中材建设有限公司北京市100176
摘要：本文主要设计DCS集散式控制系统，用于实现轮胎胎面生产过程中的自动加工处理。介绍了系统的构成及优点，以及各硬件选型、各加工工位之间的通讯和编程方法等。
关键词：PLC；胎面加工；通讯；
一、工艺简介
胎面挤出联动生产线主要用于满足全钢载重子午线轮胎胎面和填充胶的喂料挤出以及挤出后进行收缩、冷却、定长、称重等生产工艺要求。整条生产线主要由二复合挤出主机和联动线辅线构成，其生产工艺流程如图１所示。
辅线全线共有交流变频电机22台，各单元之间有速度同步张力控制，从而使辅线全线的速度匹配，防止堆胶和拉胶。定长裁断装置主要用于将连续的胶料定长切割，它主要由裁断机构、定长皮带、位置控制器、伺服电机、吹水装置等构成。
二、系统的构成
胎面线是一条典型的加工制造企业流水生产线，具有工艺流程长、I/O点数多且分布分散、设备类型多样、控制精度和协调性要求高等特点。如果采用常规的PLC集中控制方式将现场信号连接到控制室内，由于工艺线路长，I/O分布范围广，需要铺设大量的电缆及桥架，施工和维护的难度较大。考虑到新建项目的先进性和今后系统维护扩展的需要，在控制现场，采用MODBUS现场总线技术，实现现场的大量传感器、调速驱动装置、裁断定长装置与PLC的总线连接通讯。控制系统采用三级结构：现场控制级、过程装置控制级、监控操作级。
控制系统原理示意图如图2所示：
1、现场控制级
现场控制级的设备包括设备配电柜、就地控制箱、各种开合装置、各种信号传感器（温度传感器、压力传感器等）、各种可操作装置（变频器，软启动器等）。主要功能是：
（1）将现场各种保护、测量信号送给过程装置控制级；
（2）通过就地控制箱可手动操作设备，作为自动控制系统的辅助手段。
2、过程装置控制级
过程装置控制级的设备是可编程控制器。主要功能是：
（1）采集现场控制级发送上来的各种信号，包括：开关量和模拟量，并对数据作一定的相关转换和处理；
（2）实施顺序控制的运算并输出控制作用；
（3）将各种数据上传给监控操作级，并从监控操作级得到运行指令。
3、监控操作级
监控操作级的设备是操作员站。操作员站的任务是在标准化面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行信息，运行人员据此对物料输配系统的运行状况进行监视和控制。并且进行程序开发、控制系统组态、数据库和监控画面的编辑及修改，各种要运行工艺参数的设定，建立趋势图并获得趋势信息，查看及打印报表、历史数据、操作记录。
轮胎加工系统由主加工线、辅助加工线、下位机PLC、控制面板，电气控制柜，上位机组成。
三、控制系统所要达到的目的
一、由于胎面生产控制系统的自身特点，要求设备启动按逆生产线方向依次启动，设备具有逆生产线运行联锁保护。设备停车按顺生产线方向停车。
二、各设备启动和停止的过程中，要合理设置时间间隔（延时）。以保证停车时挤出机为空载状态。
三、运行过程中，某一台设备发生故障时，应立即发出报警并自动停车，其前方（指供料方向）设备也立即停车。其后方的设备按一定顺序及延时联锁停车。
四、运动控制系统的通讯
运动控制系统设计采用SERCOS通讯控制技术。与PLC通过通讯电缆进行通讯，具有较高的精度。
在轮胎加工过程中，运动控制有以下几个关键技术需要实现：
•多段定长控制，即根据不同规格需要输送定长的材料带。
•同步跟踪控制，即一个带层的运动要求其它带层同步运动。
•插补控制，即成型鼓转动的周长，需要若干个供料架在同一时间提供同样周长的带子。
•在线测量，即在带子高速运动过程中，通过光电传感器的上升沿和下降沿测量出带子的长度。
•对力矩的控制，在此模式下，伺服电机可以工作在设定力矩。
而施耐德电气基于PLC的SERCOS运动控制模板对以上伺服电机的控制易如反掌，而且采用MODBUS总线通讯，速度快，抗干扰能力强，方便调试。
有鉴于此，施耐德电气的伺服驱动器采用LEXIUM15和BSH电机满足了对带束层鼓，胎体贴合鼓，成型鼓，及带束层供料架，帘布层供料架，传递环的传动要求。另外，电机的急停和安全保护信号是直接接到驱动器上的，由驱动器直接处理，速度和可高性更高。
五、上位机实现功能
制作整个系统的组态图，使系统具有计算机管理功能，能通过计算机实现控制方式的转变（自动、手动、就地）；使用清晰准确的画面描述工业现场；使用图形化的控制按钮实现单任务和多任务；设计复杂的动画显示现场的操作状态和数据；显示生产过程的文字信息和图形信息；为任何现场画面指定键盘命令；监控和记录所有报警信息；显示实时趋势曲线和历史趋势曲线；使用多样而灵活的方式查询历史数据；时间驱动和事件驱动的报表打印。
六、结束语
经以上分析，PLC控制的轮胎加工系统从理论上完全可行。系统采用PLC控制后,能够灵活自如地在中央集控室对各种运行方式进行控制,减少了系统维护人员的工作量、有效地保护了相关设备、最大程度地减少了设备的误操作和误动作、大大提高了劳动生产率。总之,提高了输煤系统运行的可靠性、安全性、经济性、灵活性。减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率和安全经济运行水平，同时缩短了设备空载运行时间，节约了大量厂用电。