成型机伺服控制系统的设计

本文基于对轮胎成型机工作原理和对伺服系统各个组成进行分析，设计了一套成型机伺服控制系统。

1、引言

随着国内经济的蓬勃发展，汽车已经做完新兴代步工具进入千家万户。而作为汽车必不可少的轮胎也必然成为有车一族的消费品，因其多种应用具有广阔的市场前景。这种需求拉动了我国轮胎，橡胶行业。致使国际、国内的轮胎制造商纷纷登陆中国投资建厂，扩大生产规模，满足不断增长的轮胎需求。轮胎生产中最重要的一个环节就是轮胎的成型，各国的轮胎成型机制造商无不绞尽脑汁研究，开发高效，精确，快捷的轮胎成型设备。近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。

伺服系统是自动控制系统的重要组成部分，它的性能优劣直接决定与影响着自动控制系统的快速性、稳定性和精确性，机、电、液的组合成为目前工业自动化的主要技术基础。伺服控制系统用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

由于伺服电机响应快，速度高，并且定位精度高的特点，现在成型机普遍选用这一类电机作为送布电机和小车板控制电机。随着成型机市场对成型机精度和成型机速度的不断追求，UV平板成型机将逐渐被推向市场。随着UV平板成型机的发展，配套的伺服电机也将升级换代。在中高端的成型机市场上将以交流伺服电机系统为主。所以很多广告客户最终选择成型机。为迎合国内市场，部分生产厂家开始在引进国外先进技术的基础上研发生产自主品牌的成型机。

2、轮胎成型机介绍

轮胎成型机设备整套系统由PLC、触摸屏、伺服控制系统、执行机构等组成。轮胎的成型就是根据轮胎尺寸要求，把挂胶的帘布和带子裁断成一定长尺寸，经过贴合，挤压形成胎坯。因此，根据成型工艺的要求，设备一般包含胎体贴合鼓，带束层鼓，成型鼓，内圈传递环，外圈传递环，带束层供料架，帘布供料架，冠带层供料架，复合胶。这些设备的传动要求速度快，位置的定位准确，同时，主鼓在转动时，要求其辅助设备能够同步供料。因此，这些设备的传动采用伺服电机。在供料架的辅助传动，裁断等传动上有相关普通电机需要控制。各个机架还有很多开关点，传感器点。还有一些气动单元需要控制。另外，一台高效的成型机要能够制造不同尺寸，不同规格的胎，即在人机界面上，可以调用各种生产工艺，执行各种生产工艺，显示，记录生产状况。有的厂家还要求能够远程调试，监控等。因此，设计一台高效，结构简捷，安装调试简单，控制既集中又分散的控制系统是自动控制厂商不断追求的目标。

在轮胎成型机中有众多的气动元件，变频器需要控制，为了减少复杂的安装，我们采用了CAN总线通讯技术，即一条电缆控制多台变频器，自动化阀岛，多点传感器单元，采集多个编码器数据。这种设计由于省掉了大量的模拟量，高速计数模板，而使价格有了相当的竞争力，也使安装节省了大量的电缆铺设。可靠性大大提高。目前，带CAN总线的编码器使数据的传输再也不用担心干扰对其的影响。

图1 轮胎成型机外形图