服電機(jī)執(zhí)行完sfc程序后，用結(jié)束完成的指令再去執(zhí)行下一個(gè)指針對(duì)應(yīng)的程序執(zhí)行，以此循環(huán)，知道執(zhí)行完最后一步后，在調(diào)到第一步，程序執(zhí)行完成一個(gè)循環(huán)，現(xiàn)場(chǎng)就完成了一連串的動(dòng)作。條件滿足，以此循環(huán)。以下框圖是自動(dòng)步中調(diào)用的sfc程序的結(jié)構(gòu)。

自動(dòng)步中調(diào)用sfc程序

    上圖第一步中，通過(guò)DP.SFCS 特殊指令調(diào)用伺服sfc程序中第靠k223步，執(zhí)行完畢后，直接跳到p120步，執(zhí)行這一指針中的程序。就是通過(guò)這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的。 四、報(bào)警監(jiān)控和維護(hù) 　　在調(diào)試中，經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)警，有些報(bào)警是外圍造成的，比如外圍接線造成，這時(shí)需要在斷電情況下，去排查故障，比如現(xiàn)場(chǎng)急停沒(méi)有拍下，但是plc顯示設(shè)備處于急停狀態(tài)，這時(shí)就需要去檢查急停的線路，某處有斷開(kāi)。還有伺服放大器經(jīng)常報(bào)警16或者25，這就需要去檢查編碼器有沒(méi)有插好或者有損害；經(jīng)常還會(huì)出現(xiàn)報(bào)10，這就是欠壓造成的，需要用萬(wàn)用表量一下外圍的電壓，在確定線路電壓后，設(shè)備再上電。這些只要根據(jù)伺服放大器的報(bào)警代碼和plc監(jiān)控狀態(tài)去排查即可。而對(duì)于像伺服放大器運(yùn)轉(zhuǎn)中突然停止和不執(zhí)行伺服程序，就需要在MT-developer 2中進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警代碼去相應(yīng)的修改程序或做其他的處理，以下是在現(xiàn)場(chǎng)中遇到的一個(gè)例子：

MT 軟件監(jiān)控出現(xiàn)的重度錯(cuò)誤代碼1201

1201報(bào)警代碼顯示

　　報(bào)警顯示內(nèi)容7條，逐一排查，找到了問(wèn)題的根本原因：在伺服進(jìn)行絕對(duì)定位時(shí)候，執(zhí)行了原點(diǎn)回歸，但是中間斷電了不知道，在執(zhí)行伺服電機(jī)定位時(shí)候，發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)沒(méi)有執(zhí)行。根據(jù)報(bào)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?yàn)檎{(diào)試緊迫，忘記裝電池。裝上電池，重新找零點(diǎn)，再次斷電后，不會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)丟失問(wèn)題了！所以根據(jù)MT監(jiān)控的伺服電機(jī)數(shù)據(jù)(比如當(dāng)前值、速度等)和報(bào)警代碼的顯示迅速找到問(wèn)題的原因，讓調(diào)試更迅速，非常的方便靈活。

五、維護(hù) 　　伺服電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，往往由于自身所帶的機(jī)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(dǎo)致伺服電機(jī)發(fā)出吱吱的叫聲，而且不是連續(xù)的，時(shí)好時(shí)壞。在這次全鋼一次發(fā)成型機(jī)調(diào)試中，A鼓和B鼓在應(yīng)用一段時(shí)間后，兩個(gè)電機(jī)都是11KW的伺服電機(jī)，發(fā)出吱吱叫聲，聲音很刺耳，而且在貼合內(nèi)襯層和胎體時(shí)候，所需要的速度是不一樣的，胎體貼合完成還要手動(dòng)滾壓，需要很快的旋轉(zhuǎn)速度，伺服電機(jī)發(fā)處很大的叫聲。在成型時(shí)候，后壓成進(jìn)行胎圈、胎面、胎體滾壓，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)候還要受到了壓力，時(shí)刻的在變化，電機(jī)就發(fā)出奇怪的叫聲，有事就直接過(guò)載報(bào)警，而停止工作。針對(duì)以上情況，筆者對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，與現(xiàn)場(chǎng)相適應(yīng)。    通過(guò)伺服設(shè)置軟件MR-Configuraor2進(jìn)行調(diào)節(jié)如下：      PA08--自動(dòng)/手動(dòng)模式選擇       PA09--自動(dòng)調(diào)諧相應(yīng)特性      PB06--伺服電機(jī)的負(fù)載慣量比      PB07--模型換增益      PB08--位置環(huán)增益      PB09--速度環(huán)增益      PB10--速度積分補(bǔ)償    首先，先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧PA08=1，不斷的調(diào)節(jié)PA09的數(shù)值，發(fā)現(xiàn)電機(jī)發(fā)出的聲音不是很頻繁了，但是進(jìn)過(guò)多次的觀察，筆者發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)A/B鼓速度變化時(shí)候，伺服電機(jī)就會(huì)發(fā)出響聲，慢慢的適應(yīng)這個(gè)狀態(tài)就不在叫了。由于輪胎的鼓是時(shí)刻變化速度的所以自動(dòng)調(diào)諧模式不行。通過(guò)多次把自動(dòng)調(diào)諧時(shí)的模型環(huán)、位置環(huán)、速度環(huán)增益的數(shù)值多次比較，最后改為手動(dòng)調(diào)諧，PA08=3，一下是筆者在手動(dòng)調(diào)諧時(shí)候，通過(guò)MR-Configuraor2軟件進(jìn)行調(diào)整的圖，如下:

手動(dòng)調(diào)諧

   通過(guò)不斷的修改PB06、PB07 、PB08 、PB09、PB10的數(shù)值，找到一個(gè)合適的，最后把這些修改的數(shù)值傳進(jìn)去，重新斷電后，伺服電機(jī)重新達(dá)到了穩(wěn)定的效應(yīng)，不在發(fā)出吱吱叫聲，發(fā)揮其最大的效能。 六、總結(jié)    如今這樣一個(gè)大項(xiàng)目從開(kāi)始投入計(jì)劃，經(jīng)歷配盤接線、現(xiàn)場(chǎng)電氣安裝、調(diào)試、初步運(yùn)行生產(chǎn)、項(xiàng)目運(yùn)行生產(chǎn)驗(yàn)收，到最后的維護(hù)，總共需要3個(gè)月。項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)為全自動(dòng)過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)只需要三個(gè)操作工：貼和鼓側(cè)(主機(jī)側(cè))、帶束鼓側(cè)(輔機(jī)側(cè))、成型和修胎側(cè)。主機(jī)側(cè)負(fù)責(zé)貼合胎側(cè)、內(nèi)襯層、包布、胎體、鋼絲圈、墊膠工序，做好胎胚，然后通過(guò)AB鼓伸縮旋轉(zhuǎn)進(jìn)入成型工位；輔機(jī)側(cè)負(fù)責(zé)貼合1、2、3、4層帶束層和胎冠，和主機(jī)側(cè)的胎胚一起進(jìn)行中鼓充氣成型，然后進(jìn)行后壓滾壓，最后機(jī)械手夾持卸胎、工人修胎即可完成全部工序。    設(shè)備采用三菱22個(gè)伺服(J3-B)，與西門子、AB系統(tǒng)相比，在相同領(lǐng)域，伺服數(shù)量多出來(lái)，這是他們所做不到的，最主要是在自動(dòng)化的水平上，設(shè)備運(yùn)行以來(lái)非常的穩(wěn)定，比其他系統(tǒng)每個(gè)班次能多出10個(gè)輪胎，一天就多出30個(gè)，這是相當(dāng)可觀的，也是無(wú)法替代的。