1 引言

輪胎硫化機作為輪胎制造的主要工藝設備，其性能的好壞直接影響輪胎硫化的質量，特別是在日益激烈競爭的市場環境下，其作用顯得更加重要。硫化機的工藝流程主要有:裝胎、定型、合模、打內壓、硫化(必要時延時硫化)、內冷、外冷、開模、取胎、吹風等過程，其控制系統核心部分是硫化過程控制和程序控制。因此，硫化機自動控制裝置主要分為兩大部分：

第一部分，硫化外溫的閉環控制。通過調節閥調節進入硫化機的蒸汽量控制輪胎硫化溫度，目前國內使用的硫化機多采用帶PID調節的三針記錄儀。但其存在著控制精度差，價格高等問題，同時由于該記錄儀為機械結構，在硫化現場高溫多塵的場合下應用，經常發生故障，且備品備件難以購買，經常影響硫化機的正常操作和生產，降低生產效率，也增加了維修成本。另外，由于人為的因素，現場的記錄管理也很不規范。

第二部分，硫化機步進程控。目前，國內硫化機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，電磁閥控制硫化機的進汽、進水、進風等工序。該部分既無法處理和記錄過程控制數據，參數的調整也比較麻煩，且不具備生產過程中的工藝參數統計功能，特別是當更換輪胎型號時，每臺硫化機的控制裝置都要調整，現場工作量很大。

因此，設計制作一種利用先進計算機控制技術的硫化機群集散控制系統，不僅能提高企業的自動化管理水平，也能降低進入高維護期硫化機控制裝置的維護成本。提高硫化過程中工藝參數的顯示和控制精度，同時提高輪胎產品質量。

2 總體方案設計

我公司硫化分廠北63.5″硫化廠房共有24臺硫化機，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。用來記錄內溫、內壓、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，且原產品設計沒有考慮數據統計、超限報警以及與計算機聯網等問題。為此，針對現場情況對兩種改造方案進行比較，以便取代三針記錄儀的記錄、控制功能，實現生產的統計管理、硫化過程工藝參數的歷史查詢等功能。

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程控功能的基礎上將三針記錄儀的功能移進PLC，即具有硫化外溫的連續調節控制和硫化內壓、內溫、外溫的運行參數連續記錄功能。采用該方式的優點是可以將硫化機機臺的所有運行參數通過通訊網絡與計算機雙向交換，全面記錄相關的數據信息。缺點是對原有的PLC系統進行全面編程改造，難度大、造價高、改造調試時間長，滿足不了現有的生產運行條件。

第二種方案，針對急需解決的實際問題，保留C200H的硬件及程控功能不變，將原有三針記錄儀的功能，即硫化外溫的連續調節控制功能和硫化內壓、內溫、外溫的運行參數連續記錄功能，通過敷設線纜傳送到設在中央控制室的集散控制系統中，同時傳送到中央控制室的信息還包括反映硫化機運行狀態的硫化開始、硫化結束、故障報警及復位等。采用該方案的優點是不需對原布的PLC系統進行編程改造，難度小、造價低，利用停產檢修時間即可完成改造，不影響現有的生產運行。缺點是無法把硫化機機臺內的所有運行信息通過設在中央控制室的計算機進行顯示、處理、記錄、存檔和打印。

綜上所述，結合實際生產運行的需要，采用第二種方案，對硫化分廠的硫化機群控制系統進行改造。

3 系統結構及設計

3.1 中心控制室監控計算機

作為整個硫化車間的核心，中央控制室集散控制系統的可靠性特別重要，因此在本系統引入冗余熱備份技術，采用兩臺互為備用的高性能計算機作控制室操作監控站，二者既可以同時運行，也可以單獨運行，當其中一臺故障時，另一臺自動將所有監控功能接替過來。以保證監控記錄的完整性。

3.2 監控網絡

考慮系統數據采集和信息傳遞的快速性，監控站計算機和過程控制站之間采用10M標準以太網技術(TCP/IP)。該技術的采用可以方便地和全廠的信息管理系統相連，形成管控一體化的網絡系統，提高全廠的科學管理水平。

3.3 硫化機過程控制站

采用美國GE公司高可靠性的PLC產品，主機為80386EX/25M，內置PID算法和浮點運算功能，控制功能強，編程方便。另選用隔離的模擬量輸入/輸出接口板和開關量輸入/輸出接口板，通用性強。

3.4 硫化機現場操作控制柜

本系統采用高性能的智能數顯表，在實現硫化工藝過程溫度參數(內溫、外溫)采集、顯示，以便于硫化現場操作人員的觀測。同時將數據信息傳送中央控制室內的硫化機過程控制站，由其對采集到的數據進行處理、儲存，并能以各種功能圖表進行顯示。

考慮目前現場溫度參數變送器的不同，在進行改造的同時，溫度信號全部采用PT100熱電阻信號，通過智能數顯表進行轉換。

4 軟件編程及功能

集散控制系統的改造不僅考慮到優異實用的操作控制功能，還充分考慮到系統擴展和聯網通信功能，以利于企業今后發展時對提高管理水平的需要。本系統采用中文Microsoft Workstation 4.0作為操作平臺，利用Intellution公司的高性能組態軟件CFYX，對整個硫化機群集散控制系統進行編程，主要的功能及特點如下:

(1)檢測處理功能:檢測并線性化處理24臺硫化機的內溫、外溫、內壓參數，采集24臺硫化機開始、停止硫化的時間。

(2)閉環控制功能:具有硫化外溫的PID控制功能，自動控制不同硫化機或同一硫化機不同規格型號輪胎硫化過程的蒸汽溫度控制，精度為±1℃。當溫度超限時向硫化機現場操作柜發出報警信號，同時也接收來自硫化機操作臺的報警處理信息。

(3)圖形報表功能:以參數表、工藝流程圖、棒狀圖、運行曲線的方式顯示各硫化機的硫化狀態、產品規格型號及當班各機臺己硫化輪胎的數量等。

(4)記錄功能:以參數表、曲線等方式記錄各臺硫化機的內溫、外溫、內壓參數。

(5)在線調整功能:在系統運行時，工程技術人員輸入密碼后，可隨時修改各儀表的量程、報警限值、硫化輪胎的規格型號、硫化時蒸汽溫度及其他運行參數。也可定時集中輸入各硫化機硫化輪胎的規格型號或序列號。

(6)打印功能:以定時和隨機兩種方式打印硫化機群的運行班報表、日報表，并隨時可進行屏幕拷貝。

(7)報警管理:當內溫、外溫、內壓、硫化時間等參數超限時，以聲光方式在中控室和硫化機現場操作柜同時發出報警，以提醒中央控制室的運行管理人員和硫化機臺的操作人員及時處理，特別是硫化外溫達不到設定值時，由操作人員進行延時硫化，以確保輪胎硫化的質量。只有通過中央控制室按鍵或由操作工在硫化機電控柜用按鈕來消除報警，同時記錄并存儲各種報警信息，便于今后用于產品的質量追溯。