高精度工程轮胎胎面仿形缠绕控制系统的设计.doc

高精度工程轮胎胎面仿形缠绕控制系统的设计赵龙阳黄廷磊孟瑞敏（桂林电子科技大学，广西桂林541004）摘要：本文提出了一种以上位机为核心，充分利用上位机强大的运算能力和编程的灵活性来实现工程轮胎胎面仿形缠绕控制的方法。文中从电气原理、控制原理、软件设计等方面介绍了工程轮胎胎面仿形缠绕控制系统的实现方法。目前，该系统已经在多个厂家投入应用，效果良好。关键词：工程机械轮胎；胎面仿形缠绕；上位机；下位机Abstract:ThispaperproposedanovelcontrolmethodforimplementingthetreadwindingofOTRtire,whichfeaturesthecentralroleoftheuppercomputerinmanufacturingprocess.Thecomputationpowerandprogrammingflexibilityoftheuppercomputerallowsfortheusageofmoreefficientalgorithmstoimprovethecontrolprecision.Theelectrical,controlandsoftwaredesigningaspectsofthemethodaredescribedinthispaper.Itisshownthattheapplicationsofthemethodinseveralengineeringtiremanufacturingcompanyhavereducedthemanufacturingcostsignificantly.Keywords:OTRtire;treadwinding;mastercomputer;slavecomputer随着我国基础设施建设的持续高速发展和国际工程轮胎产业向我国转移，大型工程机械轮胎的需求量不断增加。伴随着轮胎原材料涨价，市场竞争的加剧和对轮胎规格、品种、整体性能要求也越来越高，采用传统的方法制造工程机械轮胎已经不能满足市场的需求[1~3]。对于工程轮胎的胎面成型，传统的方法有靠模缠贴法和成型机套筒法[4]，这两种方法均有胎面密实性差，劳动强度大，产品规格单一的缺点。胎面仿形缠绕技术这种新的胎面成型技术应运而生，其在速度、质量、工人劳动强度以及改变产品规格方面相比于传统方法有无可比拟的优势。仿形控制的目标是用胶条在原始毛胚上缠绕出符合重量要求及工艺设定的标准外廓形状（如图3）。仿形方法有两种：一是基于胶条形状进行的开环控制，对胶条的形状要求高，如Mcneil公司生产的缠绕设备采用这种方法；二是基于实时缠绕外形厚度检测的闭环控制法，此方法相对于方法一大大降低了对胶条形状的要求。轮胎胎面仿形缠绕系统是由上下位机组成的控制系统。传统解决方案是以下位机PLC为核心进行控制[4]，上位机向下位机传送生产配方参数和绘制缠绕曲线图形[4~6]。本文实现了一种以上位机为核心、利用外廓检测方式进行闭环控制的工程胎仿形缠绕方法，其主要优点是利用上位机强大的运算能力和编程的灵活性实现复杂的仿形缠绕控制算法，提高控制精度，易于实现多层缠绕控制，而下位机则完成整条生产线速度的联动、手动控制、信号采集和自动控制执行。1系统组成胎面缠绕生产流程如图1所示。胎面胶经挤出机均匀塑化后挤出热胶棒，通过浮动辊后进入压片机，在将胶棒压成相应配方需要的胶片后进入冷却鼓冷却，冷却后的胶片送入缠绕机缠绕到缠绕鼓上，在缠绕机和缠绕鼓的复合运动下缠贴出所需的胎面。由胎面缠绕生产流程图可看出挤出机挤出胶棒的速度、压片机上胶片的线速度、冷却鼓上胶片的线速度和缠绕鼓上胶片的线速度必须匹配。以压片机上胶片的线速度为速度基准，联动挤出机、冷却鼓和缠绕鼓上胶条的线速度，可使胎面生产线在不同的速度下工作。2控制组成及原理控制系统由上下位机组成，下位机是日本三菱公司的FX2N一128MR可编程控制器，该产品具有64路光电隔离的信号输入端和64路继电器隔离的控制输出端，再配置D/A模块、A/D模块，用于整个胎面缠绕机的控制，控制原理图如图2所示。上位计算机采用研华工控计算机，其主要功能包括以下几个方面：一是存储各种型号轮胎的配方轮廓数据和控制参数。胎面外廓数据参数输入的如图3所示，其胎面坐标值（L1,H1），（L2,H2），（L3,H3），（L4,H5），（L6,H6），（L7，0）勾勒出轮胎的外观形状，根据工艺要求可以增加配方轮廓坐标点，控制参数包括联动速度数据和优化控制的参数；二是上位机根据PLC采集到的信号，发出控制指令由PLC执行。如按“确定起点”按钮，PLC接收信号后传给上位机，上位机开始执行扫描基线的控制过程并对PLC发送相应的指令，直至完成控制；三是在缠绕过程中首先上位机根据胎面外廓参数和设定的缠绕层