1 引言

輪胎硫化機(jī)作為輪胎制造的主要工藝設(shè)備，其性能的好壞直接影響輪胎硫化的質(zhì)量，特別是在日益激烈競爭的市場環(huán)境下，其作用顯得更加重要。硫化機(jī)的工藝流程主要有:裝胎、定型、合模、打內(nèi)壓、硫化(必要時(shí)延時(shí)硫化)、內(nèi)冷、外冷、開模、取胎、吹風(fēng)等過程，其控制系統(tǒng)核心部分是硫化過程控制和程序控制。因此，硫化機(jī)自動(dòng)控制裝置主要分為兩大部分：

第一部分，硫化外溫的閉環(huán)控制。通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入硫化機(jī)的蒸汽量控制輪胎硫化溫度，目前國內(nèi)使用的硫化機(jī)多采用帶PID調(diào)節(jié)的三針記錄儀。但其存在著控制精度差，價(jià)格高等問題，同時(shí)由于該記錄儀為機(jī)械結(jié)構(gòu)，在硫化現(xiàn)場高溫多塵的場合下應(yīng)用，經(jīng)常發(fā)生故障，且備品備件難以購買，經(jīng)常影響硫化機(jī)的正常操作和生產(chǎn)，降低生產(chǎn)效率，也增加了維修成本。另外，由于人為的因素，現(xiàn)場的記錄管理也很不規(guī)范。

第二部分，硫化機(jī)步進(jìn)程控。目前，國內(nèi)硫化機(jī)該部分多采用只有邏輯控制功能的PLC，通過接觸器控制開、合模電機(jī)，電磁閥控制硫化機(jī)的進(jìn)汽、進(jìn)水、進(jìn)風(fēng)等工序。該部分既無法處理和記錄過程控制數(shù)據(jù)，參數(shù)的調(diào)整也比較麻煩，且不具備生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)功能，特別是當(dāng)更換輪胎型號時(shí)，每臺硫化機(jī)的控制裝置都要調(diào)整，現(xiàn)場工作量很大。

因此，設(shè)計(jì)制作一種利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的硫化機(jī)群集散控制系統(tǒng)，不僅能提高企業(yè)的自動(dòng)化管理水平，也能降低進(jìn)入高維護(hù)期硫化機(jī)控制裝置的維護(hù)成本。提高硫化過程中工藝參數(shù)的顯示和控制精度，同時(shí)提高輪胎產(chǎn)品質(zhì)量。

2 總體方案設(shè)計(jì)

我公司硫化分廠北63.5″硫化廠房共有24臺硫化機(jī)，其中14臺使用美國四針記錄儀，另外10臺使用日本恒河記錄儀。用來記錄內(nèi)溫、內(nèi)壓、外溫以及外溫的控制，但其故障率高，維修備件難以購買。所用PLC的型號為日本OMR0N公司的C200H，且原產(chǎn)品設(shè)計(jì)沒有考慮數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、超限報(bào)警以及與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等問題。為此，針對現(xiàn)場情況對兩種改造方案進(jìn)行比較，以便取代三針記錄儀的記錄、控制功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)管理、硫化過程工藝參數(shù)的歷史查詢等功能。

第一種方案，從硬件角度考慮，更換并增加C200H的基板容量，增加通訊接口板LK201、RS232/485轉(zhuǎn)換卡、模擬量輸入卡、模擬量輸出卡。軟件方面，在原有PLC程控功能的基礎(chǔ)上將三針記錄儀的功能移進(jìn)PLC，即具有硫化外溫的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和硫化內(nèi)壓、內(nèi)溫、外溫的運(yùn)行參數(shù)連續(xù)記錄功能。采用該方式的優(yōu)點(diǎn)是可以將硫化機(jī)機(jī)臺的所有運(yùn)行參數(shù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)雙向交換，全面記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。缺點(diǎn)是對原有的PLC系統(tǒng)進(jìn)行全面編程改造，難度大、造價(jià)高、改造調(diào)試時(shí)間長，滿足不了現(xiàn)有的生產(chǎn)運(yùn)行條件。

第二種方案，針對急需解決的實(shí)際問題，保留C200H的硬件及程控功能不變，將原有三針記錄儀的功能，即硫化外溫的連續(xù)調(diào)節(jié)控制功能和硫化內(nèi)壓、內(nèi)溫、外溫的運(yùn)行參數(shù)連續(xù)記錄功能，通過敷設(shè)線纜傳送到設(shè)在中央控制室的集散控制系統(tǒng)中，同時(shí)傳送到中央控制室的信息還包括反映硫化機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的硫化開始、硫化結(jié)束、故障報(bào)警及復(fù)位等。采用該方案的優(yōu)點(diǎn)是不需對原布的PLC系統(tǒng)進(jìn)行編程改造，難度小、造價(jià)低，利用停產(chǎn)檢修時(shí)間即可完成改造，不影響現(xiàn)有的生產(chǎn)運(yùn)行。缺點(diǎn)是無法把硫化機(jī)機(jī)臺內(nèi)的所有運(yùn)行信息通過設(shè)在中央控制室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示、處理、記錄、存檔和打印。

綜上所述，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的需要，采用第二種方案，對硫化分廠的硫化機(jī)群控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

3.1 中心控制室監(jiān)控計(jì)算機(jī)

作為整個(gè)硫化車間的核心，中央控制室集散控制系統(tǒng)的可靠性特別重要，因此在本系統(tǒng)引入冗余熱備份技術(shù)，采用兩臺互為備用的高性能計(jì)算機(jī)作控制室操作監(jiān)控站，二者既可以同時(shí)運(yùn)行，也可以單獨(dú)運(yùn)行，當(dāng)其中一臺故障時(shí)，另一臺自動(dòng)將所有監(jiān)控功能接替過來。以保證監(jiān)控記錄的完整性。

3.2 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和信息傳遞的快速性，監(jiān)控站計(jì)算機(jī)和過程控制站之間采用10M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)(TCP/IP)。該技術(shù)的采用可以方便地和全廠的信息管理系統(tǒng)相連，形成管控一體化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提高全廠的科學(xué)管理水平。

3.3 硫化機(jī)過程控制站

采用美國GE公司高可靠性的PLC產(chǎn)品，主機(jī)為80386EX/25M，內(nèi)置PID算法和浮點(diǎn)運(yùn)算功能，控制功能強(qiáng)，編程方便。另選用隔離的模擬量輸入/輸出接口板和開關(guān)量輸入/輸出接口板，通用性強(qiáng)。

3.4 硫化機(jī)現(xiàn)場操作控制柜

本系統(tǒng)采用高性能的智能數(shù)顯表，在實(shí)現(xiàn)硫化工藝過程溫度參數(shù)(內(nèi)溫、外溫)采集、顯示，以便于硫化現(xiàn)場操作人員的觀測。同時(shí)將數(shù)據(jù)信息傳送中央控制室內(nèi)的硫化機(jī)過程控制站，由其對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、儲存，并能以各種功能圖表進(jìn)行顯示。

考慮目前現(xiàn)場溫度參數(shù)變送器的不同，在進(jìn)行改造的同時(shí)，溫度信號全部采用PT100熱電阻信號，通過智能數(shù)顯表進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4 軟件編程及功能

集散控制系統(tǒng)的改造不僅考慮到優(yōu)異實(shí)用的操作控制功能，還充分考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展和聯(lián)網(wǎng)通信功能，以利于企業(yè)今后發(fā)展時(shí)對提高管理水平的需要。本系統(tǒng)采用中文Microsoft Workstation 4.0作為操作平臺，利用Intellution公司的高性能組態(tài)軟件CFYX，對整個(gè)硫化機(jī)群集散控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，主要的功能及特點(diǎn)如下:

(1)檢測處理功能:檢測并線性化處理24臺硫化機(jī)的內(nèi)溫、外溫、內(nèi)壓參數(shù)，采集24臺硫化機(jī)開始、停止硫化的時(shí)間。

(2)閉環(huán)控制功能:具有硫化外溫的PID控制功能，自動(dòng)控制不同硫化機(jī)或同一硫化機(jī)不同規(guī)格型號輪胎硫化過程的蒸汽溫度控制，精度為±1℃。當(dāng)溫度超限時(shí)向硫化機(jī)現(xiàn)場操作柜發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)也接收來自硫化機(jī)操作臺的報(bào)警處理信息。

(3)圖形報(bào)表功能:以參數(shù)表、工藝流程圖、棒狀圖、運(yùn)行曲線的方式顯示各硫化機(jī)的硫化狀態(tài)、產(chǎn)品規(guī)格型號及當(dāng)班各機(jī)臺己硫化輪胎的數(shù)量等。

(4)記錄功能:以參數(shù)表、曲線等方式記錄各臺硫化機(jī)的內(nèi)溫、外溫、內(nèi)壓參數(shù)。

(5)在線調(diào)整功能:在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，工程技術(shù)人員輸入密碼后，可隨時(shí)修改各儀表的量程、報(bào)警限值、硫化輪胎的規(guī)格型號、硫化時(shí)蒸汽溫度及其他運(yùn)行參數(shù)。也可定時(shí)集中輸入各硫化機(jī)硫化輪胎的規(guī)格型號或序列號。

(6)打印功能:以定時(shí)和隨機(jī)兩種方式打印硫化機(jī)群的運(yùn)行班報(bào)表、日報(bào)表，并隨時(shí)可進(jìn)行屏幕拷貝。

(7)報(bào)警管理:當(dāng)內(nèi)溫、外溫、內(nèi)壓、硫化時(shí)間等參數(shù)超限時(shí)，以聲光方式在中控室和硫化機(jī)現(xiàn)場操作柜同時(shí)發(fā)出報(bào)警，以提醒中央控制室的運(yùn)行管理人員和硫化機(jī)臺的操作人員及時(shí)處理，特別是硫化外溫達(dá)不到設(shè)定值時(shí)，由操作人員進(jìn)行延時(shí)硫化，以確保輪胎硫化的質(zhì)量。只有通過中央控制室按鍵或由操作工在硫化機(jī)電控柜用按鈕來消除報(bào)警，同時(shí)記錄并存儲各種報(bào)警信息，便于今后用于產(chǎn)品的質(zhì)量追溯。