工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统升级改造

胥李玲，范 伟

（风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

1 改造设备现状

（1）我公司工程机械轮胎胎面挤出生产线1997年投用，承担公司所有工程机械轮胎胎面挤出，为重点单机设备。其控制系统采用S5-115U系列PLC。由于S5系列PLC停产，购买不到相应备件，PLC一旦出现故障，容易造成长时间停机，严重影响公司正常生产，必须对PLC控制系统进行升级改造。

（2）工程机械轮胎胎面挤出生产线定长裁断系统采用直流电机驱动，与电机同轴的光电编码器以及PLC计数模块构成挤出胎面定长控制系统。由于定长模块性能下降，挤出胎面定长出现不稳定现象，难以保证部分规格挤出胎面定长精度（±20 mm）。

（3）主操作台部分仪表与PLC通讯不上，功能缺失。

2 改造范围

工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统由S5系列升级至S7系列，实现挤出胎面一次定长切割，具体而言在主机工况确定前提下，调整定长裁断系统，使其随主机同步自动操作，也可半自动或分机单元操作，同时保留生产线原有光电无张力调速装置，保证生产线运行速度协调，防止胎面拉伸，确保胎面挤出工艺质量。

3 改造项目

（1）工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统升级为S7系列，在忠于原程序的基础上进行程序升级，同时系统设计备用点数大于总点数的10%，并配备编程器（与PLC通讯），以便实时监控程序运行，查找排除故障。

（2）单条秤和连续秤与PLC通讯，并在现场和主操作台上显示。

（3）保留原PLC控制系统的胶料配方设定功能，主操作台可对胶料配方进行设定，设定内容包括胶料配方、生产线一线和二线速度、连续秤和单条秤称量范围、单条胎面长度等。

（4）增设机头出胶温度检测，检测温度输入到PLC，并在主操作台上显示。

（5）重新制作操作台，包括更新和选择新型号仪表。

（6）生产线采用驱动控制器改造，并保证其与PLC连接。

4 改造方案

为缩短施工周期，减少对生产的影响，结合现场实际情况，并考虑现场安装方便和节省安装时间，制定如图1所示的工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统改造方案。

图1 工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统改造方案

（1）主机控制系统采用西门子S7-400 PLC，CPU采用CPU414-2DP。为接线方便，其他3个站分布不变，站内模块合并。

（2）人机界面采用研华工控机，重新制作操作台，操作台放置在现场，尺寸为1650 mm×1400 mm×600 mm。工控机采用WINCC软件编制上位画面，设置生产线速度、胶料配方、各温控区温度等，并可监控生产线的设备运行状况，进行故障监控，采用DP与PLC通讯。

（3）各I/O配置ET200M，采用PROFIBU-DP网络与CPU相连。

（4）单条称和连续称显示器改造为梅特勒-托利多称显示器，并将称显示器连接到PROFIBU-DP网络。

（5）采用DTA公司的LT-05A红外温度传感器（如图2所示）测量出胶温度，将测量温度输入PLC，并在主操作台的工控机上显示。红外温度传感器用支架固定在挤出机机头上，测量温度范围0~500 ℃，测量精度±1%，响应波长8~14 μm，距离因数 15∶1，响应时间150 ms，发射率0.95，输出电流4~20 mA（线性），探头尺寸Φ18 mm×105 mm，工作电源（直流）24 V，引线长度2 mm。

图2 LT-05A红外线温度传感器

（6）裁切系统：挤出裁切系统采用直流驱动器加直流电机控制裁刀输送带，通过编码器模块控制挤出胎面定长；为提高挤出胎面定长精度，采用英国CT公司伺服驱动器SP加FM伺服电机组成的伺服系统，在裁刀输送带上加定长编码器，通过PLC上的定长模块来控制挤出胎面裁断长度，以满足挤出胎面定长控制的需要。

（7）妥善处理更新部分与原系统其它部位（裁刀、单条秤和连续秤、直流传动系统）与电器联接等；PLC控制柜的拆除、安装，控制柜与外围动力线、控制线、信号线的对接，单条秤和连续秤与PLC的调试，温度、压力、转速等仪器仪表的调试，PLC程序的调试；裁刀原系统的拆除，伺服控制系统的安装、调试。

5 改造效果

工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统升级改造后，PLC控制系统的新程序（包含各设备的单动、联动及相互之间的连锁程序、各单元间的同步程序等）忠于原程序具有主联动线给定裁刀裁断长度、单条称和连续称显示称量数据等特点，同时增加了以下功能：

（1）上位机可监控整个生产线网络运行情况，进行网络诊断；

（2）上位机采用WINCC6.0监控软件，不改变原操作习惯，并显示挤出胎面生产线运行画面，画面显示各设备运行状况和各浮动辊的位置；

（3）上位机可进行生产线故障诊断、记录、查询和工艺运行参数记录。

工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统改造后，生产线控制效果良好，工艺质量较大提高，设备能力指数（CMK）和过程能力指数（CPK）分别由改造前的0.83和0.91增大到1.34和1.41。

6 结语

我公司工程机械轮胎胎面挤出生产线PLC控制系统由S5系列改造为S7系列后，生产线运行稳定，工艺质量和产量提高，故障率和维修成本降低，达到改造目的。