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工程硕士学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造 ( 中文摘要) 贵轮三分厂的老工程胎胎面缠绕生产线于1 9 9 8 投入生产，工艺特点为冷喂料、 热挤出胶条、冷缠绕层贴法缠绕胎面。 该生产线的电气控制系统是典型的基于p l c 控制的机电传动控制系统，它包 括：由1 2 0 挤出机的直流调速控制系统，缠绕联动线( 压型辊、冷却鼓和缠绕鼓) 的交流交频调速系统和缠绕移动平台的交流伺服控制系统以及外部的继电器接触 器控制系统。 由于原设计的缺陷、设备磨损或功能失效等，该线曾出现6 个影响胎面缠绕 产、质量的问题：直流调速系统电气故障多，原p l c 老化、l ，0 点损坏较多且缠绕 配方号太少( 3 个) ，无人机操作界面，胶条断面尺寸和缠贴效果不满足工艺质量 要求，速度慢、生产效率低等。本文给出并实施了解决这些问题的技术改造方案： 新设计基于f x l np l c 控制的机电传动电气控制系统，改进胶条成型的口型尺寸及 辊压装置。 技改过程中，改进了直流调速系统的调速方式，增大其输出功率：新配置了 三菱f x j n - 4 0 m t 微型p l c 及扩展模拟单元的软硬件系统 重新设计了交流变频调 速系统和交流伺服控制系统；最新采用f 9 4 0 g o t 彩色操作终端作为人机操作界面， 与p l c 通信，实现数据转换、状态显示和开关软元件化等功能；使用编程软件g x d e v e l o p e r 和g td e s i g n e r 软件设计胎面缠绕用户程序，将缠绕配方号由3 个增加 到2 0 个以上( 可达2 5 个) ，最大程度地开发了p l c 的数据区的数据处理能力；最 新应用红外线光电开关测控缠绕胶条供料的连续性；完善了鼓保护功能；改进了 机头口型并增加双辊筒胶条压片机，由压型辊口型决定胶条的断面尺寸：改三辊 贴压装置为五辊贴压装簧，增大辊压压力，改善了缠绕胎面的辊压效果。 技改后的控制系统具有自动化程度高、定位准确无抖动、中文操作界面直观 方便、数据安全性高、运行稳定和硬件结构比原有系统简洁等特点。 实践证明，上述改进，完善了p l c 控制系统的自动控制功能，改善了缠绕胶 条的几何形状和胎面的致密性等。将工程胎胎面缠绕的一次合格率由9 0 以下提高 9 8 以上f 生产能力由缠1 2 个胎胚提高到缠2 0 个胎胚8 h ，每年可提高产值1 6 ， 8 0 0 ，0 0 0 元以上：节约备件费用约1 6 ，6 0 0 元。不仅达到提质、降耗、增产、节 约成本的目的，而且整体上提高了工程胎胎面缠绕线的稳定运行水平。 关键词：p l c ；彩色操作终端；直流调速；交流变频调速；伺服控制。 中国分类号：t q 3 3 0 4 6 r e n o v a t i o no fo t r s t r i pw i n d i n gt r e a dl i n e a b s t r a c t ：t h eo t r s t r i pw i n d i n gt r e a dl i n eo ft h et h i r ds u b f a c t o r y , g u i z h o ut i r e c o m p a n y l t d w a sp u ti n t ou s ei n1 9 9 8 ，c h a r a c t e r i z e db yc o l df e e d ，h o te x t r u d e ds t r i p a n dc o l dw i n d i n gl a y e r - b y - l a y e rw i n d i n gt i r eu e a d t h ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mo ft h e p r o d u c t i o nl i n e i sat y p i c a lp l c - b a s e d e l e c t r o m e c h n n i c a lt r a n s m i s s i o nc o n t r o ls y s t e m i tc o n s i s t so fd cs p e e dr e g u l a t i n g c o n t r o ls y s t e mo f 由1 2 0e x t r u d e r , d cs e r v oc o n t r o ls y s t e mo ft h ew i n d i n gi n t e r - l o c k ( p r o f i l i n gr o l l ，d r a mc o o l e r , w i n d i n gd r u m ) a n dt h ee x t e r i o rr e l a y c o n t a c tc o n t r o l s y s t e m o w i n gt ot h ef a u l t so f l h eo r i g i n a ld e s i g n ，w e a r i n go fe q u i p m e n ta n dm a l f u n c t i o n ，s i x p r o b l e m si n f l u e n c i n gt h eo u t p u ta n dq u a l i t yo ft r e a dw i n d i n gp r o d u c t i o nh a v e o c c u r r e dt ot h el i n e t h e r ea r e al o to fe l e c t r i c a lm a l f u n e t i o n sf o rd cs p e e d i n g g o v e t o i n gs y s t e m ，t h ea g i n g o ft h eo r i g i n a lp l c ，m a n y ! ot e r m i n a id a m a g e sa n dt o o f e ww i n d i n gr e c i p en u m b e r ( 3 ) ，l a c ko fo p e r a t i o ni n t e r r a c eb e t w e e nh u m a na n d m a c h i n e ，t h et r e a dc r o s ss e c t i o nd i m e n s i o na n dt h ew i n d i n ga n dp a s t ee f f e c tn o t s a t i s f y i n gt h ed e m a n d so ft e c h n o l o g ya n dq u a l i t y , l o ws p e e da n dp o o re f f i c i e n c ye t c t h i st h e s i se l a b o r a t e sa n dh a se x e c u t e dt h et e c h n o i o g i c a lr e n o v a t i o na l t e m a t i v et o s o l v et h e s ep r o b l e m s ：l h ee l e c t r o m e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do nf x l np l c h a sn e w l yb e e nd e s i g n e d t h ed i m e n s i o na n dr o l l i nd e v i c eh a v eb e e ni m p r o v e d t h et e c h n i q u er e n o v a t i o nh a si m p r o v e dt h es p e e dr e g u l a t i n gm o d eo fd cs p e e d r e g u l a t i n gs y s t e m a n di n c r e a s c di t so u t p u tp o w e r ；t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r es y s t e m o fm i t s u b i s h if x m - 4 0 m tm i n i t y p ep l ca n de x p a n d i n ga n a l o g u eu n i t sh a v eb e e n a d d e d ；a cf r e q u e n c yc o n v e 娼i o ns p e e dr e g u l a t i n gs y s t e ma n da cs e r v oc o n t m l s y s t e mh a v eb e e nn e w l yd e s i g n e d ；f 9 4 0 g o t l o to p e r a t i o nt e r m i n a lh a sb e e n a d o p t e d a st h eh u m a nm a c h i n eo p e r a t i o ni n t e r f a c et or e a l i z et h ef u n c t i o n so f c o m m u n i c a t i n gw i t hp l c ，c o n v e r s i o no fd a t a , d i s p l a y i n go fp h a s e sa n ds o f t c o m p o n e n tc o n v e p 3 i o n ：p r o g r a m m i n gs o f t w a g e so fg xd e v e l o p e ra n dg td e s i g n e r 8 r ea p p l i e dt od e s i g nt r e a dw i n d i n g su s e rp r o g r a mt o e n l a r g et h ew i n d i n gr e c i p e n u m b e rf r o m3t o2 5s oa st od e v e l o pt h ed a t ah a n d l i n gc a p a c i t yo fp l c sd a b m e m o r yt ot h eg r e a t e s t ；i n f r a g e dr a yp h o t o e l e c t r i cs w i t c h e sa g ea d o p t o dt om e a s u r e a n dc o n t r o lt h ec o n t i n u i t yo fw i n d i n gs t r i pf e e d i n g ；t h ef u a c t i o no fd r u mp r o t e c t i o n h a sb e e np e r f e c t e d ：t h eo r i f i c eo ft h ee x t r u d e rh e a di si m p m v e da n dd o u b l er o l l e r r u b b e rs t r i ps h e e t e rh a sb e e na d d e d ，a n dc r o s ss e c t i o nd i m e n s i o no fs t r i pi sd e t e r m i n e d b yr o l l e rf o r m e r so r i f i c e ；t h et h r e em i l e rp a s t ep r e s s i n gd e v i c eh a sb e e nt r a n s f o r m e d i n t of i v er o l l e rp a s t ep r e s s i n gd e v i c et oi n c r e a s et h er o l l i n gp r e s s u r es oa st oi m p r o v e t h er o l l i n ge f f e c to fw i n d i n gt r e a d a f t e rt e c h n i q u er e n o v a t i o n ，t h ec o n t r o ls y s t e mi sc h a r a c t e r i z e db yh i g hd e g r e e a u t o m a t i o n ，p r e c i s ea n dn o - j o g g l i n go r i e n t a t i o u ，v i s i b l e a n dc o n v e n i e n tc h i n e s e o p e r a t i o ni n t e r f a c e ，h i g hd a t as e c u f i t y s t a b l er u n n i n ga n ds i m p l e rh a r d w a r es t r u c t u r e c o m p a r e dw i t ht h eo r i g i n a lo f l e ，e t c i ti sp r o v e dt h a tt h ea b o v ei m p r o v e m e n th a sp e r f e c t e dt h ea u t o m a t i cc o n t r o lf u n c t i o n o fp l cc o n t r o ls y s t e m 。h a sb e t t e r e dg e o m e t r i c a ls h a p e st h ec o m p a c t n e s so ft h et r e a d ， e t c a sar e s u l t t h ef i r s tp a s sp e r c e n t a g eo f0 t r t i r et r e a dw i n d i n gh a sb e e np r o m o t e d f o mb e l o w9 0 t oo v e r9 8 ：a n dt h ew i n d i n gp r o d u c t i o nc a p a c i t yh a sb e e n i m p r o v e df r o m1 2t i r e s ht o2 0t i r e 8 hw i t ha n n u a io u t p u tv a l u ei n c r e a s eo v e r1 6 8 m i l l i o nr m by u a na n dw i t hs p a r ep a r tc o s ts g v i n go v e r1 6 , 0 0 0y u a nr m b i tn o t o n l ys a t i s f i e st h et a r g e to fq u a l i t yi m p r o v e m e n t ，c o n s u m p t i o nr e d u c t i o n ，y i e l d i n c r e a s e ，a n dc o s ts a v i n g ，b u ta l s oi m p r o v e st h es y s t e mr u n n i n gs t a b i l i t yo ft h eo t r s t r i pw i n d i n gt r e a dl i n eo nt h ew h o l e k e yw o r d s ：p l c ：c o l o ro p e r a t i o nt e r m i n a l ；d es p e e dr e g u l a t i o n ；a cf r e q u e n c y c o n v e r s i o ns p e e dr e g u l a t i o n ；s e r v oc o n t r o l 附：学位论文原毡1 性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：纽殓 e l 期：2 q qz 生复月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：奎垃导师签名：立扛鸷日期：垫丐l 赳 工程硕士学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 前言 0 概述 随着汽车制造业及汽车运输的迅速发展，轮胎工业得到了有力发展。轮胎至 今仍是理想的地面行驶器材，已成为各种与地面接触的运输、作业机械设备中不 可缺少的一种产品。l 工程轮胎主要用于矿山或农林业的施工工地作业，因而在性能上要求其牵引、 通过性好，耐磨、耐刺扎正是由于工程轮胎的使用条件一般比较恶劣，因此工 程胎具有结构尺寸大、帘布( 缓冲层、钢丝) 层数多、胎面厚和重量重等特点； 其制造工艺也有别于普通小型的斜胶轮胎和钢丝子午线轮胎 工程轮胎在矿山、工地等不同使用条件下，轮胎承受的负荷和所受的应力均 较大，胎面及花纹的性能各异 工程胎胎面直接与地面接触，在设计上要求【期孵 搠7 l ：胎面上层胶必须有良好的耐磨性，耐刺扎能力及抗疲劳裂口能力；胎面下层 胶承受较大的剪切应力，特别在胎肩部位，是轮胎应力最大的部位，生热高、散 热困难，因此要求胎面下层胶有良好的耐热性能，在较高温度下也能保持优良的 物理机械性能，并且抗剪切能力强，回弹性大，生热低、与缓冲层粘合力强，对 胎侧胶的主要要求是应具有良好的耐屈挠性、耐老化性。可以说胎面的胶料性能、 结构和制作工艺很大程度上决定了工程轮胎胎面的综合性能。 正是由于大规格工程轮胎的胎面重、几何形状复杂多变，故其胎面最好采用 缠绕法层贴，相应的工程轮胎胎面缠绕生产线有机外缠绕与机内缠绕两种方法。 这样可以避免传统的层贴法和套筒法存在的不足：胎面块数多、接问及拼接处多， 容易出现接头部位窝藏空气等质量问题。 1 选题背景 贵州轮胎股份有限公司是一家大型国有控股轮胎生产企业。1 9 9 6 年在深圳公 开发行股票成为国内轮胎行业第二家上市公司。目前，在世界7 5 家最大轮胎企业 中排名第3 4 位。具有先进的轮胎生产设备、现代化的检测手段和完善的质量管理 体系。公司产品销往北美、欧洲、中东、东南亚、非洲等几十个国家和地区。 贵州轮胎股份有限公司三分厂是根据贵轮发展战略需要和市场需求于1 9 9 6 年投资兴建的。其工程胎生产工序复杂，设备品种齐全。控制系统较为复杂，工 艺技术日趋完善。 成型后的工程轮胎胎胚，多采用胶条缠贴法上胎面，实现缠贴的胎面外观形 状可程序控制、胎面的致密性好等优点，这些优点必须借助性能完好的胎面缠绕 工装设备和电气控制系统来实现。 目前，国内外有很多轮胎生产设备的设计制造商，国外如m c n e i l n p , m 公司 等，国内如天津赛象科技有限公司、桂林橡塑机械厂等。这些厂家不断开发、研 制生产轮胎的机械设备及电气控制系统，在开发电气控制系统时，广泛应用了基 于微机技术的工业控制装置一p i , c 可编程逻辑控制器作为核心控制部件。用户程序 采用梯形图、语句表或流程图s f c 编写，软硬件系统配置都比较通用和方便；但 国外的m c n e i l n r m 公司有自行开发的单板机控制器件，用户程序采用汇编语言 t 程硕i 二学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 编程，其数据存储区容量大( 1 5 m ) ，不存在配方数据存储区不够用的问题：软、 硬件配置和程序编制很独特l 尽管电气控制系统的核心控制器件各有千秋，但由于生产过程的逻辑动作与 被控量是确定的，因此各厂家制造的工程轮胎胎面缠绕生产线一般包括：销钉螺 秆挤出机、压型辊、冷却鼓、传输带( 导向架) 、贴压轮和缠绕鼓等机械装置。相 应的电气控制系统多采用p l c 控制系统。工艺过程：热炼、混炼后的宽胶片由挤 出机挤出。经压型辊挤压成扁平梯形状的窄胶条，然后经冷却鼓冷却，输送到贴 压轮，致缠绕鼓处层贴缠绕。 2 课题的来源 贵州轮胎股份有限公司的第一条国产工程胎胎面缠绕生产线于1 9 9 7 在贵轮三 分厂投入生产。设计之初，该线仅实现对2 3 5 2 5 系列3 种规格工程胎胎胚的胎面 进行胶条层贴缠绕法。 由于设计缺陷、设备磨损和老化、生产任务增加导致设备现有生产能力不足 以及工程胎工艺的成熟和生产任务的加重等原因，贵轮三分厂的国产由1 2 0 挤出机 和胎面胶条缠贴生产线曾存在的问题如下： 挤出机直流调速控制系统的速度波动较大、直流电机拖动能力不足等导致巾 1 2 0 挤出机系统难以挤出硬度大的胶料、销钉易损坏； 电子称对单位胶条的重量控制功能已失效，胶条输送过程的前后段张力匹配不 好，容易断胶。 挤出机口型尺寸不合理，胶条过厚、断面不符合工艺要求：压型辊口型尺寸不 合理，压出的胶条过厚，断面不能满足工艺质量的要求； 无“断胶条”自动检测、控制生产线启停功能，当操作人员发现“断胶条”不 及时，会引起“空缠”现象，即缠贴程序在执行却没有胶条缠贴到缠绕鼓上， 这不但会影响胎面缠绕外观质量，还降低了生产效率，而且因手动补胶增加了 操作工人的劳动强度； 缠绕鼓收拢胀开的限位保护功能因设计不足而失去作用，导致缠绕鼓的伸缩 支架的销钉易过载断裂： 问题导致胎面缠绕线的胶条缠贴处压不实，有大气泡、气孔和肩空等工 艺质量问题。 p l c 逻辑控制系统的数据存储区开发能力不足，导致单机缠绕数据配方号数量 有限，不利于多规格胎胚的缠绕：也没有人机接口画面。不便于集中管理 该生产线已不能满足工程胎缠绕胎面工艺质量的要求和产量的提高， 本课题正是为提出、分析、解决上述生产实际问题而产生，通过对国产工程胎 胎面缠绕生产线的电气控制系统和部分工装设备进行技术改进，以提高工程胎胎 面缠绕的产、质量。 解决问题的方案( 技术改造方案) ： 改进由1 2 0 挤出机电气控制系统。 改进巾1 2 0 挤出机的机头出胶口型尺寸 去掉运输带和电子称，增加双辊筒胶条压片机，重做一套五辊贴压机代替原缠 2 _ t 程硕：学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改遗( 李政敏) 贴辊贴压装置。增加浮动杆和线性开关检测控制缠绕速度，实现挤出机与缠绕 机的胶条张力调节。 重新设计p l c 逻辑控制系统，改造整套电气控制系统。增加双辊筒胶条压片机 变频调速系统l 增加五辊贴压机的电气控制系统，提高胶条缠贴处的辊压压力。 新增操作终端( 触摸屏) 。 增加“断胶”自动检测控制装簧，完善缠绕鼓“收胀”限位功能。 开发p l c 的数据处理能力。增加缠绕配方数据个数 3 课题的意义 本课题属于企业技术改造项目，与生产实践紧密结合，课题的研究和实施可 以解决工程轮胎胎面缠贴过程中的工艺质量问题、完善工艺过程。提高设备出力 率，提高劳动生产率，降低操作工人的劳动强度、节约维修费用等。所以本课题 有实用价值和研究意义。 工程硕士学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 第l 章工程轮胎胎面的制造工艺、特点及设备控制系统简介 1 1 工程轮胎的制造工艺 贵轮三分厂工程胎生产工艺流程2 8 ”荨。1 朔7 1 如下： 胶囊制造机硫化 钢丝圈制造 l 裁颤、贴合 胎面压片 罐硫化 热卜熹型 水胎制造l 打眼t 罐硫化i 司 一 图1 1 工程胎生产工艺流程图 工程胎胎面缠绕属于轮胎半成品制作工序。工程轮胎胎面缠绕生产线有机外 缠绕与机内缠绕两种方法。前者的生产效率远高于后者。 1 2 工程轮胎胎面缠绕的工艺特点 贵轮三分厂国产工程胎胎面缠贴生产线采用胎面冷缠绕法且为机外缠绕的工 艺。胎面缠绕法是用冷喂料由1 2 0 销钉机简螺杆挤出机热挤出胶条，胶条经运输带 传送和电子称重仪称重后、缠绕到冷却鼓上冷却、再牵引到三辊贴压机，最终送 到缠绕鼓上缠贴成具有一定几何形状和重量的胎面。 图1 2 技改前老国产工程胎胎面缠绕生产线的工艺流程示意简图 说明：工程胎胎面缠绕的关键工艺参数为：胶料的性能与规格、胶条的几何尺寸、 缠绕胎面的重量和断面质量等j 关键的被控量为：挤出机的螺杆转速、转矩、电 流，胶条在前后段的传送速度( 张力调节) 、缠贴辊的辊压压力、缠绕移动平台的 位置控制等、胶条供胶的连续性等：缠绕线的线速度在范围为0 0 5 米，分钟。 1 3 设备简介。 由图1 2 知，技术改造前，三分厂老国产工程台胎面缠绕生产线的工装设备 与控制系统主要构成如下： 4 _ 程硕士学位论文 三堡竺堕堕堕丝竺兰兰竺塑垦望! 童坚竺! 主机部分：机械构件由由l2 0x1 4 d 销钉机简冷喂料挤出机、带传动装置及 温控装置构成；电气控制系统由7 5 k w 直流电机、英国c t 直流调速器等构成的直 流调速控制系统和温控系统构成。 胶条缠贴联动线：机械部件主要由运输带装置、双冷却鼓、导向轮装置、缠绕 站、三辊贴压装置、缠绕鼓装置组成：缠绕电气控制系统由日本三菱f x 2 n 一1 2 8 m t p l c 、电子称称重仪、伺服电机与饲服控制器、三相异步电动机及三菱f rh 2 0 0 型 变频调速器等构成 由于设计缺陷、设备磨损和老化、生产任务增加导致设备现有生产能力不足， 贵轮三分厂的由1 2 0 挤出机和国产胎面胶条缠贴生产线出现了故障多、胎面工艺质 量差，生产效率低下等问题，正如绪论中所提及的那些主要问题；对这些问题的 解决方案，具体实施的理论依据和详细内容有待后续章节的介绍 t 程颂e 学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 第2 章可编程逻辑控制器与f 9 4 0 g o t 彩色操作终端的简介与应用 本章简要介绍p l c 的定义、特点及软硬件构成等，说明技术改造对p l c 选型 的依据：根据工程胎胎面缠绕线的工艺过程和被控参量。确定选用日本三菱f x l n 系列p l c 为技改后的电气控制系统的核心控制器件，并重点介绍了f x i n - 4 0 m t 的 特点、性能指标及编程软件g xd e v e l o p e r 和g td e s i g n e r 的应用；新采用三菱 f 9 4 0 g o t 彩色操作终端作为电气控制系统的人机操作界面，与p l c 通信，可实现数据 转换，状态显示和开关软元件化等功能。 2 - l 可编程控制器的定义及特点雌氮1 嗍 2 1 1 定义 p l c 可编程序控制器：p l c 英文全称p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ，中文全称 为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应 用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算， 顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入， 输出控制各种类型的机械或生产过程；是一种采用微电脑技术的工业控制装置。 2 1 2 特点 1 高可靠性 三菱f 1 、f 2 系列可编程逻辑控制器的平均无故障时间可达3 0 万小时，在可 编程控制器使用中发生的故障。大部分是由可编程控制器外部的开关、传感器、 执行器引起的，而不是其本身发生的。 实际应用中，可编程控制器发生故障的原因有外因和内因两种：外因主要是 由电磁干扰、辐射干扰以及电源线、输入输出线路的干扰，环境温度、粉尘、有 害气体、湿度等的影响，振动、冲击引起器件的损坏、短断路等：内因主要是元 器件的老化、失效，存贮信息的错误、丢失，程序分支、条件判别的错误，信号 采样周期与扫描周期的冲突，甚至运行进入了死循环等。 针对这些故障，p 薹。c 主要从软件及硬件两方面来解决可靠性问题。 在硬件方面，首先是选用优质器件，再就是设计合理的系统结构，加固、简 化安装，使其易于抗冲击，对印刷电路板的设计加工及焊接工艺都做到严格要求。 并且还采用了如下独特的方式： 所有输入输出电路都采用光电隔离，做到电浮空：输入二次侧电路还采用 了r c 阻容滤波，调节信号的响应延滞时间i o m s 左右。无论是抗干扰还是接地都 很有好处。 各i 0 端子除了采用常规的模拟量滤波外，还采用了数字滤波。 内部电路采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。 采用较先迸的电源电路，可防止由电源电路串入的干扰。 采用合理的电路程序，一旦某模块有故障，在线插拔、调试时不会影响整 机的f 常运行。 在软件方面采取了如下措施： 设置了警戒时钟w d t 。可编程控制器运行时，如果程序出现了死循环。通 6 t 程硕l 学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 过对w d t 定时刷新，就能立即跳出重新启动和报警。 为避免由于程序出错而错误运行，每次扫描时都对程序进行检查和校验， 一旦程序出错就立即报警并停止运行。 对程序及动态数据进行电池后备，停电后p l c 运行停止，可是有关状态和 信息因不会丢失。 随时对c p u 等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警，程序中还设置了 对用户程序电路查错报错的程序，错误的参数或程序是不能运行的。 正是由于p l c 采取了上述可靠性措施，是用户首选用的依据。 2 编程方便，易于使用 可编程控制器用户程序的编程语言有三种：梯形图，语句表和s f c 流程图。 其中，梯形图与实瞬电路接线图非常接近，易懂易编；在硬件方面无论是接线还 是配置都很方便，只用螺丝刀和万用表即可完成接线工作，而不需要自制很多接 口电路，通常在实验室编程、模拟调试后，在现场很快就能安装调试成功。 3 环境要求低适用于恶劣的工业环境，是工业环境的智能机器人。 4 与其他装置配置连接方便。 可编程控制器的接口原则是使外部接线、电平转换尽量少。 对开关量。输入可以是无源触点开关或集电极开路晶体管输出：输出有继电 器、可控硅、晶体管等各种形式，可直接接各种不同类型的执行元件或显示元件 ( 如接触器、电磁阀、指示灯等) 。 对模拟量，只要模拟信号电平在一定的范围内( 通常为1 0 v 或2 0 m a ) ， 就可以按要求自由设簧转换特性，而不需另加电平转换。另外，还有热电偶直接 输入的a d 转换器等智能接口单元。 对于各种显示、音响输出更是以最方便的形式提供接口。 对于数据通讯，只须同轴电缆和普通r s 2 3 2 或r s 4 2 2 接口即可，不必由用户 考虑波特率及通讯规程等具体设置问题。 2 - 2 可编程控制器的工作原理及构成 2 2 1 工作原理 p l c 采用循环扫描工作方式，整个工作过程分为五步：自诊断、与编程器计 算机等通信、读入现场信号、执行用户程序、输出结果。从输入到输出的整个执 行时间叫做1 个扫描周期时问。p l c 的工作过程如下图2 i ： 鼢断h 篇篙信h 裟h 篙剿群 卜_ h 卜h 卜_ h 卜州 il 计算机等通信ii 场信号il 户程序ll 结果 荫2 - 1p l c 工作过程框图 一个扫描周期t 的计算晡撕1 ： t = ( 读入一点时间x 输入点数) + ( 运算速度x 程序步数) + ( 输出一点时间 输出点数) + 故障诊断时b j 而普通微机一般是采用等待命令( 键盘扫描或i 0 扫描) 的工作方式。 7 t 程硕j ：学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 2 2 2 硬件构成i ”】 i 习 ( 一) 单板机( c p u 板)包括：中央处理器c p u ；存贮器r a m 、r o m 并行 接口p i o 串行接口s l o 时钟c t c 。作用：对整个可编程控制器的工作进行控制， 一是对系统迸行管理，如自诊断，查错、信息传送时钟、计数刷新等，二是根据 用户程序执行输入输出操作、程序解释执行操作等。 当可编程控制器的运算速度越高、信息处理量越大时，c p u 的位数增多。 单板机中的存贮器主要用于存贮系统监控程序及系统工作区间，并生成用户 环境。其容量的大小取决于系统的工作能力及系统程序的质量。 串行接口和并行接口是用于c p u 与接口器件交换信息的，它的数量取决于系 统规模的大小。 单板机中的定时器与计数器是用来产生系统时钟和用户时钟信息的，尽管一 台单板机上的c t c 数量有限，但经过系统监控程序处理后，可以产生几十个甚至 上百个相对独立的计数器和定时器。 ( 二) 输入接口电路 1 输入信号的分类：开关量、数字量和模拟量。 2 数字量与开关量的分类与接法：直流输入和交流输入两类，并有相应的接口电 路。实际操作时，注意直流输入信号有源型( 共 + 端) 和漏型( 共 一 端) 两种 接线方式：对源型机，将公共端与【o v 相连：对漏型机。将公共端与 + 2 4 v 联接； 输入电路的1 次电路与2 次电路一律采用了光电耦合器隔离；输入信号的灵敏度 为d c2 4 v7i l i a ，实际启动时大于4 5f i l a ，确实关断时小于1 5i i i a 。 3 模拟信号的接口电路：模拟量信号可通过小型可编程控制器自带的模拟量输 入输出单元接入可编程控制器系统，也有专用的将模拟信号直接接在基本单元右 边扩展总线上的特殊功能模块( 对三菱f x 系列p l c ，有模拟量输入单元f x - 4 a d 和 f x 一4 d a 模拟量输出单元) ，模块的编号从最靠近基本单元的那一个开始顺次编号为 0 7 号。 对模拟量的处理，主要考虑转换精度、分辨率是否合适；另外，因为可编程 控制器的基本单元与f x 一4 a d 和f x - 4 d a 之自j 的数据通讯是由f r o m ( 读) t o ( 写) 指令”来执行的，所有的读写操作实际上是对f x - 4 a d f x 一4 9 , 4 的缓冲寄存器( b f m ) s 懦1l_蛩= 围= 一皇蔓 、-_。，1、广 一丁一懒一一一一一 | 一 乎 一 卜 一凄一一1j一露一 告酬r塑 工程硕士学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 进行分配，以确定模拟信号是电压信号还是电流信号、输入增益和零点等运行参 数，同时就决定了模块外部端子的接线方式。 ( 三) 输出接口电路有三种形式：继电器输出型，晶体管输出型和可控硅输出型。 不同形式的输出接口路在公共点、电路隔离、响应时间、输出电流、及开路漏 电流等方面各有特点。 ( 四) 电源 在小型可编程控制器内部都包括一个稳压电源，用于对c p u 板、i 0 板等内 部器件供电；有的还向外部提供d c 2 4 v 稳压电源，用于对外部传感器供电。 ( 五) 扩展接口 扩展接口是用来扩展输入，输出单元的，采用总线形式，它使可编程控制器的 点数规模配置更为灵活。既可配置数字量的i o 单元也可配置如模拟量、高速脉 冲等智能单元以及通讯适配器等# 在大型机中，扩展接口为插槽扩展基板的形式。 ( 六) 编程器接口 用于和各种型式的编程装置通讯，还可以连接图形操作终端( 触摸屏) 进行 监控工作。 ( 七) 存贮器接口内部接到总线上，用于存贮用户程序、扩展用户程序存贮区、 数据参数存贮区等。 ( 八) 编程器用于图形、指令语句等的编辑和监控。目前，大多采用笔记本电脑 代替编程器的功能。 2 2 3 软件构成 可编程控制器的软件由两部分组成：系统监控程序、用户程序。 系统监控程序分为：系统管理程序( 运行管理、生成用户元件、内部自检等) ， 用户指令解释程序。标准程序模块及系统调用。 用户环境由监控程序生成。它包括用户数据结构、用户元件区分配、用户程 序存贮区、用户参数、文件存贮区等。 p l c 中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址 单元一般占用两个字节，为1 6 位单字元件。 2 - 3m l t s i m i s h 三菱微型可编程控制器f x m n - 4 0 m t 的应用 2 31f x l n 系列p l c 控制器硬件构成 主要依据工程胎胎面缠绕线的控制系统的外部功能，数字量i o 点数及智能控 制单元、网络化程度等加以选型。 1 硬件( 模块构成) l 基本单元i o 扩展模块( 各一块)智能单元( 各一块) f x l n - 4 0 m tf x 2 n 1 6 e x 、f x m - 1 6 e y rf x 2 n 4 a d 、f x 2 n 4 d a j 2 p l c 的基本单元f x 忡4 0 m t 的构成 l 输入输出输入点数输出点数d c 输入 l 合计点数 ( 8 迸制)( 8 进制)晶体管输出 i 4 02 4 ( x 0 0 0 x 0 2 7 )1 6 ( y 0 0 0 y o l 7 )输出无接点、直流负载用 9 - 1 程坝i ：学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 车政敏) 3 软件构成：f x l n 系列p l c 的系统监控程序和缠绕生产线的用户程序 2 3 2 f x l n 系列p l c 的主要特点i i o l 1 一体式可编程控制器电源、c p u ，存储器、输入输出组成一个单元的可编程 控制器。同时在a c 电源d c 输入型电源中提供控制器用的d c 2 4 v 供应电源。 2 输入输出最大1 2 8 点输入输出扩展设备最大可扩展至1 2 8 点，扩展模块或扩 展单元只可以使用f x 喇系列和f x 2 n 系列，另外也可和f x o n 3 a 、 f x 2 n 1 6 l i n k m 、f x 2 n 3 2 c c l 连接。输入输出信号与p l c 的外部连接情况可 以见附件晕的工程台胎面缠绕电气控制系统原理图。 3 内置r u n s t o p 开关通过内置开关可行r u n s t o p 操作，也可从外围设备 或一般输入端子x 0 0 0 x 0 1 7 下达r u n ，s t o p 操作。 4 内置模拟电位器内置2 个用于调整定时器设定时间的模拟电位器。( 模拟电 位器的值放入数据府存器区的d 8 0 3 0 、d 8 0 31 ) ，如果装上f x j n - 8 a v - b d 形模 拟电位器选件时，r 可追加到8 个。 5 程序内存按照标准。可内置8 k 步的e e p r o m ( 不需掉电保护用的电池) 6 时钟功能内簧时钟功能。进行时间控制。如果装上f x i n 5 d m 形显示模块， 可简单地进行时间显示和设定。 7 f x ，a q n a q f x 系列通用的外围设备可使用f x 系列的外围设备。同时也 有可对a q n a q f x 系列进行编程的w i n d o w s 版编程软件。 在没有对应f x i n 的外围设备中，选择下列机种即可使用： 若不对应f x 2 n 系列的外围设备，则选择f x 2 系列 若对应f x 2 n 系列的外围设备，则选择f x 2 n 系列 8 对应于r i j n 中写入 采用计算机软件能在可编程控制器r u n 时变更程序。 9 基本单元的输入输出高速处理功能 l 输入l 高速计数功能 l 相：6 0 l ( h z 2 点，1 0 k h z 4 点；两相：3 0 k h z l 点，5 k h z l 点 l 输入i 脉冲捕捉功能不用编制复杂的程序，就能捕捉到最小l oi ts ( x o ，x 1 ) 或5 0 肚s ( x 2 ，x 5 ) 的短信号。 i 输入i 外部中断功能通过最小l o l ls ( x o ，x i ) 或5 0 ps ( x 2 ，x 5 ) 的外部 信号，实现外部中断。 i 输出i 脉冲输出功能2 点可以同时输出最高可达i o o k z 的脉冲( 晶体管输出 型基本单元) ，因为有原点回指令( z r n ) ，绝对位置定位指令( d r v i 、d r 帆) 等定位专用命令编程很方便。 l o 对应于各种链接 简易p c 问的链接( 可最多链接8 台基本单元) 计算机链接( 可作为子站连接) 并列链接( 连接乜台基本单元) 1 1 对应于通用通讯功能可连接r s 2 3 2 c ，r s 4 8 5 通信用功能扩展板。 1 2 对应于远距离程序调试 ， 1 0 t 程硕一j ：学位论文 工程轮胎胎面缠绕生产线的改造( 李政敏) 如果使用w i n d o w s 版编程软件，通过连接在r s 2 3 2 c 适配器上的调制解调器， 可以远距离程序调试和可编程控制器监控。 2 3 3 f x i n 系列p l c 的性能规格( 包括软元件编号 项目性能 运算控制方式存储程序反复扫描方式，有中断指令。 批处理方式( 执行e n d 指令时) 、输入输出刷新指令， 输入输出控制方式 有脉冲捕捉功能。 编程语言步进梯形图方式+ 指令清单( 也可用s f c 表示) 程序内 程序容量、形内置8 k 步e e p r o m 。不需要存储器电池支持 式含文件寄存器，注释共最大8 k 步 存 可选存储器f x l n e e p r o m 一8 l ( e e p r o m8 k 步) 顺控指令顺控指令：2 7 个 指令种步进梯形图指 类 令 步进梯形图指令：2 个 应用指令8 9 种 运算处基