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三菱电机J3-B伺服在全钢一次法成型机中的应用

时间:2015年08月24日

本文作者:青岛科菱恒信工贸有限公司 王道鹏

                                                 
                                                          【全钢一次法成型机框图】

      三菱电机自动化产品在全钢子午胎设备方面有了广泛应用,不仅限于半钢一次法成型机,本文针对全钢一次法成型机的系统组建、motion系统组成和说明、调试等方面进行全面地分析。

    一、系统组建

    (1)CPU的选择;轮胎行业的自动化水平越来越高,精度和效率都能反映这台设备的好坏,所以选择CPU是非常关键的。这台设备需要的I/O点数很多,而且设备比较庞大,为了方便布线,选择了远程I/O模块;所有的普通电机都需要速度控制,这都需要模块指令信号,都需要远程输出模块来控制;现场工艺用到大量的气缸(FESTO),首先要控制电磁阀,(单电控和双电控:两位五通阀和三位五通阀)通过远程输出模块,还有采集气缸的动作位置,磁性开光的远程输入模块。以上所说,足见输入输出点之多。
    (2)程序方面;分三大部分,手动、自动和报警,程序容量达到几万步,还有注释、声明等,这都需要选择一款高性能的CPU,还有通信模块,和模拟量模块,因此综上笔者选择了三菱Q13UDEH CPU。 
    (3)Motion CPU选择;设备要求的自动化水平高,现场用到22个伺服,笔者选择了Q173DCPU,这里我就不多说,这是我本文讲解的重点,在下面我会逐一讲解各个伺服。
    (4)I/O点的选择;输入我选择了QX42 1个 ,QX41 1个;输出选用QY10 2个,这些基本模块都是柜内需要的和设备现场就近需要的输入输出点,直接插在基板上。
    (5)通信模块的选择;设备用到大量的输入输出点,所以选择了远程输入输出模块,通过三菱专用的网络CC-LINK网,通过T型和Y型框架,把现场设备层连接起来。这里根据现场设备的工艺,笔者选用了3个QJ61BT11N。
        
                                                        【3个QJ61BT11N应用分类】

    (6)模拟量的选择;模拟量输入:需要采集的是A鼓和B鼓位移传感器(图尔克)数值,2通道;模拟量输出:A鼓和B鼓定型时候,需要稳定的气压,用到气体比例阀,还有后车反包臂,在滚压胎圈时候需要高压,在滚压胎体时候需要低压,也需要气体比例阀,3通道,因此选用Q64AD 1个, Q64DAN 1个。
    (7)基板的选择;总共需要12个模块,因此选择Q312DB。 
            
                                                                     【系统框图】

    (8)人机界面的选择;现场贴合侧、成型侧都需要人机界面来操作,考略到Q13UDEH CPU内置ethernet功能,选用三菱GT1275-VNBA,2个。

     二、Motion系统

    (1) MT系统的创建
         轮胎行业的发展非常的迅速,自动化水平越来越高,尤其是现在这个知识社会,产品更新特别的快,就拿三菱的伺服来说吧,这几年先后出现了MR-E系列,J2系列,J3系列,现在又出现了J4和JE,每一个产品的更新换代,都是社会的进步,知识的进步,都标志着工业自动化水平进入了一个更高的水平。新产品的出现在性能上,包括处理的时间、运行的速度、人性化、稳定性和寿命等各方面都是更优越的。评价一个轮胎成型设备的关键因素就是设备的生产效率,所以在控制时候,需要的处理速度和稳定性上是非常关键的,以下是系统22个轴的选型配置:
            
                                                            【22轴系统分配】

     另外系统还需要:
     通信光纤:MR-J3 BUS 3M 1根,MR-J3 BUS 1M 2根 MR-J3 BUS 05M 19根
     电池:MR-J3BAT 22块
     选件:MR-J3CN1A 13个(A鼓旋转伺服、B鼓旋转伺服、带束鼓旋转伺服、转台旋转伺服、内衬层供料架、内衬层定长输送、内衬层模板伺服、胎体输送、胎体模板伺服,这些伺服放大器控制的电机没有极限要求,其他的伺服电机都有极限保护,而且需要近点DOG信号) 

            
                                                               【MT系统系统图】

      考略到现场,伺服电机带动负载有三种:一是,滚珠丝杠;二是,皮带;三是,直接带动的负载,像前两种情况,负载运行时需要的扭矩会比较大,所以配以减速机,来降低速度,提高扭矩。在配盘安装时候,最主要考虑的是,两个主鼓伺服电机,各为11KW,所以外置制动电阻,在接线时要考略到,电阻发热,尽量避开电器元件。根据现场的电机安装,也考略到编程的活性,现场我们分了4个主柜体:电源柜、plc控制柜、大功率伺服柜、小功率伺服柜,针对配上贴合侧、1和2带束侧、3和4带束侧供料部分,我们配置了三个小柜体,专门装变频(在工程照片中有体现),这都是为了考略设备运转起来,电器元件散热问题,另外专门配置了2台空调,来创造一个恒温的控制环境。

  三、现场调试

   1、调试的步骤 
        第一步:调试前,把放大器、变频器、远程模块的站号、波特率拨好,检查主回路和控制回路接线有没有错误,以及机械有没有到位。确认完毕后,上电试车 
        第二步:GX-works2 、MT Developer2、GT-designer3编好的程序,下载到Q13UDEHCPU、Q173DCPU、GOT1275中,在这里通信中需要设置一下,自己的电脑设置的IP地址和plc的要在一个区域内,网络号一致,站号不同,以下是与1号CPU(192.163.3.39)和2号CPU的通信 
            
                                                              【PC机与1号和2号CPU通信图 】

        第三步:打点。现场的输入输出点根据plc反馈的状态进行与图纸进行确认。防止在接下来的手动动作中误动作 。
        第四步:手动自动编程
          (1)安全性及保护:由于现场用到的伺服放大器比较多,而且设备要求的精度也想到的高,所以考略到安全性和设备的保护,22个伺服中,其中13个伺服都通过J3-CN1插头,把左右极限和零点作为硬极限接到伺服放大器中。A/B鼓高速旋转的极限限位,还有胎面传递环、左右钢丝圈环伺服电机移动的安全开关都起到立即停止伺服电机的作用。
          (2)回零的问题:22个伺服只用到两个单位,deg和mm。这都是根据现场实际情况而设定的,比如A鼓是旋转的,所以选择deg为单位;后压车前进后退是靠伺服通过联轴器带动滚珠丝杠来实现前进后退的,所以采用mm为单位。 
           
                                              【1—9轴固定参数、原点回归、JOG运行数据】 

           
                                       【10—18轴固定参数、原点回归、JOG运行数据】

     另外19到22轴,这四轴我们是单独控制四个激光灯用的。
          (3) 1#和2#CPU刷新设置:
               特别注意:GX-works 2和MT-developer 2 中设置两个CPU之间的刷新数据软元件名称可以一致(motion中每个伺服电机的状态信号和指令信号是固化的,一般从MT侧先设置),也可以在GX侧指定别的软元件。 
            
                                                                             【1#CPU刷新设置】

    注:① 1#CPU刷新设置在软件GX-WORKS2中的plc参数栏目中——》多CPU设置栏——》对1号和2号分别进行软元件设置 
             
                                                           【2#CPU的刷新】
           注:① 2#CPU刷新设置在软件MT-developer 2中的系统设置栏目中——》基本设置栏——》多CPU设置——》对1号和2号分别进行软元件设置 

          (4)1#和2#CPU 之间是怎么进行交互的,点动的数据,伺服SFC程序的启动,以及在SFC程序中速度的改变,定位的实现
                首先1#CPU把伺服运行的指令;伺服电机定位需要的位置,速度数据寄存器;以及2#CPU sfc程序用到的中间变量都发送到2#CPU中。
                其次,2#CPU把伺服电机固化的状态信号;各个轴的运行状态;伺服电机点动需要的速度;伺服电机的当前值;sfc中运行的中间变量 
             
                                                  【伺服电机点动需要的速度刷新】

         上图中的点动速度都是通过在触摸屏(GT 1275 )设定的,通过plc运算刷新给motion,让伺服电机按设定的速度进行点动运行。
         下图是后压车三伺服同步控制的原理,通过plc特殊的启动指令来执行2#PLC的sfc程序 
             
                                              【plc程序调用MT中的sfc程序的指令】 

             
                                                   【调用MT中指定的sfc程序】
       
       在自动步骤中,通过指针的调用,来实现自动步的顺控执行。每一个指针中用到2#CPU中的sfc程序,只需要通过专用的指令调用即可,伺服电机执行完sfc程序后,用结束完成的指令再去执行下一个指针对应的程序执行,以此循环,知道执行完最后一步后,在调到第一步,程序执行完成一个循环,现场就完成了一连串的动作。条件满足,以此循环。以下框图是自动步中调用的sfc程序的结构。 
            
                                                        【自动步中调用sfc程序】 

      上图第一步中,通过DP.SFCS 特殊指令调用伺服sfc程序中第靠k223步,执行完毕后,直接跳到p120步,执行这一指针中的程序。就是通过这样来实现自动化的。

    四、报警监控和维护

     在调试中,经常出现报警,有些报警是外围造成的,比如外围接线造成,这时需要在断电情况下,去排查故障,比如现场急停没有拍下,但是plc显示设备处于急停状态,这时就需要去检查急停的线路,某处有断开。还有伺服放大器经常报警16或者25,这就需要我们去检查编码器有没有插好或者有损害;经常还会出现报10,这就是欠压造成的,需要用万用表量一下外围的电压,在确定线路电压后,设备再上电。这些只要根据伺服放大器的报警代码和plc监控状态去排查即可。

    而对于像伺服放大器运转中突然停止和不执行伺服程序,就需要在MT-developer 2中进行监控,根据伺服电机的运行状态和报警代码去相应的修改程序或做其他的处理,一下就以我在现场中遇到的一个例子: 
                  
                                             【MT 软件监控出现的重度错误代码1201】

  以下是提示的错误解决方法:
           
                                                        【1201报警代码显示】

     报警显示内容7条,我逐一排查,找到了问题的根本原因:我在伺服进行绝对定位时候,执行了原点回归,但是中间断电了我不知道,但是我在执行伺服电机定位时候,发现伺服电机没有执行。根据报警代码我逐一排查,最后知道我放大器忘记装电池。我一想是因为调试紧迫,忘记装电池。装上电池,重新找零点,再次断电后,不会出现零点丢失问题了! 

     所以根据MT监控的伺服电机数据(比如当前值、速度等)和报警代码的显示我迅速找到问题的原因,让调试更迅速,非常的方便灵活。

   五、维护

    伺服电机在长时间的运行过程中,往往由于自身所带的机械(如皮带,滚珠丝杠,同步齿轮等)的原因,如皮带打滑、跑偏、磨损等,滚珠丝杠两端不平衡等原因,导致伺服电机发出吱吱的叫声,而且不是连续的,时好时坏。在这次全钢一次发成型机调试中,A鼓和B鼓在应用一段时间后,两个电机都是11KW的伺服电机,发出吱吱叫声,声音很刺耳,而且在贴合内衬层和胎体时候,所需要的速度是不一样的,胎体贴合完成还要手动滚压,需要很快的旋转速度,伺服电机发处很大的叫声。在成型时候,后压成进行胎圈、胎面、胎体滚压,伺服电机旋转时候还要受到了压力,时刻的在变化,电机就发出奇怪的叫声,有事就直接过载报警,而停止工作。针对以上情况,笔者对伺服电机进行了优化,与现场相适应。
    通过伺服设置软件MR-Configuraor2进行调节如下:
       PA08—自动/手动模式选择
       PA09—自动调谐相应特性 
       PB06—伺服电机的负载惯量比
       PB07—模型换增益
       PB08—位置环增益
       PB09—速度环增益
       PB10—速度积分补偿

     首先,我先进行自动调谐PA08=1,不断的调节PA09的数值,发现电机发出的声音不是很频繁了,但是进过多次的观察,笔者发现,每当A/B鼓速度变化时候,伺服电机就会发出响声,慢慢的适应这个状态就不在叫了。由于轮胎的鼓是时刻变化速度的所以自动调谐模式不行。通过多次把自动调谐时的模型环、位置环、速度环增益的数值多次比较,最后改为手动调谐,PA08=3,一下是笔者在手动调谐时候,通过MR-Configuraor2软件进行调整的图,如下: 
        
                                                               【手动调谐】

     通过不断的修改PB06、PB07 、PB08 、PB09、PB10的数值,找到一个合适的,最后把这些修改的数值传进去,重新断电后,伺服电机重新达到了稳定的效应,不在发出吱吱叫声,发挥其最大的效能。

    六、总结

      本次全钢一次法成型机2012年底开始投入开发,2013年底我们已经成功做出3套(包括2中机型),如今这样一个大项目从开始投入计划,经历配盘接线、现场电气安装、调试、初步运行生产、项目运行生产验收,到最后的维护,总共需要3个月。项目运行时为全自动过程,现场只需要三个操作工:贴和鼓侧(主机侧)、带束鼓侧(辅机侧)、成型和修胎侧。主机侧负责贴合胎侧、内衬层、包布、胎体、钢丝圈、垫胶工序,做好胎胚,然后通过AB鼓伸缩旋转进入成型工位;辅机侧负责贴合1、2、3、4层带束层和胎冠,和主机侧的胎胚一起进行中鼓充气成型,然后进行后压滚压,最后机械手夹持卸胎、工人修胎即可完成全部工序。

      设备采用三菱22个伺服(J3-B),与西门子、AB系统相比,在相同领域,伺服数量多出来,这是他们所做不到的,最主要是在自动化的水平上,设备运行以来非常的稳定,比其他系统每个班次能多出10个轮胎,一天就多出30个,这是相当可观的,也是无法替代的。

      如今,2014年三菱主推高性能伺服MR-J4系列(与人、机械和环境的完美结合),J4伺服系列是三菱伺服的最高端产品,是三菱电机数十年的结晶。2014年,针对轮胎行业,尤其是全钢一次法成型机,我们提出了新的要求,来实现工厂的自动化、效率化。现在我们已经和大连华翰机械合作,已经签订了合同,我们又提高了设备的自动化水平,在这个项目上我们全部采用三菱MR-J4系列伺服控制器和电机,伺服数量由以前的22个变成了23个,伺服控制运动CPU也变成了Q173DSCPU,同时继续应用Q13UDEHCPU,图形操作终端我们也改用三菱最新的GT27系列,为客户提供最新的系统,调试出一台更人性化、自动化程度更高的设备。

      生产出一流的全钢子午胎,让客户满意,是我们追求的目标和使命。

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(2)本网站将自动收集诸如本网站访客数量和次数等某些特定信息,但这种收集采用匿名方式。所收集的信息仅用于统计本网站的访客数量、在本网站的平均访问时间以及利用本网站的哪些内容等,这会有助于我们改进网站。我们不会对个别信息本身进行审阅。
(3)为了您在三菱电机网页注册并成为用户或使用部分网站服务,我们会收集您在注册网站会员或使用网站服务时提供给我们的个人信息。在此过程中,我们可能会要求您提供您的姓名、性别、出生日期、地址、电子邮件地址、电话号码、公司名称、职位、传真号码等个人信息。
(4)三菱电机可能会不定期地进行在线网上问卷调查以更好地了解本网站访客的详情及其具体需求。进行问卷调查时, 我们将尽最大可能让您了解我们将如何使用所收集到有关您个人的信息。本网站可能会实施需要您输入您的个人信息来参加的智力竞赛、有奖问答等促销活动。我们将您所提供的信息用于进行促销活动,比如提供客户支持或当您中奖时与您取得联系等。

 

2、我们出于什么目的及如何使用您的个人信息
(1)我们将在您注册网站会员或使用网站服务时收集并使用您的个人信息。就您所使用网站服务,我们仅出于特定和有限的目的来收集、处理和披露您的个人信息,包括:接受您的预约、向您提供产品信息、开发和改进我们的产品、服务、通信方法以及我们的网站功能,向您提供个性化课程、服务、加盟商谈、定向广告以及产品推荐。
(2)另外, 为加强与客户的关系, 我们可能会将您的个人信息予以保存和处理,将其与本公司设于世界各地的子属公司和关联公司来共享这些信息以更好地理解您的需求,进而明确如何改进产品和服务的方向。
(3)为了达成本隐私声明中未规定的其他目的而使用您的个人信息时,我们将事先取得您的同意。
(4)我们可能不定期地请第三方服务提供商实施或协助我们进行在线网上问卷调查、智力竞赛、有奖问答等促销活动,如进行问卷调查或促销活动、编写数据或提供客户支持等。在我们与其开始实施任何活动之前,有关各方将先签署保密协议以确保其不会透露您所提供的任何有关您的个人信息并将其仅用来启动或继续其为本公司所提供的服务。

 

3、我们如何保留、储存和保护您的个人信息
(1)三菱电机承诺,不会以销售、出租或营销为目的将从本网站访问者个人搜集到的信息以及您所提供的个人信息透露给任何第三方。
(2)若相关法律法规对我们保存您的个人信息的期限有明确规定的,我们将遵守该等规定,在该个人信息保存到期后,我们将采取删除、匿名化处理或者法律、法规或有关强制性规定认可的其他处理方式。
(3)若根据适用的法律有明确的要求,我们将对个人信息跨境传输采取定期安全评估,并根据评估结果决定是否继续跨境传输您的个人信息。在便于提供服务,且在不违反相关法律法规的前提下,我们有时会将信息提供给为我们工作的其他公司和/或其他第三方(以下简称“第三方”),但我们会取得您的许可并与其签署详细的保密协议以保证个人隐私的安全。
(4)我们仅在中华人民共和国境内存储您的个人信息。在遵守使用的法律的前提下,如我们在前述区域外存储您个人信息的,则在将您的个人信息传输至其他区域时,我们将采取必要的措施保证该等个人信息的安全。
(5)除非适用法律有所要求,否则我们保留个人信息的时间不会超过所需的期限。按照网站使用的要求,您的个人信息将被保存10年,或直到您请求删除您的个人信息,以较早者为准。
(6)您有权选择不向三菱电机提供个人信息。如果您选择不提供我们所要求提供的个人信息, 您仍可浏览本网站的大多分内容, 但可能无法存取某些与我们之间的互动式选项服务、特惠活动和服务等。

 

4、未成年人隐私权保护
(1)我们的产品、网站和服务主要面向成人。除了法律、法规及强制性规定或执法机关、有关部门另有要求外,我们不会主动地、单独地收集未成年人的个人信息。
(2)未成年人儿童在未经父母或监护人同意下不应向网站递交个人信息。只有在极少见的情况下才会有以儿童为对象的网站资料,此时三菱电机鼓励所有父母或监护人指导自己的孩子安全且负责地在互联网上使用其个人信息。
(3)对于经父母同意而收集未成年人个人信息的情况,我们只会有关法律、法规或强制性规定允许、监护人明确同意或者保护未成年人所必要的情况下使用或公开披露此信息。

 

5、您如何管理您的个人信息
(1)您有权查询、更正、删除您的信息或限制本公司通过信息系统进行自动化决策的权利。如果行使以上权利,可以随时联系我们的客服(support@meach.cn)。为确保个人信息安全,您理解,在您提出个人信息相关的需求时,我们可能会对您进行必要的身份核实。在收到您的需求或反馈、并验证您的身份后,我们将在15个工作日内回复您的请求。
(2)如果您需要访问、更改或删除您在使用我们产品或服务时所产生的其他个人信息的,或您认为我们存在任何违反法律法规或与您关于个人信息的收集或使用的约定,您均可以通过本隐私声明下联系方式与我们联系。
(3)您理解,对于您无端重复、给他人合法权益带来风险、需要过多技术手段或者不切实际的请求,我们可能会予以拒绝。

 

6、我们如何使用Cookies和同类技术
(1)三菱电机可能会使用通常被称为"Cookies"的技术来判明网站的利用人次及其利用方式以及访问了哪些页面。Cookies是由网站发送至您的浏览器的一种数据基本单位,将被保存在您的系统内,但不会搜集可以用于判明身份的个人信息。您可以将您的浏览器设定为接收某一Cookie时会进行提示,由您来决定是否接受此Cookie。您也可以将浏览器设定为拒绝Cookie,但这会使在访问某些网站的某些功能不能正常工作。
(2)以下列出了我们使用的Cookie类型,共分为两类:绝对必要的Cookie和功能Cookie。当您访问三菱电机的官方网站或使用相关服务时,我们会根据您的选择使用Cookie。
a)绝对必要的 Cookie网站运行离不开这些 Cookie 且您不能在系统中将其关闭。通常仅根据您所做出的操作(即服务请求)来设置这些 Cookie,如设置隐私偏好、登录或填充表格。您可以将您的浏览器设置为阻止或向您提示这些 Cookie,但可能会导致某些网站功能无法工作。
b)功能 Cookie这些 Cookie 允许提供增强功能和个性化内容,如视频和实时聊天。我们或我们已将其服务添加至我们页面上的第三方提供者可以进行设置。如果您不允许使用这些 Cookie,则可能无法实现部分或全部功能的正常工作。
(3)如我们对本Cookies声明进行任何重要变更,我们将在变更前后的一段适当的时间内,通过三菱电机的网站公告或其他适当方式告知您。

 

7、对外提供及链接至其他网站
(1)您理解,本网站可能基于为您提供方便的意图,向您提供指向第三方网站的链接。如果您点击这些链接,将离开本站,进入链接指向的站点。这些第三方可能会收集、使用和处理您的个人信息。此时,本声明不适用于这些第三方收集、使用和处理您的个人信息的行为,因此请务必认真阅读并了解这些第三方各自对于隐私权保护的相关条款。
(2)您充分理解,三菱电机没有全部查看过上述第三方站点,对于任何上述第三方站点或它们的内容、活动等,三菱电机无法控制且不承担任何责任。如果您访问三菱电机网站中链接的任何第三方网站,您需自行承担由此而产生的风险,上述风险均与三菱电机无关。

 

8、本隐私声明的修订
(1)若三菱电机决定变更隐私声明, 将在此栏目中上贴这些变更,以便您能随时知道我们拟收集什么信息,如何利用这些信息以及是否向他人透露这些信息。
(2)本使用条款的更新及生效日期为:【 2023 】年【 10 】月【 30 】日。您已理解,三菱电机将根据具体情况的变化,不定期地修改本隐私声明。变更后的隐私声明将以三菱电机网页公告等其他适当方式向您告知。

 

9、如何联系我们
了解访客对我们的服务与声明的看法是极其重要的。如果您对本隐私声明或我们所提供的离线和在线产品及服务有任何不明之处或疑虑, 请通过 "联系我们" 与网站管理员联系。

确定

条款更新

为保障您的知情权,加强对您个人信息安全的保护,我们依据有关法律法规要求和业务需要,重新修订并更新了《使用条款》《隐私政策》。现向您通知并提示,请您仔细阅读并充分理解相关条款,特别是有关您的权利义务及以争议解决等重要条款。如您拒绝同意我们的隐私政策,您可能无法使用网站部分功能。如果您对我们的隐私政策有任何疑问,可随时按照隐私政策中的方式与我们取得联系。

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拒绝
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