PLC在輪胎模電火花成型機中的應用

1 引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對輪胎的各項性能要求越來越高，這極大地促進了輪胎模制造技術的發(fā)展。過去輪胎模具表面花紋簡單，而現(xiàn)在輪胎模具表面有許多形狀相同的或不相同的單元凸塊按一定的規(guī)律排列的花紋，由于輪胎模具上的花紋精度和質(zhì)量將直接影響輪胎的質(zhì)量和性能，因此在電火花成型機上加工輪胎模具時，為制造這些排列有規(guī)律的花紋，就必須對模具進行精確分度。

2 工藝要求

該輪胎模電火花成型機可以生產(chǎn)輪胎模內(nèi)徑為500mm～1200mm，等分數(shù)為2～500朵花紋的各種輪胎模，工作臺回轉(zhuǎn)精度不小于0.017°。在對中模式(調(diào)整模具圓心與工作臺圓心重合)時，工作臺回轉(zhuǎn)速度為 0～0.5rpm;在手動調(diào)整模式時，工作臺回轉(zhuǎn)速度為0～0.5rpm;在自動加工模式時，工作臺回轉(zhuǎn)速度為0～0.25rpm。所有工作參數(shù)均可以從人機操作界面中調(diào)整和設定。

3 自動分度系統(tǒng)、硬件配置及軟硬件設計

3.1 自動分度系統(tǒng)
在保證達到測試要求的前提下，盡可能選擇性價比高、運行可靠、開發(fā)周期短的方案。綜合考慮后，采用觸摸屏作為上位機、PLC作為下位機的設計方案。利用RS-232串口通訊完成數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)框圖如圖1所示:

觸摸屏是專門面向PLC應用的，它不同于一些簡單的儀表式或其它的一些簡單控制PLC的設備，它功能強大，使用方便，抗干擾能力強，非常適合現(xiàn)代化工業(yè)越來越龐大的工作量及功能的需求，它日益成為現(xiàn)代化工業(yè)必不可少的設備之一。下位機可編程控制器具有擴展方便、控制簡單、抗干擾能力強、價格低廉等優(yōu)點;PLC作為下位機完成分度控制、加工控制和采集編碼器反饋的數(shù)據(jù)等功能。
3.2 控制系統(tǒng)的硬件配置
根據(jù)性能要求，從經(jīng)濟角度出發(fā)，選擇主要器件:
(1) 觸摸屏采用EASYVIEW的MT508S。該系列人機界面除了擁有一般人機界面的功能外，還提供了許多特有的功能:
a) 可以同時開啟6個彈出窗口。
b) 可以擁有和Windows95/98一樣的任務欄和快選窗口。
c) 采用強大的32位RISC處理器(Intel的StrongARM), 使MT508擁有更快的處理速度。
(2) 旋轉(zhuǎn)編碼器采用日本NEMICON公司精度為5400P/R產(chǎn)品，它將工作臺的位置信號反饋給PLC，再由PLC進行數(shù)據(jù)處理后，控制步進電機動作，從而達到精確控制工作臺位置的目的。
(3) PLC采用永宏公司的FB系列的FBE-20MC。采用該系列PLC主要有兩個原因:a)采用硬件電路構(gòu)成的硬件高速計數(shù)器(HHSC)，最高計數(shù)頻率20kHz，而且是32位的高速計數(shù)器。B)PLC的計數(shù)器自帶4倍頻電路，對編碼器信號進行4細分，提高系統(tǒng)精度。

采用一組硬件高速計數(shù)器對編碼器的反饋脈沖進行計數(shù)。FB-PLC的每組硬件高速計數(shù)器都有8種計數(shù)模式可供選擇，我們選用了MD7，即輸入信號為兩路相位相差90°的脈沖信號，對兩路信號的上升沿和下降沿分別計數(shù)，這樣高速計數(shù)器就計數(shù)4個脈沖，如圖2所示。原來編碼器反饋的信號的精度為360°÷5400=0.067°，這顯然達不到要求，但經(jīng)過后繼電路進行電平轉(zhuǎn)換和PLC的4倍頻電路細分后，在不增加任何硬件的前提下使編碼器的分辨率提高到360°÷5400÷4=0.017°。在分度控制系統(tǒng)中，我們將編碼器反饋的脈沖數(shù)與PLC計算出的目標脈沖數(shù)進行比較，如果反饋值小于或大于目標值，則說明工作臺還沒有到達目標位置，如果兩值相等，則說明工作臺已達到目標位置。用這種方法實現(xiàn)工作臺位置的閉環(huán)控制。
(4) FBE-20MC是控制系統(tǒng)的核心器件，其輸入輸出信號分配如圖3所示:

3.3 PLC程序流程圖
PLC程序流程圖如圖4所示:

4 控制系統(tǒng)合理性和可靠性設計

本輪胎模電火花加工儀雖然測控對象數(shù)量不多,機械結(jié)構(gòu)也并不復雜，但工作臺體積大，轉(zhuǎn)動慣量大，電火花加工時干擾很大。要讓它能夠高精度、高可靠性地完的控制任務,同時為了能給操作人員帶來方便 ,我們作了如下考慮:
(1) 機械部分的合理設計
機械部分是控制系統(tǒng)的被控對象,是決定控制系統(tǒng)能否可靠工作的前提。我們采用了有合適過盈配合的蝸輪蝸桿傳動結(jié)構(gòu)，為工作臺高回轉(zhuǎn)精度和自鎖提供了條件。
(2) 良好的人機界面
觸摸屏構(gòu)成人機界面從畫面、提示語句、色彩等方面給人以輕松、醒目的感覺;各控制畫面的設計是以各控制功能集中為原則,操作簡便;觸摸屏上顯示出各種設定參數(shù)和系統(tǒng)運行狀態(tài)，操作人員易于了解系統(tǒng)工作狀況，操作也方便。
(3) 系統(tǒng)的抗干擾措施
該分度系統(tǒng)的控制器是選用高可靠性的PLC和傳感器，從設備上保證了系統(tǒng)的可靠性;各控制柜在電路上完全隔離，各控制柜內(nèi)模擬電路和數(shù)字電路也采取了分離屏蔽措施，尤其是電火花加工設備發(fā)出的電磁干擾;各控制柜也有良好的通風和散熱措施。

5結(jié)束語
本文所述的輪胎模電火花加工儀的分度系統(tǒng)從2002年8月起已經(jīng)應用于多套設備中，配備有本分度系統(tǒng)的電火花加工儀,在試運行期間和正常工作時，無論模具大小、輕重，分度系統(tǒng)都能控制工作臺精確分度，用戶反應效果非常理想，已經(jīng)帶來了很大的經(jīng)濟效益。