半钢子午胎48＂b型定型硫化机设计热工管路监控系统设计
根据企业的实际需求，本课题需要设计一种用于汽车轮胎生产的B型轮胎定型硫化机的热工管路监控系统。 本论文的主要内容是介绍热工管路系统的工作原理，改进轮胎硫化机现有的热工管路系统，并设计电磁阀的控制程序及组态监控界面。在设计组态监控界面时，本文使用有色矩形覆盖管道矩形，通过改变矩形的宽度属性，使得其从左向右伸长，模拟气体和液体的流动，通过改变矩形的几何属性使其整个移动，表示机械动作。这样的监控系统可以实时地反映热工管路的运行情况，及时地反馈信息给工作人员，降低维修费用，提升企业效益。本课题选用S7—300 PLC和WINCC完成相关程序的设计，并通过PLC与WINCC通讯联调检验成果。关键词液压式硫化机，热工管路系统，电磁阀，S7-300PLC，WINCC
目录
1 绪论 1
1.1 课题来源 1
1.2 课题研究背景 1
1.3 课题研究的主要内容 1
2 热工管路系统的工作原理 3
2.1 装胎 3
2.2 卸胎 3
2.3 中心机构 3
2.4 活络模和润滑 4
2.5 抽真空 4
2.6 定型 4
2.7 胶囊内压 5
2.8 外压温度控制 5
3 总体方案的软硬件选择 5
3.1 S7300PLC的特点简介 6
3.2 WINCC的特点简介 6
3.3 硬件配置简介 7
4 PLC控制程序的设计 8
4.1 I/O口的地址分配 9
4.2 PLC接线图 11
4.3 典型PLC程序设计介绍 12
5 WINCC可视化界面的设计 15
5.1 整体设计介绍 15
5.2 WINCC变量设定 17
5.3 WINCC典型动画代码设计 21
6 PLC与WINCC联调 24
结 论 36
致 谢 37
参考文献 38
附录A 39
1 绪论
1.1 课题来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
源
本课题来源于我校和某汽车轮胎制造企业合作的一个开发项目，根据企业具体的要求，需要以具体的工艺流程配合自动循环程序做一个关于热工管路系统的控制程序和可视化界面用来监控其内部的动作。
本课题通过PLC编程控制各个节点的电磁阀动作，间接控制各个气动切断阀和各式各样的阀门的通断。这些阀门直接与压缩空气和动力水接触，它们的通断可以改变动力水和压缩空气的流向，使得各个气缸、水缸动作或复位，推动机械完成工艺流程。[9]同时需要输入介质的的管路也同样可以在PLC的时序控制下完成导通和关断，在规定的时间将恰好的介质输入到内囊，从而完成轮胎的硫化。
1.2 课题研究背景
在轮胎工业的生产制造中工艺是最为重要的技术之一，而轮胎硫化机又是工艺流程中最为重要的设备。一个轮胎产品的外观质量和生产效率几乎全是由轮胎硫化机来决定的。目前液压式硫化机高精度的优势得到国内外各橡胶机械制造企业的高度重视，新开发的液压式轮胎硫化机不断涌现，高性能的轮胎不断发展。[12]
近些年来我国众多的制造轮胎的企业开始尝试转型，市场对子午胎的高需求、高要求，越来越多的的企业积极寻求新开发液压式硫化机。[1]
而以PLC控制的机械，使得机械的精度显著提高、功能显著提升，在很大程度上提升了机械的生产质量和效率。尤其是采用模块化编程方式的PLC，逻辑清晰，编程简单，再加上功能强大的可视化界面实时监控PLC的每一个I/O点，使得机械不仅实现了动作流程自动化，连监控和报警都实现了自动化，更方便，更可靠。[13]
1.3 课题研究的主要内容
本课题的主要研究内容是对半钢子午胎48＂B型定型硫化机的热工管路监控系统进行设计并仿真调试。本课题需要对每一个节点的电磁阀进行设计，由电磁阀的动作转换水路和气路，将动力水和压缩空气送到指定的地方，以作为动力驱动各个机械关节的气缸、水缸等发生动作，从而达到对控制的要求。热工管路系统按照机械动作可以分为装胎、卸胎、中心机构、活络模、润滑和抽真空、定型、胶囊内压以及外压温度控制等几个部分。[14]
在PLC设计的输入模块中主要有按钮、压力开关、行程开关、温度和压力传感器等，输出模块以电磁阀为主，一些指示灯和电气转换器为辅。通过对电磁阀的精确控制，从而实现对于气动切断阀、气动换向阀和机械阀等阀门的精确控制，同时，可以通过控制气动阀实现对水路切断阀的关断控制。[4]
除了对PLC的设计外，本课题更重要的地方，是对热工管路监控系统进行改进设计以及仿真调试。使用可视化界面编辑器（WINCC）与PLC进行通讯，PLC中的控制结果可以在设计好的监控界面展示，同时通过设计相对应的监控界面的按钮、动作画面以及组件又可实现对PLC程序的控制操作，从而使得在可视化界面中便能直观地得到PLC控制程序的运行状态，达到监控的目的。硫化机三维图如图1.1所示。[10]
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图1.1 硫化机三维图
1—机械抓胎手 2—中心机构 3—机架 4—底座
2 热工管路系统的工作原理
一般的B型轮胎定型硫化机管路系统分为装胎、卸胎、中心机构、活络模和润滑、抽真空、定型、胶囊内压以及外压温度控制等部分[14]，详细介绍如下：
2.1 装胎
机械手的张开和闭合由电磁阀17DF（18DF）控制，当17DF（18DF）通电时，机械手闭合，断电时，机械手靠气缸的张力张开把生胎抓住。机械手张开状态由压力开关8YJ（10YJ）检测，闭合状态由压力开关7YJ（9YJ）检测。机械手转入/转出由水缸驱动，水缸由气动二位四通滑阀1SH（2SH）来控制，1SH（2SH）由电磁阀23DF、25DF（24DF、26DF）控制。
2.2 卸胎
卸胎支臂水缸的进出由气动二位四通滑阀3SH控制， 3SH由电磁阀5DF、6DF控制，5SZ为手动二位四通阀， 必要时通过选择阀2XZ使卸胎支臂退出。升降水缸由二位四通滑阀4SH控制，在卸胎升起进行卸胎动作过程中要有一次暂停上升，因此，在排水回路上装有气动切断阀5SQ，在上升过程中关断排水管路，卸胎水缸就能停在中间位置不动，水缸的升降由电磁阀8DF控制，暂停上升动作由电磁阀7DF控制。
目录
1 绪论 1
1.1 课题来源 1
1.2 课题研究背景 1
1.3 课题研究的主要内容 1
2 热工管路系统的工作原理 3
2.1 装胎 3
2.2 卸胎 3
2.3 中心机构 3
2.4 活络模和润滑 4
2.5 抽真空 4
2.6 定型 4
2.7 胶囊内压 5
2.8 外压温度控制 5
3 总体方案的软硬件选择 5
3.1 S7300PLC的特点简介 6
3.2 WINCC的特点简介 6
3.3 硬件配置简介 7
4 PLC控制程序的设计 8
4.1 I/O口的地址分配 9
4.2 PLC接线图 11
4.3 典型PLC程序设计介绍 12
5 WINCC可视化界面的设计 15
5.1 整体设计介绍 15
5.2 WINCC变量设定 17
5.3 WINCC典型动画代码设计 21
6 PLC与WINCC联调 24
结 论 36
致 谢 37
参考文献 38
附录A 39
1 绪论
1.1 课题来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
源
本课题来源于我校和某汽车轮胎制造企业合作的一个开发项目，根据企业具体的要求，需要以具体的工艺流程配合自动循环程序做一个关于热工管路系统的控制程序和可视化界面用来监控其内部的动作。
本课题通过PLC编程控制各个节点的电磁阀动作，间接控制各个气动切断阀和各式各样的阀门的通断。这些阀门直接与压缩空气和动力水接触，它们的通断可以改变动力水和压缩空气的流向，使得各个气缸、水缸动作或复位，推动机械完成工艺流程。[9]同时需要输入介质的的管路也同样可以在PLC的时序控制下完成导通和关断，在规定的时间将恰好的介质输入到内囊，从而完成轮胎的硫化。
1.2 课题研究背景
在轮胎工业的生产制造中工艺是最为重要的技术之一，而轮胎硫化机又是工艺流程中最为重要的设备。一个轮胎产品的外观质量和生产效率几乎全是由轮胎硫化机来决定的。目前液压式硫化机高精度的优势得到国内外各橡胶机械制造企业的高度重视，新开发的液压式轮胎硫化机不断涌现，高性能的轮胎不断发展。[12]
近些年来我国众多的制造轮胎的企业开始尝试转型，市场对子午胎的高需求、高要求，越来越多的的企业积极寻求新开发液压式硫化机。[1]
而以PLC控制的机械，使得机械的精度显著提高、功能显著提升，在很大程度上提升了机械的生产质量和效率。尤其是采用模块化编程方式的PLC，逻辑清晰，编程简单，再加上功能强大的可视化界面实时监控PLC的每一个I/O点，使得机械不仅实现了动作流程自动化，连监控和报警都实现了自动化，更方便，更可靠。[13]
1.3 课题研究的主要内容
本课题的主要研究内容是对半钢子午胎48＂B型定型硫化机的热工管路监控系统进行设计并仿真调试。本课题需要对每一个节点的电磁阀进行设计，由电磁阀的动作转换水路和气路，将动力水和压缩空气送到指定的地方，以作为动力驱动各个机械关节的气缸、水缸等发生动作，从而达到对控制的要求。热工管路系统按照机械动作可以分为装胎、卸胎、中心机构、活络模、润滑和抽真空、定型、胶囊内压以及外压温度控制等几个部分。[14]
在PLC设计的输入模块中主要有按钮、压力开关、行程开关、温度和压力传感器等，输出模块以电磁阀为主，一些指示灯和电气转换器为辅。通过对电磁阀的精确控制，从而实现对于气动切断阀、气动换向阀和机械阀等阀门的精确控制，同时，可以通过控制气动阀实现对水路切断阀的关断控制。[4]
除了对PLC的设计外，本课题更重要的地方，是对热工管路监控系统进行改进设计以及仿真调试。使用可视化界面编辑器（WINCC）与PLC进行通讯，PLC中的控制结果可以在设计好的监控界面展示，同时通过设计相对应的监控界面的按钮、动作画面以及组件又可实现对PLC程序的控制操作，从而使得在可视化界面中便能直观地得到PLC控制程序的运行状态，达到监控的目的。硫化机三维图如图1.1所示。[10]
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图1.1 硫化机三维图
1—机械抓胎手 2—中心机构 3—机架 4—底座
2 热工管路系统的工作原理
一般的B型轮胎定型硫化机管路系统分为装胎、卸胎、中心机构、活络模和润滑、抽真空、定型、胶囊内压以及外压温度控制等部分[14]，详细介绍如下：
2.1 装胎
机械手的张开和闭合由电磁阀17DF（18DF）控制，当17DF（18DF）通电时，机械手闭合，断电时，机械手靠气缸的张力张开把生胎抓住。机械手张开状态由压力开关8YJ（10YJ）检测，闭合状态由压力开关7YJ（9YJ）检测。机械手转入/转出由水缸驱动，水缸由气动二位四通滑阀1SH（2SH）来控制，1SH（2SH）由电磁阀23DF、25DF（24DF、26DF）控制。
2.2 卸胎
卸胎支臂水缸的进出由气动二位四通滑阀3SH控制， 3SH由电磁阀5DF、6DF控制，5SZ为手动二位四通阀， 必要时通过选择阀2XZ使卸胎支臂退出。升降水缸由二位四通滑阀4SH控制，在卸胎升起进行卸胎动作过程中要有一次暂停上升，因此，在排水回路上装有气动切断阀5SQ，在上升过程中关断排水管路，卸胎水缸就能停在中间位置不动，水缸的升降由电磁阀8DF控制，暂停上升动作由电磁阀7DF控制。
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