西门子S7-300PLC应用——国产轮胎成型机

 项目背景

近年来，我国交通运输业和汽车工业发展迅猛，已成为汽车第一产销大国，其中轿车增速尤为明显，未来子午线轮胎市场前景十分广阔。但目前外资企业几乎垄断了我国高性能子午线轮胎近80%的市场，并且不断公布加大在中国的投资计划。为抵挡国外竞争对手的冲击，国内轮胎企业纷纷投巨资新建高性能半钢轮胎生产线，并对传统设备进行升级和改造，以求尽快提高产品的产量和质量。

据了解，国内轿车子午胎成型设备多采用二次法成型机，其胎胚存放、运输、多次定位等各种因素对轮胎的均匀性、动平衡等性能有较大的影响，达不到成型高性能轮胎的要求，而性能较高的半钢子午胎一次法成型系统主要依赖进口。由于一次法轮胎成型机比两次法成型机能提高效率30%以上，具有明显的优势，因此国内多家成型机供应商开始研发一次法成型机。

项目合作方是一家成立于2002年的专业研制子午线轮胎成型机的高新技术企业，是国内生产子午胎成型机最全面、最专业的企业之一，公司已成功开发出多种具有国际先进技术水平的子午胎成型机。该公司研发的PCR2-1半钢乘用/轿车子午胎一次法轮胎成型机采用全套西门子电控系统，降低了集成难度，节省了调试时间，且整个系统更加节能高效。

项目方子午胎成型机自动控制设计原理

轮胎成型机（简称TBM）是轮胎制造生产过程中，将半成品部件（如胎面、胎侧、胎冠、型胶、胎体等），按工艺要求组合成型轮胎胎胚的一种轮胎生产专用设备，按用途不同可分为普通轮胎成型机和子午线轮胎成型机两大类。轮胎成型机是轮胎制造的装配工段，也是关系到轮胎产品质量的关键工艺装备，因此对轮胎成型机进行有效的自动控制具有很重要的现实意义。

 项目方研发的PCR2-1半钢乘用/轿车子午胎一次法轮胎成型机提供的，主要是通过轮胎制造工控主机，在接收到工艺参数后，将信号传给密炼机、挤出机、压延机、胎圈成型机、帘布裁断机、硫化机等机器的PLC（可编程控制器），各西门子PLC再将信号通过其输出口传出，使机器在系统控制下执行整个密炼、挤出、压延、胎圈成型、帘布裁断、硫化等过程。

在密炼过程中，可编程控制器记录一些工艺数据及设备是否完好的情况，并将密炼数据传给PLC作为PLC控制密炼动作及密炼周期结束的依据。同时，系统根据密炼情况自动调整挤出机的速度并自动将压辊和挤出机头间的压力调整到设定值，随着料斗中胶料的增加，挤出机的速度也加快，机头压力增加，压延机也会自动增加速度，使压力保持在设定值，直到挤出机的速度增加到最大，压延机速度最大。

在胶部件准备工序中，压延机将轮胎所需骨架材料压入橡胶中，并根据PLC主机预设定参数将橡胶压制成一定形状。

在轮胎成型过程中，机器根据设定参数自动完成定长、裁断、同步贴合、整形等工序，这样轮胎就基本成型了。

为了加强轮胎的耐磨、抗轧能力，需要进行硫化以增强轮胎的强度。轮胎在进行硫化时的压强和温度的变化直接影响轮胎硫化的质量，这就要求在轮胎进行硫化时，控制系统严格监测和控制硫化的温度和压强使之按照预设值进行，并在温度和压强不足时，采取自动延时硫化的方法进行温度和压强的补偿。

西门子全套电控系统解决方案

根据项目方的PCR2-1半钢乘用/轿车子午胎一次法成型机的需求，西门子为其配备了1FK7伺服电机和S120伺服驱动器，控制器采用S7-300系列中的工艺CPU（317-2PN/DP）6ES7 317-2EK14-0AB0，并有两个操作屏TP1200 6AV2 124-0MC01-0AX0及若干ET200M站，其系统配置如下图。

特别值得一提的是，S120作为一款全新的高性能驱动器，它基于最新的传动理念，采用众多革新技术，令新一代传动由内到外发生了巨大的飞跃：体积大为缩小、运行极为安静、理念更为环保、性能更为优异。它不仅适用于两鼓、三鼓、四鼓成型机，也适用于裁断线、胎面线、检测线，以及挤出压延生产线等轮胎机械行业其他设备。此次在项目方的PCR2-1半钢乘用/轿车子午胎一次法成型机上使用S120解决方案，不仅升级和优化了成型机电气系统，提高其抗干扰能力，减小电柜尺寸，而且控制精度高，调试和维护更加方便。

 提升国产轮胎成型机竞争力

目前，西门子为项目方的PCR2-1半钢乘用/轿车子午胎一次法成型机提供的全套电控系统已交付使用，项目方也已在此基础上成功开发了第一套子午胎一次法成型机样机，通过使用测试，项目方给予了西门子的全套电控系统极高的好评，决定与西门子开展全面合作，并在其它机型上也开始使用西门子产品，整套控制系统的具体优点如下：

l  自动化程度高，生产配方倒入方便；

l  更换规格方便迅速；

l  设备运行可靠，可进行及时故障报警，并能输出实时数据。

同时，在西门子的协助下，项目方一次法成型机生产的子午轮胎在动平衡性、均匀性、大规格轮胎成型、三维动态模拟实时监控等方面达到并超过国外同类产品，且价格便宜，性价比高，有望未来几年大幅提高市场占有率，市场前景十分看好，提升了国产轮胎成型机的市场竞争力。