本文基于對(duì)輪胎成型機(jī)工作原理和對(duì)伺服系統(tǒng)各個(gè)組成進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一套成型機(jī)伺服控制系統(tǒng)。

1、引言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車已經(jīng)做完新興代步工具進(jìn)入千家萬戶。而作為汽車必不可少的輪胎也必然成為有車一族的消費(fèi)品，因其多種應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)前景。這種需求拉動(dòng)了我國(guó)輪胎，橡膠行業(yè)。致使國(guó)際、國(guó)內(nèi)的輪胎制造商紛紛登陸中國(guó)投資建廠，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，滿足不斷增長(zhǎng)的輪胎需求。輪胎生產(chǎn)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是輪胎的成型，各國(guó)的輪胎成型機(jī)制造商無不絞盡腦汁研究，開發(fā)高效，精確，快捷的輪胎成型設(shè)備。近年來，隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、材料技術(shù)的快速發(fā)展以及電機(jī)制造工藝水平的逐步提高，伺服技術(shù)已迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，伺服系統(tǒng)由傳統(tǒng)的步進(jìn)伺服、直流伺服發(fā)展到以永磁同步電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)為伺服電機(jī)的新一代交流伺服系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能優(yōu)劣直接決定與影響著自動(dòng)控制系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和精確性，機(jī)、電、液的組合成為目前工業(yè)自動(dòng)化的主要技術(shù)基礎(chǔ)。伺服控制系統(tǒng)用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。伺服系統(tǒng)的主要任務(wù)是按照控制命令要求，對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換、調(diào)控和功率放大等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的轉(zhuǎn)矩、速度及位置都能靈活方便的控制。

由于伺服電機(jī)響應(yīng)快，速度高，并且定位精度高的特點(diǎn)，現(xiàn)在成型機(jī)普遍選用這一類電機(jī)作為送布電機(jī)和小車板控制電機(jī)。隨著成型機(jī)市場(chǎng)對(duì)成型機(jī)精度和成型機(jī)速度的不斷追求，UV平板成型機(jī)將逐漸被推向市場(chǎng)。隨著UV平板成型機(jī)的發(fā)展，配套的伺服電機(jī)也將升級(jí)換代。在中高端的成型機(jī)市場(chǎng)上將以交流伺服電機(jī)系統(tǒng)為主。所以很多廣告客戶最終選擇成型機(jī)。為迎合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，部分生產(chǎn)廠家開始在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)生產(chǎn)自主品牌的成型機(jī)。

2、輪胎成型機(jī)介紹

輪胎成型機(jī)設(shè)備整套系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、伺服控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。輪胎的成型就是根據(jù)輪胎尺寸要求，把掛膠的簾布和帶子裁斷成一定長(zhǎng)尺寸，經(jīng)過貼合，擠壓形成胎坯。因此，根據(jù)成型工藝的要求，設(shè)備一般包含胎體貼合鼓，帶束層鼓，成型鼓，內(nèi)圈傳遞環(huán)，外圈傳遞環(huán)，帶束層供料架，簾布供料架，冠帶層供料架，復(fù)合膠。這些設(shè)備的傳動(dòng)要求速度快，位置的定位準(zhǔn)確，同時(shí)，主鼓在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要求其輔助設(shè)備能夠同步供料。因此，這些設(shè)備的傳動(dòng)采用伺服電機(jī)。在供料架的輔助傳動(dòng)，裁斷等傳動(dòng)上有相關(guān)普通電機(jī)需要控制。各個(gè)機(jī)架還有很多開關(guān)點(diǎn)，傳感器點(diǎn)。還有一些氣動(dòng)單元需要控制。另外，一臺(tái)高效的成型機(jī)要能夠制造不同尺寸，不同規(guī)格的胎，即在人機(jī)界面上，可以調(diào)用各種生產(chǎn)工藝，執(zhí)行各種生產(chǎn)工藝，顯示，記錄生產(chǎn)狀況。有的廠家還要求能夠遠(yuǎn)程調(diào)試，監(jiān)控等。因此，設(shè)計(jì)一臺(tái)高效，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，控制既集中又分散的控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制廠商不斷追求的目標(biāo)。

在輪胎成型機(jī)中有眾多的氣動(dòng)元件，變頻器需要控制，為了減少復(fù)雜的安裝，我們采用了CAN總線通訊技術(shù)，即一條電纜控制多臺(tái)變頻器，自動(dòng)化閥島，多點(diǎn)傳感器單元，采集多個(gè)編碼器數(shù)據(jù)。這種設(shè)計(jì)由于省掉了大量的模擬量，高速計(jì)數(shù)模板，而使價(jià)格有了相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力，也使安裝節(jié)省了大量的電纜鋪設(shè)?？煽啃源蟠筇岣?。目前，帶CAN總線的編碼器使數(shù)據(jù)的傳輸再也不用擔(dān)心干擾對(duì)其的影響。

3、伺服控制原理

3.1運(yùn)動(dòng)控制卡

運(yùn)動(dòng)控制卡是一種上位控制單元，可以控制伺服電機(jī)，是基于PC總線，利用高性能微處理器(如DSP)及大規(guī)?？?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程器件實(shí)現(xiàn)多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制的一種高性能的步進(jìn)/伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡包括脈沖輸出、脈沖計(jì)數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、D/A輸出等功能，它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機(jī)的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來控制電機(jī)的位置，它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。脈沖計(jì)數(shù)可用于編碼器的位置反饋，提供機(jī)器準(zhǔn)確的位置，糾正傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的誤差。數(shù)字輸入/輸出點(diǎn)可用于語限位、原點(diǎn)開關(guān)等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中需要精確定位、定長(zhǎng)的位置控制系統(tǒng)和基于PC的NC控制系統(tǒng)。具體就是將實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有伺服電機(jī)控制所需的各種速度、位置控制功能。這些功能能通過計(jì)算機(jī)方便地調(diào)用。

運(yùn)動(dòng)控制卡不僅要發(fā)送脈沖給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)接受伺服電機(jī)編碼器反饋的脈沖數(shù)，還接受光柵尺反饋信號(hào)，進(jìn)而控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。伺服驅(qū)動(dòng)器既要與運(yùn)動(dòng)控制卡有數(shù)據(jù)線連接，其本身還要連接插座電源。

如果你的運(yùn)動(dòng)控制卡時(shí)比較好的卡，伺服刷新率可以達(dá)到要求，可以把編碼器反饋直接接到運(yùn)動(dòng)控制卡，形成一個(gè)整體的閉環(huán)。若對(duì)對(duì)精度有很高的要求可以用雙閉環(huán)，運(yùn)動(dòng)控制卡就是根據(jù)要求x-y平臺(tái)運(yùn)行的位置，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)到準(zhǔn)確的位置。

3.2PC總線

現(xiàn)有的放開式數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案主要采用PC機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合的方法，PC機(jī)作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信，人機(jī)交互等功能，數(shù)控系統(tǒng)作為下位機(jī)將上位機(jī)輸入的運(yùn)行參數(shù)經(jīng)過處理交給執(zhí)行部件執(zhí)行，同時(shí)將檢測(cè)系統(tǒng)的反饋信息上傳給上位機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，各個(gè)模塊之間協(xié)調(diào)工作互不干擾，給系統(tǒng)升級(jí)帶來了方便。

放開式系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制器的核心是DSP，它具有運(yùn)算速度快，支持復(fù)雜運(yùn)動(dòng)算法的特點(diǎn)，可以滿足高精度運(yùn)動(dòng)控制的要求，因此，以DSP為核心的多軸動(dòng)態(tài)控制卡越來越廣泛地應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，將多軸動(dòng)態(tài)控制卡插在PC機(jī)擴(kuò)展槽上，就可以組成高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，位置反饋信號(hào)的采集、閉環(huán)控制計(jì)算及控制量的輸出均由動(dòng)態(tài)控制卡完成，極大的提高了運(yùn)算速度和控制響應(yīng)速度，將工控機(jī)的資源從煩瑣的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算中解決出來，從而可以更好的實(shí)施整個(gè)控制系統(tǒng)的管理。