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三菱Q00基本型PLC控制系统在轮胎设备中的应用

摘要:本文主要针对三菱Q00基本型PLC控制系统在轮胎设备中的应用展开了探讨，对胎面刺孔设备的组成及功能作了简介，并对软件控制系统的设计作了详细的介绍，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词:三菱基本型；PLC控制；轮胎设备
随着如今科学技术的不断发展，PLC控制系统的应用已是越来越广泛。而在轮胎设备的制取中，PLC控制系统的应用，不仅保障了轮胎设备的制取工艺质量，还提升了工艺的水平。基于此，本文就三菱Q00基本型PLC控制系统在轮胎设备中的应用进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
在橡胶轮胎生产工艺中，对于胎面厚度较大的轮胎规格，为了防止胎面在成型、硫化过程中产生气泡、鼓包现象，就需要用到胎面刺孔设备，以增加胎面的透气性能，提升轮胎的工艺质量。
1胎面刺孔设备组成及功能简介
1.1机械部分组成
胎面刺孔线全长3.2m，水平高度为1.05m，宽度约为0.8m，主要组成如图1。
1—地平面；2—胎面入传送带；3—刺孔支架；4—缓冲机构；5—气缸；6—刺针；7—定位孔；8—胎面出传送带；9—传送带电机；10—胎面入传送带
图1胎面刺孔线机械部分示意图
流程:轮胎胎面部件由“胎面入传送带”侧进入胎面刺孔线，位于“胎面入传送带”处的信号检测开关检测到胎面，驱动电机开始以一定频率正向(向左)运转，当运行距离达到要求时，PLC接收到传送带停止命令，“胎面入传送带”和“胎面出传送带”同时停止运行，此时，刺孔针在汽缸的驱动下向下移动，完成一次刺孔作业返回初始状态。
“胎面入传送带”和“胎面出传送带”又开始运行，以后按照此周期反复动作，直到完成一条胎面的刺孔。
1.2电气控制部分组成
1.2.1PLC选型依据
由于本控制系统点数输入输出点数较少，处于256点以下，程序容量小于8kstep，LD(梯形图)处理速度约0.2us，基本型QCPU就能满足本控制系统的需求，且本身自带RS-232接口可以最大115.2kbps的速率进行程序读写操作，因此综合参数后择优选择Q00JCPU最为适合。
1.2.2气缸选型
气缸品牌选用FESTO，由于现场压缩空气压力为0.7MPa，根据公式F=PS=PπR2，公式中F是所需要的输出力，P是系统压力，S是活塞面积，再考虑效率因素，我厂最厚的胎面在穿刺时约需要80kgf/cm2强度，故选用直径为100mm的FESTO气缸作为驱动元件。
1.2.3变频器选型
“胎面入传送带”和“胎面出传送带”各采用一个交流变频电机驱动，驱动功率为0.4kW，为了达到同步目的，变频器选用三菱FRE740-1.5K-CHT。采用“一拖二”的控制方式机型控制，达到同步控制的目的。在选型过程中主要考虑以下三点因素:
(1)变频器的额定电流必须大于或者等于两台电机额定电流之和；
(2)变频器应用于V/F控制方式，不采用矢量控制模式。
(3)电机与变频器的安装距离为3m，电机引线并联接入变频器的输出端。
所选用电机额定电流之和小于4A，变频器额定电流为4A，故所选型号完全满足现场工况情况。
1.2.4IO模块选定
根据现场控制系统的要求和设计结构的特点，PLC系列选用三菱QCPU(Qmode)作为控制系统，类型为Q00J。输入模块选用三菱QX40，输入点数16点。输出模块采用三菱QY10，输出点数16点。PLC编制程序时IO地址分配如表1。
表1胎面自动刺孔设备控制程序IO地址分配表
2软件控制系统设计介绍
该程序设计主要分为三大部分，一是急停控制部分程序设计，二是电源控制部分设计，三是连续刺孔程序设计。
2.1PLC主要参数设定
新建工程时选择PLC系列为QCPU(Qmode)，PLC类型为Q00J，IO响应时间为10ms，IO分配设置参数如表2。
表2控制程序IO分配设置参数表
设置完相关参数之后，针对输出模块QY10设置出错时输出模式为“清空”，这样保证设备正常运行。
2.2急停部分设计
考虑到设备运行过程中的安全防护，增加了急停和故障复位按钮，同时将变频器启动信号和急停开关常开点和PLC输出点串联在一起，保证绝对安全(硬件保护和软件防护同时起作用)。其主要优点是:当按下急停开关或者是出现故障报警信号之后，PLC会接收到输入信号，程序中断变频器启动信号，同时，外围串接的急停常开点被按下之后，电路处于开路状态，实现了物理线路的开路。故变频器启动信号被彻底断开，保证操作者的人身安全。设计流程如图2。
图2急停设计流程图
2.3电源控制部分设计
外围硬件线路按照接线规范进行连接，当设备硬件线路正常后，需要程序确认信号正常，各急停开关处于释放位置，并将X0D、X4、X5在程序中标注，操作人员确认后将设备操作开关旋转至“手动”位置，并按下“控制电源请求按钮”，此时，如果系统正常，则电源指示灯会导通。流程图如图3。
图3电源控制部分流程框图
2.4刺孔程序设计
2.4.1手动控制程序设计
由于考虑到设备动作的连续性和手动操作性，特设计两套程序，其一是手动操作程序，其二是自动连续刺孔程序。手动程序设计思路主要是考虑突发情况的处理，比如胎面输送出现中断，需要手动操作时调用。此时，操作者只需要将切换旋钮旋转至“手动”模式，旋下“打孔针向下旋钮”，气缸便会推动刺针向下运动。
2.4.2自动连续运行程序设计
为了提高刺孔效率，需要设计自动连续运行程序。操作时充分考虑安全因素，必须选择设备自动、连续打孔两个确认开关，当操作者按下自动启动按钮后，如检测开关检测到传送带上有胎面部件时，此时传送带在变频器的驱动下，驱动电机正向旋转，当旋转到位时(传送距离约为20cm)电机停止运转，此时刺孔装置自动向下运动，当刺孔装置到达指定位置后，气缸行程下位检测开关导通。此时，气缸在气源的驱动下返回初始位置，返回后气缸行程上位检测检测开关导通，自动条件又再次满足，允许传送带继续运行，传送距离到达约20cm时，完成下一个周期的打孔动作。程序设计动作流程如图4。
图4自动连续运行程序流程
2.5程序设计中遇到的主要问题
在程序编制过程中遇到最大的问题是胎面定位，由于该系统上线时间紧迫，且刺孔针间距较大，故在设计时没有考虑选用伺服电机。只采用交流电机进行变频驱动。程序编制试机过程中经过多次反复试验，发现不同种类、不同规格的胎面在连续自动刺孔中，传送带运行的时间约为3.2s，即一个刺孔周期为3.2s，因此在程序中按照时间跨度3s控制传送带的启停，完成一个周期的刺孔。经过编制后，完全满足了现场需求。通过最低成本控制，达到了最佳的使用效果。
3结语
综上所述，PLC控制系统在轮胎设备中的应用，可以在工艺质量提升的方面发挥不可估量的作用。因此，我们需要在实践中不断总结出经验，以更好的掌握PLC控制系统的应用技术，以为轮胎设备的制取带来帮助。
参考文献
[1]王宪、曾建平.PLC在轮胎配料称重控制系统中的应用[J].橡塑技术与装备.2008,34(9):61-63
[2]张敏.PLC在轮胎硫化机控制系统上的应用[J].轮胎工业,2006,26(8):495-497.

-全文完-