本文針對全鋼一次法成型機的系統組建、motion系統組成和說(shuō)明、調試等方面進(jìn)行全面地分析伺服
一、系統組建
  1、CPU的選擇；輪胎行業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，精度和效率都能反映這臺設備的好壞，所以選擇CPU是非常關(guān)鍵的成型機 這臺設備需要的I/O點(diǎn)數很多，而且設備比較龐大，為了方便布線(xiàn)，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(lái)控制；現場(chǎng)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(guò)遠程輸出模塊，還有采集氣缸的動(dòng)作位置，磁性開(kāi)光的遠程輸入模塊成型機 以上所說(shuō)，足見(jiàn)輸入輸出點(diǎn)之多成型機
  2、程序方面；分三大部分，手動(dòng)、自動(dòng)和報警，程序容量達到幾萬(wàn)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；設備要求的自動(dòng)化水平高，現場(chǎng)用到22個(gè)伺服，筆者選擇了Q173DCPU,這里就不多說(shuō)，這是本文講解的重點(diǎn)，在下面會(huì )逐一講解各個(gè)伺服。
  4、I/O點(diǎn)的選擇；輸入這里選擇了QX42 1個(gè) ，QX41 1個(gè)；輸出選用QY10 2個(gè)，這些基本模塊都是柜內需要的和設備現場(chǎng)就近需要的輸入輸出點(diǎn)，直接插在基板上。
  5、通信模塊的選擇；設備用到大量的輸入輸出點(diǎn)，所以選擇了遠程輸入輸出模塊，通過(guò)三菱專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )CC-LINK網(wǎng)，通過(guò)T型和Y型框架，把現場(chǎng)設備層連接起來(lái)。這里根據現場(chǎng)設備的工藝，選用了3個(gè)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)數值，2通道；模擬量輸出：A鼓和B鼓定型時(shí)候，需要穩定的氣壓，用到氣體比例閥，還有后車(chē)反包臂，在滾壓胎圈時(shí)候需要高壓，在滾壓胎體時(shí)候需要低壓，也需要氣體比例閥，3通道，因此選用Q64AD 1個(gè)， Q64DAN 1個(gè)。
 7、基板的選擇；總共需要12個(gè)模塊，因此選擇Q312DB。

  8、人機界面的選擇；現場(chǎng)貼合側、成型側都需要人機界面來(lái)操作，考略到Q13UDEHCPU內置ethernet功能，選用三菱GT1275-VNBA，2個(gè)。
二、Motion系統
  1、MT系統的創(chuàng )建
　　輪胎行業(yè)的發(fā)展非常的迅速，自動(dòng)化水平越來(lái)越高，尤其是現在這個(gè)知識社會(huì )，產(chǎn)品更新特別的快，就拿三菱的伺服來(lái)說(shuō)吧，這幾年先后出現了MR-E系列，J2系列，MR-J3系列，現在又出現了J4和JE，每一個(gè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，都是社會(huì )的進(jìn)步，知識的進(jìn)步，都標志著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化水平進(jìn)入了一個(gè)更高的水平。新產(chǎn)品的出現在性能上,包括處理的時(shí)間、運行的速度、人性化、穩定性和壽命等各方面都是更優(yōu)越的。評價(jià)一個(gè)輪胎成型設備的關(guān)鍵因素就是設備的生產(chǎn)效率，所以在控制時(shí)候，需要的處理速度和穩定性上是非常關(guān)鍵的，以下是系統22個(gè)軸的選型配置：

22軸系統分配
另外系統還需要：
     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(gè)(A鼓旋轉伺服、B鼓旋轉伺服、帶束鼓旋轉伺服、轉臺旋轉伺服、內襯層供料架、內襯層定長(cháng)輸送、內襯層模板伺服、胎體輸送、胎體模板伺服，這些伺服放大器控制的電機沒(méi)有極限要求，其他的伺服電機都有極限保護，而且需要近點(diǎn)DOG信號)。

MT系統系統圖

　　考略到現場(chǎng)，伺服電機帶動(dòng)負載有三種：一是，滾珠絲杠；二是，皮帶；三是，直接帶動(dòng)的負載，像前兩種情況，負載運行時(shí)需要的扭矩會(huì )比較大，所以配以減速機，來(lái)降低速度，提高扭矩。在配盤(pán)安裝時(shí)候，最主要考慮的是，兩個(gè)主鼓伺服電機，各為11KW，所以外置制動(dòng)電阻，在接線(xiàn)時(shí)要考略到，電阻發(fā)熱，盡量避開(kāi)電器元件。根據現場(chǎng)的電機安裝，也考略到編程的活性，現場(chǎng)分了4個(gè)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、1和2帶束側、3和4帶束側供料部分，配置了三個(gè)小柜體，專(zhuān)門(mén)裝變頻(在工程照片中有體現)，這都是為了考略設備運轉起來(lái)，電器元件散熱問(wèn)題，另外專(zhuān)門(mén)配置了2臺空調，來(lái)創(chuàng )造一個(gè)恒溫的控制環(huán)境。

三、現場(chǎng)調試
  1、調試的步驟
     第一步：調試前，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(xiàn)有沒(méi)有錯誤，以及機械有沒(méi)有到位。確認完畢后，上電試車(chē)。
     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置一下，自己的電腦設置的IP地址和plc的要在一個(gè)區域內，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(diǎn)?，F場(chǎng)的輸入輸出點(diǎn)根據plc反饋的狀態(tài)進(jìn)行與圖紙進(jìn)行確認。防止在接下來(lái)的手動(dòng)動(dòng)作中誤動(dòng)作。
     第四步：手動(dòng)自動(dòng)編程。
     1)、安全性及保護：由于現場(chǎng)用到的伺服放大器比較多，而且設備要求的精度也想到的高，所以考略到安全性和設備的保護，22個(gè)伺服中，其中13個(gè)伺服都通過(guò)J3-CN1插頭，把左右極限和零點(diǎn)作為硬極限接到伺服放大器中。A/B鼓高速旋轉的極限限位，還有胎面傳遞環(huán)、左右鋼絲圈環(huán)伺服電機移動(dòng)的安全開(kāi)關(guān)都起到立即停止伺服電機的作用。
     2)、回零的問(wèn)題：22個(gè)伺服只用到兩個(gè)單位，deg和mm。這都是根據現場(chǎng)實(shí)際情況而設定的，比如A鼓是旋轉的，所以選擇deg為單位；后壓車(chē)前進(jìn)后退是靠伺服通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現前進(jìn)后退的，所以采用mm為單位。

1~9軸固定參數、原點(diǎn)回歸、JOG運行數據

10~18軸固定參數、原點(diǎn)回歸、JOG運行數據
　　另外19到22軸，這四軸是單獨控制四個(gè)激光燈用的。
    3)、1#和2#CPU刷新設置：
    特別注意：GX-works 2和MT-developer 2中設置兩個(gè)CPU之間的刷新數據軟元件名稱(chēng)可以一致(motion中每個(gè)伺服電機的狀態(tài)信號和指令信號是固化的，一般從MT側先設置)，也可以在GX側指定別的軟元件。

1#CPU刷新設置
    注：① 1#CPU刷新設置在軟件GX WORKS2中的plc參數欄目中->多CPU設置欄 對1號和2號分別進(jìn)行軟元件設置。

 2#CPU的刷新
    注：① 2#CPU刷新設置在軟件MT-developer 2中的系統設置欄目中->基本設置欄->多CPU設置 對1號和2號分別進(jìn)行軟元件設置。
    4)、1#和2#CPU 之間是怎么進(jìn)行交互的，點(diǎn)動(dòng)的數據，伺服SFC程序的啟動(dòng)，以及在SFC程序中速度的改變，定位的實(shí)現。
    首先1#CPU把伺服運行的指令；伺服電機定位需要的位置，速度數據寄存器；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(gè)軸的運行狀態(tài)；伺服電機點(diǎn)動(dòng)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(diǎn)動(dòng)需要的速度刷新
    上圖中的點(diǎn)動(dòng)速度都是通過(guò)在觸摸屏(GT1275 )設定的，通過(guò)plc運算刷新給motion，讓伺服電機按設定的速度進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)運行。
    下圖是后壓車(chē)三伺服同步控制的原理，通過(guò)plc特殊的啟動(dòng)指令來(lái)執行2#PLC的sfc程序。

             plc程序調用MT中的sfc程序的指令

              
 調用MT中指定的sfc程序

   在自動(dòng)步驟中，通過(guò)指針的調用，來(lái)實(shí)現自動(dòng)步的順控執行。每一個(gè)指針中用到2#CPU中的sfc程序，只需要通過(guò)專(zhuān)用的指令調用即可，伺服電機執行完sfc程序后，用結束完成的指令再去執行下一個(gè)指針對應的程序執行，以此循環(huán)，知道執行完最后一步后，在調到第一步，程序執行完成一個(gè)循環(huán)，現場(chǎng)就完成了一連串的動(dòng)作。條件滿(mǎn)足，以此循環(huán)。以下框圖是自動(dòng)步中調用的sfc程序的結構。

                 
自動(dòng)步中調用sfc程序
    上圖第一步中，通過(guò)DP.SFCS 特殊指令調用伺服sfc程序中第靠k223步，執行完畢后，直接跳到p120步，執行這一指針中的程序。就是通過(guò)這樣來(lái)實(shí)現自動(dòng)化的。

四、報警監控和維護
　　在調試中，經(jīng)常出現報警，有些報警是外圍造成的，比如外圍接線(xiàn)造成，這時(shí)需要在斷電情況下，去排查故障，比如現場(chǎng)急停沒(méi)有拍下，但是plc顯示設備處于急停狀態(tài)，這時(shí)就需要去檢查急停的線(xiàn)路，某處有斷開(kāi)。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(méi)有插好或者有損害；經(jīng)常還會(huì )出現報10，這就是欠壓造成的，需要用萬(wàn)用表量一下外圍的電壓，在確定線(xiàn)路電壓后，設備再上電。這些只要根據伺服放大器的報警代碼和plc監控狀態(tài)去排查即可。而對于像伺服放大器運轉中突然停止和不執行伺服程序，就需要在MT-developer 2中進(jìn)行監控，根據伺服電機的運行狀態(tài)和報警代碼去相應的修改程序或做其他的處理，以下是在現場(chǎng)中遇到的一個(gè)例子：

   
MT 軟件監控出現的重度錯誤代碼1201

   
1201報警代碼顯示

　　報警顯示內容7條，逐一排查，找到了問(wèn)題的根本原因：在伺服進(jìn)行絕對定位時(shí)候，執行了原點(diǎn)回歸，但是中間斷電了不知道，在執行伺服電機定位時(shí)候，發(fā)現伺服電機沒(méi)有執行。根據報警代碼逐一排查，最后知道放大器忘記裝電池。想一下可能是因為調試緊迫，忘記裝電池。裝上電池，重新找零點(diǎn)，再次斷電后，不會(huì )出現零點(diǎn)丟失問(wèn)題了！所以根據MT監控的伺服電機數據(比如當前值、速度等)和報警代碼的顯示迅速找到問(wèn)題的原因，讓調試更迅速，非常的方便靈活。
五、維護
　　伺服電機在長(cháng)時(shí)間的運行過(guò)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，而且不是連續的，時(shí)好時(shí)壞。在這次全鋼一次發(fā)成型機調試中，A鼓和B鼓在應用一段時(shí)間后，兩個(gè)電機都是11KW的伺服電機，發(fā)出吱吱叫聲，聲音很刺耳，而且在貼合內襯層和胎體時(shí)候，所需要的速度是不一樣的，胎體貼合完成還要手動(dòng)滾壓，需要很快的旋轉速度，伺服電機發(fā)處很大的叫聲。在成型時(shí)候，后壓成進(jìn)行胎圈、胎面、胎體滾壓，伺服電機旋轉時(shí)候還要受到了壓力，時(shí)刻的在變化，電機就發(fā)出奇怪的叫聲，有事就直接過(guò)載報警，而停止工作。針對以上情況，筆者對伺服電機進(jìn)行了優(yōu)化，與現場(chǎng)相適應。
   通過(guò)伺服設置軟件MR-Configuraor2進(jìn)行調節如下：
     PA08--自動(dòng)/手動(dòng)模式選擇
     PA09--自動(dòng)調諧相應特性
     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(jìn)行自動(dòng)調諧PA08=1，不斷的調節PA09的數值，發(fā)現電機發(fā)出的聲音不是很頻繁了，但是進(jìn)過(guò)多次的觀(guān)察，筆者發(fā)現，每當A/B鼓速度變化時(shí)候，伺服電機就會(huì )發(fā)出響聲，慢慢的適應這個(gè)狀態(tài)就不在叫了。由于輪胎的鼓是時(shí)刻變化速度的所以自動(dòng)調諧模式不行。通過(guò)多次把自動(dòng)調諧時(shí)的模型環(huán)、位置環(huán)、速度環(huán)增益的數值多次比較，最后改為手動(dòng)調諧，PA08=3，一下是筆者在手動(dòng)調諧時(shí)候，通過(guò)MR-Configuraor2軟件進(jìn)行調整的圖，如下:

      
手動(dòng)調諧
   通過(guò)不斷的修改PB06、PB07 、PB08 、PB09、PB10的數值，找到一個(gè)合適的，最后把這些修改的數值傳進(jìn)去，重新斷電后，伺服電機重新達到了穩定的效應，不在發(fā)出吱吱叫聲，發(fā)揮其最大的效能。

六、總結
   如今這樣一個(gè)大項目從開(kāi)始投入計劃，經(jīng)歷配盤(pán)接線(xiàn)、現場(chǎng)電氣安裝、調試、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(gè)月。項目運行時(shí)為全自動(dòng)過(guò)程，現場(chǎng)只需要三個(gè)操作工：貼和鼓側(主機側)、帶束鼓側(輔機側)、成型和修胎側。主機側負責貼合胎側、內襯層、包布、胎體、鋼絲圈、墊膠工序，做好胎胚，然后通過(guò)AB鼓伸縮旋轉進(jìn)入成型工位；輔機側負責貼合1、2、3、4層帶束層和胎冠，和主機側的胎胚一起進(jìn)行中鼓充氣成型，然后進(jìn)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。
   設備采用三菱22個(gè)伺服(J3-B)，與西門(mén)子、AB系統相比，在相同領(lǐng)域，伺服數量多出來(lái)，這是他們所做不到的，最主要是在自動(dòng)化的水平上，設備運行以來(lái)非常的穩定，比其他系統每個(gè)班次能多出10個(gè)輪胎，一天就多出30個(gè)，這是相當可觀(guān)的，也是無(wú)法替代的。