本文針對全鋼一次法成型機的系統(tǒng)組建、motion系統(tǒng)組成和說明、調(diào)試等方面進行全面地分析伺服
一、系統(tǒng)組建
  1、CPU的選擇；輪胎行業(yè)的自動化水平越來越高，精度和效率都能反映這臺設(shè)備的好壞，所以選擇CPU是非常關(guān)鍵的成型機 這臺設(shè)備需要的I/O點數(shù)很多，而且設(shè)備比較龐大，為了方便布線，選擇了遠程I/O模塊；所有的普通電機都需要速度控制，這都需要模塊指令信號，都需要遠程輸出模塊來控制；現(xiàn)場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)通過遠程輸出模塊，還有采集氣缸的動作位置，磁性開光的遠程輸入模塊成型機 以上所說，足見輸入輸出點之多成型機
  2、程序方面；分三大部分，手動、自動和報警，程序容量達到幾萬步，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)備要求的自動化水平高，現(xiàn)場用到22個伺服，筆者選擇了Q173DCPU,這里就不多說，這是本文講解的重點，在下面會逐一講解各個伺服。
  4、I/O點的選擇；輸入這里選擇了QX42 1個 ，QX41 1個；輸出選用QY10 2個，這些基本模塊都是柜內(nèi)需要的和設(shè)備現(xiàn)場就近需要的輸入輸出點，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，所以選擇了遠程輸入輸出模塊，通過三菱專用的網(wǎng)絡(luò)CC-LINK網(wǎng)，通過T型和Y型框架，把現(xiàn)場設(shè)備層連接起來。這里根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的工藝，選用了3個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，在滾壓胎圈時候需要高壓，在滾壓胎體時候需要低壓，也需要氣體比例閥，3通道，因此選用Q64AD 1個， Q64DAN 1個。
 7、基板的選擇；總共需要12個模塊，因此選擇Q312DB。

  8、人機界面的選擇；現(xiàn)場貼合側(cè)、成型側(cè)都需要人機界面來操作，考略到Q13UDEHCPU內(nèi)置ethernet功能，選用三菱GT1275-VNBA，2個。
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，自動化水平越來越高，尤其是現(xiàn)在這個知識社會，產(chǎn)品更新特別的快，就拿三菱的伺服來說吧，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，每一個產(chǎn)品的更新?lián)Q代，都是社會的進步，知識的進步，都標志著工業(yè)自動化水平進入了一個更高的水平。新產(chǎn)品的出現(xiàn)在性能上,包括處理的時間、運行的速度、人性化、穩(wěn)定性和壽命等各方面都是更優(yōu)越的。評價一個輪胎成型設(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(A鼓旋轉(zhuǎn)伺服、B鼓旋轉(zhuǎn)伺服、帶束鼓旋轉(zhuǎn)伺服、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)伺服、內(nèi)襯層供料架、內(nèi)襯層定長輸送、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沒有極限要求，其他的伺服電機都有極限保護，而且需要近點DOG信號)。

MT系統(tǒng)系統(tǒng)圖

　　考略到現(xiàn)場，伺服電機帶動負載有三種：一是，滾珠絲杠；二是，皮帶；三是，直接帶動的負載，像前兩種情況，負載運行時需要的扭矩會比較大，所以配以減速機，來降低速度，提高扭矩。在配盤安裝時候，最主要考慮的是，兩個主鼓伺服電機，各為11KW，所以外置制動電阻，在接線時要考略到，電阻發(fā)熱，盡量避開電器元件。根據(jù)現(xiàn)場的電機安裝，也考略到編程的活性，現(xiàn)場分了4個主柜體：電源柜、plc控制柜、大功率伺服柜、小功率伺服柜，針對配上貼合側(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)備運轉(zhuǎn)起來，電器元件散熱問題，另外專門配置了2臺空調(diào)，來創(chuàng)造一個恒溫的控制環(huán)境。

三、現(xiàn)場調(diào)試
  1、調(diào)試的步驟
     第一步：調(diào)試前，把放大器、變頻器、遠程模塊的站號、波特率撥好，檢查主回路和控制回路接線有沒有錯誤，以及機械有沒有到位。確認完畢后，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的要在一個區(qū)域內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)號一致，站號不同，以下是與1號CPU(192.163.3.39)和2號CPU的通信。

PC機與1號和2號CPU通信圖

     第三步：打點。現(xiàn)場的輸入輸出點根據(jù)plc反饋的狀態(tài)進行與圖紙進行確認。防止在接下來的手動動作中誤動作。
     第四步：手動自動編程。
     1)、安全性及保護：由于現(xiàn)場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，22個伺服中，其中13個伺服都通過J3-CN1插頭，把左右極限和零點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)伺服電機移動的安全開關(guān)都起到立即停止伺服電機的作用。
     2)、回零的問題：22個伺服只用到兩個單位，deg和mm。這都是根據(jù)現(xiàn)場實際情況而設(shè)定的，比如A鼓是旋轉(zhuǎn)的，所以選擇deg為單位；后壓車前進后退是靠伺服通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠來實現(xiàn)前進后退的，所以采用mm為單位。

1~9軸固定參數(shù)、原點回歸、JOG運行數(shù)據(jù)

10~18軸固定參數(shù)、原點回歸、JOG運行數(shù)據(jù)
　　另外19到22軸，這四軸是單獨控制四個激光燈用的。
    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CPU之間的刷新數(shù)據(jù)軟元件名稱可以一致(motion中每個伺服電機的狀態(tài)信號和指令信號是固化的，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1號和2號分別進行軟元件設(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1號和2號分別進行軟元件設(shè)置。
    4)、1#和2#CPU 之間是怎么進行交互的，點動的數(shù)據(jù)，伺服SFC程序的啟動，以及在SFC程序中速度的改變，定位的實現(xiàn)。
    首先1#CPU把伺服運行的指令；伺服電機定位需要的位置，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把伺服電機固化的狀態(tài)信號；各個軸的運行狀態(tài)；伺服電機點動需要的速度；伺服電機的當前值；sfc中運行的中間變量。

伺服電機點動需要的速度刷新
    上圖中的點動速度都是通過在觸摸屏(GT1275 )設(shè)定的，通過plc運算刷新給motion，讓伺服電機按設(shè)定的速度進行點動運行。
    下圖是后壓車三伺服同步控制的原理，通過plc特殊的啟動指令來執(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

   在自動步驟中，通過指針的調(diào)用，來實現(xiàn)自動步的順控執(zhí)行。每一個指針中用到2#CPU中的sfc程序，只需要通過專用的指令調(diào)用即可，伺服電機執(zhí)行完sfc程序后，用結(jié)束完成的指令再去執(zhí)行下一個指針對應(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)行完成一個循環(huán)，現(xiàn)場就完成了一連串的動作。條件滿足，以此循環(huán)。以下框圖是自動步中調(diào)用的sfc程序的結(jié)構(gòu)。

                 
自動步中調(diào)用sfc程序
    上圖第一步中，通過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。就是通過這樣來實現(xiàn)自動化的。

四、報警監(jiān)控和維護
　　在調(diào)試中，經(jīng)常出現(xiàn)報警，有些報警是外圍造成的，比如外圍接線造成，這時需要在斷電情況下，去排查故障，比如現(xiàn)場急停沒有拍下，但是plc顯示設(shè)備處于急停狀態(tài)，這時就需要去檢查急停的線路，某處有斷開。還有伺服放大器經(jīng)常報警16或者25，這就需要去檢查編碼器有沒有插好或者有損害；經(jīng)常還會出現(xiàn)報10，這就是欠壓造成的，需要用萬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)伺服放大器的報警代碼和plc監(jiān)控狀態(tài)去排查即可。而對于像伺服放大器運轉(zhuǎn)中突然停止和不執(zhí)行伺服程序，就需要在MT-developer 2中進行監(jiān)控，根據(jù)伺服電機的運行狀態(tài)和報警代碼去相應(yīng)的修改程序或做其他的處理，以下是在現(xiàn)場中遇到的一個例子：

   
MT 軟件監(jiān)控出現(xiàn)的重度錯誤代碼1201

   
1201報警代碼顯示

　　報警顯示內(nèi)容7條，逐一排查，找到了問題的根本原因：在伺服進行絕對定位時候，執(zhí)行了原點回歸，但是中間斷電了不知道，在執(zhí)行伺服電機定位時候，發(fā)現(xiàn)伺服電機沒有執(zhí)行。根據(jù)報警代碼逐一排查，最后知道放大器忘記裝電池。想一下可能是因為調(diào)試緊迫，忘記裝電池。裝上電池，重新找零點，再次斷電后，不會出現(xiàn)零點丟失問題了！所以根據(jù)MT監(jiān)控的伺服電機數(shù)據(jù)(比如當前值、速度等)和報警代碼的顯示迅速找到問題的原因，讓調(diào)試更迅速，非常的方便靈活。
五、維護
　　伺服電機在長時間的運行過程中，往往由于自身所帶的機械(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，導致伺服電機發(fā)出吱吱的叫聲，而且不是連續(xù)的，時好時壞。在這次全鋼一次發(fā)成型機調(diào)試中，A鼓和B鼓在應(yīng)用一段時間后，兩個電機都是11KW的伺服電機，發(fā)出吱吱叫聲，聲音很刺耳，而且在貼合內(nèi)襯層和胎體時候，所需要的速度是不一樣的，胎體貼合完成還要手動滾壓，需要很快的旋轉(zhuǎn)速度，伺服電機發(fā)處很大的叫聲。在成型時候，后壓成進行胎圈、胎面、胎體滾壓，伺服電機旋轉(zhuǎn)時候還要受到了壓力，時刻的在變化，電機就發(fā)出奇怪的叫聲，有事就直接過載報警，而停止工作。針對以上情況，筆者對伺服電機進行了優(yōu)化，與現(xiàn)場相適應(yīng)。
   通過伺服設(shè)置軟件MR-Configuraor2進行調(diào)節(jié)如下：
     PA08--自動/手動模式選擇
     PA09--自動調(diào)諧相應(yīng)特性
     PB06--伺服電機的負載慣量比
     PB07--模型換增益
     PB08--位置環(huán)增益
     PB09--速度環(huán)增益
     PB10--速度積分補償
   首先，先進行自動調(diào)諧PA08=1，不斷的調(diào)節(jié)PA09的數(shù)值，發(fā)現(xiàn)電機發(fā)出的聲音不是很頻繁了，但是進過多次的觀察，筆者發(fā)現(xiàn)，每當A/B鼓速度變化時候，伺服電機就會發(fā)出響聲，慢慢的適應(yīng)這個狀態(tài)就不在叫了。由于輪胎的鼓是時刻變化速度的所以自動調(diào)諧模式不行。通過多次把自動調(diào)諧時的模型環(huán)、位置環(huán)、速度環(huán)增益的數(shù)值多次比較，最后改為手動調(diào)諧，PA08=3，一下是筆者在手動調(diào)諧時候，通過MR-Configuraor2軟件進行調(diào)整的圖，如下:

      
手動調(diào)諧
   通過不斷的修改PB06、PB07 、PB08 、PB09、PB10的數(shù)值，找到一個合適的，最后把這些修改的數(shù)值傳進去，重新斷電后，伺服電機重新達到了穩(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)
   如今這樣一個大項目從開始投入計劃，經(jīng)歷配盤接線、現(xiàn)場電氣安裝、調(diào)試、初步運行生產(chǎn)、項目運行生產(chǎn)驗收，到最后的維護，總共需要3個月。項目運行時為全自動過程，現(xiàn)場只需要三個操作工：貼和鼓側(cè)(主機側(cè))、帶束鼓側(cè)(輔機側(cè))、成型和修胎側(cè)。主機側(cè)負責貼合胎側(cè)、內(nèi)襯層、包布、胎體、鋼絲圈、墊膠工序，做好胎胚，然后通過AB鼓伸縮旋轉(zhuǎn)進入成型工位；輔機側(cè)負責貼合1、2、3、4層帶束層和胎冠，和主機側(cè)的胎胚一起進行中鼓充氣成型，然后進行后壓滾壓，最后機械手夾持卸胎、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，這是他們所做不到的，最主要是在自動化的水平上，設(shè)備運行以來非常的穩(wěn)定，比其他系統(tǒng)每個班次能多出10個輪胎，一天就多出30個，這是相當可觀的，也是無法替代的。