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王明江
風(fēng)神輪胎股份有限公司 河南焦作454003

摘要：采用中控PLC、智能溫控器及壓力儀表等替代原三針記錄儀，實(shí)現(xiàn)外溫的閉環(huán)控制和記錄；利用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，使硫化用水的壓力恒定．并取消一次供水泵，降低電能消耗；取消硫化機(jī)冷凝水排放的疏水閥，實(shí)現(xiàn)由溫度和定時(shí)控制相結(jié)合的冷凝水自動(dòng)排放方式，節(jié)約蒸汽用量；在硫化機(jī)上加裝輪胎胎號(hào)輸入裝置，使輪胎硫化過程參數(shù)的歷史查詢更為方便。
關(guān)鍵詞：輪胎硫化；三針記錄儀；計(jì)算機(jī)；智能控制

目前，我國(guó)橡膠行業(yè)所用的生產(chǎn)設(shè)備與國(guó)外相比，處于比較落后的狀態(tài)，特別是在設(shè)備的自動(dòng)控制方面，差距更大。輪胎外胎硫化機(jī)作為輪胎行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備．其控制系統(tǒng)的好壞、自動(dòng)化水平的高低．將直接影響輪胎硫化的質(zhì)量。在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，如何提高輪胎硫化機(jī)自動(dòng)控制水平以及工藝參數(shù)控制精度，已成為提高輪胎產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。
l傳統(tǒng)輪胎硫化控制系統(tǒng)存在的主要問題
    硫化機(jī)控制系統(tǒng)在硫化過程中受外界因素影響較多，例如胎坯的初始溫度、膠囊內(nèi)過熱水的溫度、模具溫度以及傳熱面的導(dǎo)熱性能等。在實(shí)際生產(chǎn)中，總是按照條件較差的一個(gè)因素來確定硫化時(shí)間。通常實(shí)際硫化時(shí)間采用比理想的硫化時(shí)間增加20％，工程輪胎則增加30％，以確保輪胎完全硫化。采用這種傳統(tǒng)的方式控制輪胎硫化既浪費(fèi)了能源、降低了生產(chǎn)效率，也影響輪胎的質(zhì)量。同時(shí)，在控制系統(tǒng)和控制元器件方面存在以下幾個(gè)問題：
    (1)目前，國(guó)內(nèi)硫化機(jī)普遍采用只有數(shù)字邏輯控制功能的PLC，通過DO模塊驅(qū)動(dòng)接觸器控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)硫化機(jī)的啟、合模動(dòng)作，并對(duì)PLC內(nèi)部的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器及輔助繼電器等控件進(jìn)行邏輯編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化機(jī)硫化工藝過程(步序)的控制。同時(shí)．通過輸出單元控制集成式電控氣閥組的開啟與關(guān)閉，控制硫化機(jī)的進(jìn)汽、進(jìn)水及排水，實(shí)現(xiàn)硫化過程(步序)的自動(dòng)控制。但無法采集、處理、記錄過程控制數(shù)據(jù)，不具備生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)功能，各硫化工藝參數(shù)的調(diào)整比較麻煩，現(xiàn)場(chǎng)工作量很大。
    (2)目前。國(guó)內(nèi)硫化機(jī)外壓溫度的控制普遍采用帶有比例調(diào)節(jié)功能的三針記錄儀，通過調(diào)節(jié)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的開啟量，控制進(jìn)入硫化機(jī)蒸汽室遲鈍、滯后等弊端。機(jī)械式三針記錄調(diào)節(jié)儀根據(jù)測(cè)量采集到的信號(hào)通過氣動(dòng)比例放大器將控制氣源信號(hào)送至硫化機(jī)外壓氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)其開啟量，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化過程外壓溫度的控制。由于其比例參數(shù)的調(diào)節(jié)及輸出氣源的放大比例均采用機(jī)械螺桿手工調(diào)節(jié)，沒有一個(gè)精確的參數(shù)值．各參數(shù)的設(shè)定要手工完成，調(diào)整比例參數(shù)十分復(fù)雜。由于每臺(tái)硫化機(jī)的設(shè)備狀況各不相同，每臺(tái)設(shè)備需要反復(fù)調(diào)整控制參數(shù)。另外它是機(jī)械式結(jié)構(gòu)，在使用一段時(shí)間后．經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)螺桿位移，造成比例失調(diào)，又需重新調(diào)整。機(jī)械式三針記錄調(diào)節(jié)儀還存在調(diào)節(jié)精度較低，無反饋信號(hào)，執(zhí)行動(dòng)作遲滯等多種缺陷。由于硫化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)多為高溫多塵環(huán)境，經(jīng)常出現(xiàn)記錄筆尖堵塞故障，造成原始記錄缺項(xiàng)，直接影響輪胎生產(chǎn)控制。
    另外，在國(guó)外機(jī)械式三針記錄儀已屬于淘汰產(chǎn)品，國(guó)外記錄儀廠商專供中國(guó)市場(chǎng)．其價(jià)格昂貴、備件不易采購(gòu)、維修困難、需要頻繁更換記錄墨水、記錄紙等消耗材料。
    (3)在輪胎的生產(chǎn)過程中，正在硫化的機(jī)臺(tái)數(shù)目并不固定，隨時(shí)需對(duì)一次水和二次水用量和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)用水量較小時(shí)，傳統(tǒng)的控制方法是熱循環(huán)水通過泄壓調(diào)節(jié)閥直接短路回到除氧器．這就造成了相當(dāng)大的能源浪費(fèi)。由于輪胎硫化過程中用水量變化速度快，而氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥跟隨調(diào)節(jié)速度較慢，造成熱循環(huán)水壓力波動(dòng)較大．影響產(chǎn)品質(zhì)量。
    (4)在輪胎硫化過程中硫化機(jī)蒸汽室內(nèi)的冷凝水能否及時(shí)排放是影響硫化過程中外壓溫度產(chǎn)生波動(dòng)的一個(gè)極為重要的原因。目前國(guó)內(nèi)硫化機(jī)普遍采用疏水器控制冷凝水排放，但是由于多種原因造成疏水器經(jīng)常堵塞，為保證工藝要求，現(xiàn)場(chǎng)絕大多數(shù)機(jī)臺(tái)通過打開疏水器的旁通截止閥使蒸汽直排，造成能源的極大浪費(fèi)。
2計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)的原理與構(gòu)成 
    針對(duì)以上輪胎硫化工藝過程中存在的問題進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)硫化機(jī)群集散控制，不僅能提高企業(yè)的自動(dòng)化控制及管理水平，同時(shí)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，提高硫化過程中各工藝參數(shù)的控制精度．以保證嚴(yán)格控制硫化工藝條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗。
    2.1系統(tǒng)慨述
    (1)采用中控PLC、智能溫控器及壓力儀表替代原三針記錄儀．實(shí)現(xiàn)外溫閉環(huán)控制、記錄等。
    (2)根據(jù)硫化所需內(nèi)壓的設(shè)定值，利用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)確保給硫化機(jī)的供水壓力恒定，并取消一次供水泵，節(jié)約電能消耗。
    (3)取消硫化機(jī)系統(tǒng)冷凝水排放的疏水閥，采用熱電阻測(cè)溫，送至中控PLC處理后，實(shí)現(xiàn)溫度和定時(shí)控制相結(jié)合的冷凝水自動(dòng)排放方式，提高外溫控制精度，降低蒸汽的消耗量。
    (4)每臺(tái)硫化機(jī)加裝一臺(tái)輪胎胎號(hào)輸入裝置，實(shí)現(xiàn)輪胎硫化過程的歷史查詢功能．用以滿足產(chǎn)品質(zhì)量可追溯的要求。
    (5)在中央控制室內(nèi)采用2臺(tái)冗余熱備計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)硫化工藝過程參數(shù)的采集、處理、儲(chǔ)存以及生產(chǎn)過程中有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，并能以各種功能圖表進(jìn)行顯示，提高企業(yè)管理水平。
2.2計(jì)算機(jī)智能控制原理
    2.2.1取消三針記錄儀
    為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、超限報(bào)警、輪胎編號(hào)輸入、硫化過程工藝參數(shù)的歷史查詢等功能，且為了節(jié)省改造時(shí)問，保留C200H的硬件及程控功能不變，將原三針記錄儀的功能，即硫化外溫的連續(xù)調(diào)節(jié)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)線纜遺至中央控制室的集散控制系統(tǒng)，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)位等信號(hào)。采用該方案的優(yōu)點(diǎn)是不需對(duì)原有的PLC系統(tǒng)編程改造，難度小、造價(jià)低，短時(shí)間內(nèi)即可完成改造，基本不影響現(xiàn)有的生產(chǎn)。
    系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)的步驟為：當(dāng)硫化機(jī)合模到底后，硫化過程開始，首先打開一次水，切換二次水．然后正硫化過程開始。硫化機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的 PLC將一個(gè)硫化開始信號(hào)上傳至中央控制室內(nèi)的硫化機(jī)過程控制站，硫化機(jī)外壓蒸汽氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣源接通，外壓蒸汽進(jìn)入硫化機(jī)蒸汽室，外溫測(cè)溫元件(PT100鉑熱電阻)將測(cè)量到的溫度信號(hào) (電阻值)傳至現(xiàn)場(chǎng)控制柜上，智能數(shù)顯儀將溫度的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)4～20mA的電流信號(hào)，通過信號(hào)電纜傳送至中央控制室的過程控制站 (GE90可編程序控制器)，過程控制站通過網(wǎng)卡將 的蒸汽流量，實(shí)現(xiàn)硫化過程中外壓溫度的控制。在硫化過程中產(chǎn)生的蒸汽冷凝水通過每臺(tái)硫化機(jī)的疏水閥排入冷凝水主管道中。
    由于三針記錄調(diào)節(jié)儀為機(jī)械式結(jié)構(gòu)，其溫度信號(hào)的變化量是通過毛細(xì)管內(nèi)的液體根據(jù)熱膨脹的原理來采集，壓力信號(hào)的變化通過壓力彈簧管的受壓變形來采集，存在著測(cè)量誤差大、動(dòng)作反應(yīng)信號(hào)傳至上位監(jiān)控機(jī)，供記錄觀測(cè)。同時(shí)過程控制站對(duì)于檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析、處理，通過編程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)輸出功能，輸出4-20mA的電流信號(hào)，該電流信號(hào)通過線纜送至硫化現(xiàn)場(chǎng)，電氣閥門定位器根據(jù)電流信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥開啟量的大小．控制硫化蒸汽的進(jìn)汽量，實(shí)現(xiàn)硫化過程外壓溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié).
2.2.2冷凝水自動(dòng)排放系統(tǒng)的優(yōu)化 
    目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)輪胎廠硫化機(jī)冷凝水的排放都采用疏水閥的排放方式。在輪胎硫化過程中，由于蒸汽熱交換而產(chǎn)生的冷凝水通過疏水閥排入冷凝水主管道中．但疏水閥濾芯經(jīng)常因水垢、雜物等原因而堵塞．使硫化機(jī)蒸汽室內(nèi)的冷凝水無法及時(shí)排出。由于輪胎外胎硫化機(jī)外壓溫度的測(cè)溫元件安裝在硫化機(jī)下蒸汽室底部，過多的冷凝水將淹沒測(cè)溫元件．這時(shí)三針記錄調(diào)節(jié)儀測(cè)量到的是低于硫化機(jī)蒸汽室內(nèi)實(shí)際溫度的虛假的溫度，而此時(shí)硫化機(jī)蒸汽室內(nèi)的實(shí)際溫度是滿足工藝條件的，這一點(diǎn)可以從安裝在硫化機(jī)上模的溫度計(jì)上證實(shí)。測(cè)溫元件將虛假的溫度信號(hào)傳送至三針記錄調(diào)節(jié)儀，由于低于工藝參數(shù)設(shè)定值，三針記錄調(diào)節(jié)儀將對(duì)外溫氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥輸出開啟信號(hào)，硫化蒸汽繼續(xù)進(jìn)入硫化機(jī)蒸汽室，使硫化外壓溫度進(jìn)一步升高，造成輪胎過硫。而不斷增加的冷凝水又會(huì)淹沒輪胎下模型，造成輪胎下模型溫度低于工藝設(shè)定值，這將造成輪胎欠硫。由于以上問題的存在，直接造成硫化過程外壓溫度控制不穩(wěn)，影響輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)由于疏水器故障率高，維修較為困難，頻繁更換疏水器勢(shì)必影響正常生產(chǎn)。為保證硫化工藝條件，及時(shí)排除硫化過程產(chǎn)生的冷凝水，只好將冷凝水旁通截止閥打開，直接排出硫化蒸汽，造成能源的大量浪費(fèi)。這樣浪費(fèi)的蒸汽約占硫化蒸汽總消耗量的40％左右。
    為此，通過采用熱電阻測(cè)溫、中央控制室控制，實(shí)現(xiàn)硫化過程蒸汽冷凝水的自動(dòng)排放，取消了疏水閥．增設(shè)了冷凝水儲(chǔ)水罐。
    硫化過程開始后，外壓蒸汽由于熱交換而產(chǎn)生的冷凝水由硫化機(jī)蒸汽室流入冷凝水儲(chǔ)水罐中，插入儲(chǔ)水罐的鉑熱電阻將測(cè)量到的溫度信號(hào) (電阻信號(hào))通過信號(hào)電纜傳送到中央控制室過程控制站(GE可編程控制器)的RTD模塊中，過程控制站通過計(jì)算將冷凝水溫度信號(hào)送人上位監(jiān)控機(jī)供監(jiān)控、記錄，同時(shí)通過預(yù)先編制好的控制程序進(jìn)行處理、分析，當(dāng)測(cè)量溫度低于設(shè)定值時(shí)，過程控制站PLC輸出ON的開關(guān)量信號(hào)，驅(qū)動(dòng)二位三通先導(dǎo)電磁閥．控制氣動(dòng)切斷閥開啟，冷凝水自動(dòng)排出。隨著冷凝水的排出．冷凝水儲(chǔ)水罐內(nèi)的溫度不斷升高，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的上限值時(shí)，過程控制站輸出OFF信號(hào)，控制氣動(dòng)切閥關(guān)閉，冷凝水排放系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。
    2.2.3輪胎生產(chǎn)編號(hào)輸人裝置RTU終端
    每臺(tái)硫化機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制柜上安裝一塊RTU終端．硫化工通過操作RTU終端的按鍵，輸入輪胎生產(chǎn)序列號(hào)，通過通訊傳至中央控制室的監(jiān)控站，存到硬盤，以便將來查詢。輪胎號(hào)輸入終端和監(jiān)控站之間采用RS485總線方式，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS 協(xié)議通訊，通訊距離長(zhǎng)、可靠性高、速度陜，保證輪胎號(hào)正確送至監(jiān)控機(jī)，而且終端最多可帶255 個(gè)站。
    RTU的功能及特點(diǎn)如下：
    (1)通過RTU終端面板上的左右移動(dòng)鍵、增減鍵和確認(rèn)鍵．可以方便輸入輪胎序列號(hào)、班號(hào)；
    (2)輸入的輪胎序列號(hào)、班號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS協(xié)議，上傳至操作站，供顯示、存儲(chǔ)；
    (3)最多可帶255個(gè)站；
    (4)通訊距離可達(dá)500m；
    (5)可以方便地和其他支持MODBUS協(xié)議的系統(tǒng)互聯(lián)、交換數(shù)據(jù)；
    (6)每臺(tái)RTU終端設(shè)有地址撥碼開關(guān)，地址可方便設(shè)定。
2.2.4計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.2.4.l中心控制室監(jiān)控計(jì)算機(jī) 作為整個(gè)硫化車問的核心，中央控制室集散控制系統(tǒng)的可靠性特別重要，因此本系統(tǒng)引人冗余熱備份技術(shù)，采用2臺(tái)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(tái)故障時(shí)另一臺(tái)自動(dòng)將所有監(jiān)控功能接替過來。
    2.2.4.2監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和信息傳遞的可靠性、實(shí)時(shí)性，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和PLC之間采用高速可靠的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式通訊，通訊速率達(dá) 10Mbps，這種方式可以在無需增加任何硬件的前提下方便地與其他信息管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，形成管理控制一體化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)．以提高全公司的管理水半。
    2.2.4.3 監(jiān)控站的硬件、軟件組成及主要功能 監(jiān)控站由2臺(tái)互為冗余熱備的高性能工控機(jī)組成，其硬盤容量20G，能存儲(chǔ)超過7年的硫化歷史數(shù)據(jù)。監(jiān)控站的主要功能是實(shí)時(shí)記錄、監(jiān)控輪胎硫化過程的各種技術(shù)參數(shù)及參數(shù)超標(biāo)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表、資料的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工作，以及各種歷史數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計(jì)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)下位PLC的在線編程等功能。
    (1)監(jiān)控站的硬件組成：DELL高性能工業(yè)用微機(jī)，CPU為PⅢ866MHz，內(nèi)存128MB，硬盤 20G。顯示器483mm，打印機(jī)為CANONBJ467彩色噴墨打印機(jī)．還有網(wǎng)卡及集線器等。
    (2)軟件組成：系統(tǒng)軟件為Windows NT Work- station 4.0．應(yīng)用軟件為FIX。 該軟件為美國(guó)Intellution公司開發(fā)的組態(tài)軟件，是真正的客戶機(jī)／服務(wù)器軟件，是全球最著名的自控軟件之一。
    (3)監(jiān)控站的主要功能： 
    ①主要參數(shù)的顯示：所有模擬量都在相關(guān)畫面上顯示出來，開關(guān)量則顯示各參數(shù)的狀態(tài)．主要有每臺(tái)硫化機(jī)的內(nèi)壓溫度、外壓溫度、內(nèi)壓壓力、冷凝水溫度等，狀態(tài)參數(shù)有硫化開始、硫化結(jié)束、報(bào)警確認(rèn)等；
    ②曲線顯示：實(shí)時(shí)顯示每臺(tái)硫化機(jī)各工藝參數(shù)的曲線，每臺(tái)硫化機(jī)一頁(yè)曲線，每頁(yè)曲線有4條實(shí)時(shí)曲線．即外溫、外溫設(shè)定、內(nèi)溫和內(nèi)壓曲線；
    ③產(chǎn)量報(bào)表：每臺(tái)硫化機(jī)產(chǎn)量按輪胎型號(hào)統(tǒng)計(jì)，有班報(bào)和月報(bào)等；
    ④參數(shù)整定：對(duì)外溫控制回路和冷凝水控制回路參數(shù)進(jìn)行在線修改、整定，實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便快捷；
    ⑤參數(shù)修改：可以在線修改各工藝參數(shù)的量程、報(bào)警限和設(shè)定值等；
    ⑥報(bào)警顯示：可以顯示每臺(tái)硫化機(jī)是否在報(bào)警以及報(bào)警確認(rèn)；
    ⑦歷史曲線查詢：可以通過時(shí)問、硫化機(jī)和輪胎序列號(hào)任何一項(xiàng)查詢硫化曲線； 
    ⑧打印功能：可以打印每幅畫面、硫化曲線及產(chǎn)量班報(bào)和月報(bào)等；
    ⑨系統(tǒng)的安全性：本系統(tǒng)共設(shè)三級(jí)權(quán)限，均用用戶名和密碼登錄．第1級(jí)為操作員級(jí)，僅能對(duì)畫面操作，第2級(jí)為工程師級(jí)，除具有操作員級(jí)功能外，還能修改一些參數(shù)，如PID參數(shù)、報(bào)警限和參數(shù)量程等，第3級(jí)為管理員級(jí)．除具備操作員、工程師級(jí)功能外，還能進(jìn)行開發(fā)，如修改畫面、權(quán)限組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)修改等。
    2.2.4.4控制站
    控制站采用美國(guó)GE公司的高性能PLC．響應(yīng)速度快，功能強(qiáng)，能支持浮點(diǎn)運(yùn)算。
    2.2.4.4.l主要硬件組成
    (1)cPU型號(hào)為：IC693CPU350，帶浮點(diǎn)運(yùn)算， 32K存儲(chǔ)器;
    (2)機(jī)架：基本機(jī)架：1C693CHS391 10槽(擴(kuò)展機(jī)架：IC693CHS392 10槽)；
    (3)電源：IC693PWK321，220VAC，24VDC， o.8A輸出，RS485通訊接口；
    (4)以太網(wǎng)卡：IC693CMM321;
    (5)AI模塊：IC693ALG223．4-20mA輸入，16 通道，13Ms／16通道,精度0.25％； 
    (6)熱電阻模塊：HE693RTD600．6通道，分度可選，精度0.25度;
    (7)AO模塊：IC693ALG392，4~20 mA可選， 8通道，刷新速率5m/8通道;
    (8)DI模塊：IC693MDL645,24VDCl6通道，數(shù)字量輸入模塊，開關(guān)響應(yīng)時(shí)間30ms和45ms;
    (9)DO模塊：IC693MDL940，16通道，2A繼電器輸出模塊。
     2.2.4.4.2控制站主要功能 
    (1)數(shù)據(jù)采集：主要采集參數(shù)有外溫、內(nèi)溫、內(nèi)壓和冷凝水溫度等．通過以太網(wǎng)實(shí)時(shí)傳到上位機(jī)； 
    (2)報(bào)警：外溫超限報(bào)警，DO模塊輸出2s脈沖，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)控制柜報(bào)警指示燈閃爍，按一下確認(rèn)按鈕后，指示燈變成平光．信號(hào)恢復(fù)正常后,報(bào)警指示燈熄滅； 
    (3)外溫控制：采集模塊采集外溫與設(shè)定值比較處理后，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥控制外溫，其控制精度為±l℃； 
    (4)冷凝水溫度控制：溫度模塊采集冷凝水溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過DO模塊輸出．控制現(xiàn)場(chǎng)電磁閥的開、關(guān)，達(dá)到控制冷凝水定溫自動(dòng)排放的目的。
    2.2.5應(yīng)用軟件編程及功能 本系統(tǒng)采用中文Microsoft Workstation4 0作為操作平臺(tái)，利用OEM美國(guó)Intellution公司的高性能組態(tài)軟件FIX，對(duì)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(cè)處理功能：檢測(cè)并線性化處理24臺(tái)硫化機(jī)的內(nèi)溫、外溫、內(nèi)壓參數(shù)，采集24臺(tái)硫化機(jī)開始、停止硫化的時(shí)間。
    (2)閉環(huán)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(hào)輪胎硫化過程，蒸汽溫度控制精度為±l℃。超限時(shí)，可向硫化機(jī)操作工發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并能接收硫化機(jī)操作臺(tái)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)行曲線等方式顯示各硫化機(jī)的硫化狀態(tài)、產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)、數(shù)量。
    (4)記錄功能：以參數(shù)表、曲線等方式記錄各臺(tái)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(hào)、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(hào)或序列。
    (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?qǐng)?bào)表，也可隨時(shí)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)，以聲光方式向中控室和硫化機(jī)操作臺(tái)同時(shí)發(fā)出報(bào)警，提醒中央控制室的運(yùn)行管理人員和硫化機(jī)臺(tái)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，確保硫化質(zhì)量。在中控室通過按鍵或在操作臺(tái)用按鈕消除聲音。同時(shí)記錄并存儲(chǔ)各種報(bào)警信息，便于今后進(jìn)行質(zhì)量追溯。
    (8)統(tǒng)計(jì)分析功能：根據(jù)硫化規(guī)格進(jìn)行分類，分別統(tǒng)計(jì)每班／日／月或不同時(shí)間段生產(chǎn)的輪胎的類別和數(shù)量，某班／日／月生產(chǎn)輪胎數(shù)量以該班時(shí)間內(nèi)開始硫化的輪胎數(shù)量為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)。
    (9)歷史檔案功能：按要求以一定的時(shí)間間隔將硫化工藝參數(shù)、曲線和狀態(tài)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間(年／月／日／時(shí)／分／秒)和序列號(hào)(記錄輪胎的批次)記入歷史數(shù)據(jù)．存檔。必要時(shí)可根據(jù)時(shí)間或產(chǎn)品序列號(hào)查找該輪胎的硫化曲線(內(nèi)溫、外溫、內(nèi)壓)和硫化時(shí)間等，利于以后追溯、查詢。
    (10)系統(tǒng)安全性：為了保證系統(tǒng)的安全性，提供了可組態(tài)的安全等級(jí)密碼，規(guī)定操作員對(duì)系統(tǒng)功能的訪問權(quán)限，有效地防止了操作員越過權(quán)限的操作。
    (11)聯(lián)網(wǎng)特性：系統(tǒng)開放型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)方便地傳送到車間或其他廠級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享。
    (12)良好的人機(jī)接口：采用全中文操作界面．操作簡(jiǎn)單。隨機(jī)的在線幫助使學(xué)習(xí)和培訓(xùn)更加方便。
2.3輪胎硫化內(nèi)壓熱循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化
    目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)輪胎行業(yè)，硫化機(jī)用熱循環(huán)水系統(tǒng)采用一次充水、二次水硫化工藝。通過安裝在供水泵出口處的2個(gè)泄壓調(diào)節(jié)閥控制泄水量，進(jìn)而控制供水壓力。在實(shí)際硫化生產(chǎn)過程中存在以下問題。
    (1)生產(chǎn)中正在硫化的機(jī)臺(tái)數(shù)目并不固定，因此對(duì)一次水和二次水用量的需求也不相同。當(dāng)用水量較小時(shí)．一部分熱循環(huán)水通過泄壓調(diào)節(jié)閥直接短路送往除氧器而不能用于硫化，造成了相當(dāng)大的能源浪費(fèi)。
    (2)生產(chǎn)中用水量變化較大，而泄壓調(diào)節(jié)閥跟隨壓力調(diào)節(jié)速度較慢，造成熱循環(huán)水壓力波動(dòng)較大，從而影響了產(chǎn)品質(zhì)量。
    (3)供水泵電機(jī)為鼠籠式電機(jī)．傳統(tǒng)控制系統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)方式為直接工頻啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，影響供電質(zhì)量。
    2.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    (1)根據(jù)以往硫化車間實(shí)際用水量的統(tǒng)計(jì)分析，我們選擇其中2臺(tái)泵作為自控泵參與自動(dòng)調(diào)壓控制。在自控系統(tǒng)的構(gòu)成中，采用壓力傳感器、壓力控制器、PLC、變頻器內(nèi)部PID和軟起動(dòng)器等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)恒壓控制。
    (2)硫化供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中．過熱水循環(huán)泵由原來的2臺(tái)工頻運(yùn)行、2臺(tái)備用改為J臺(tái)變頻運(yùn)行、J 臺(tái)軟起動(dòng)備用。
    2.3.2系統(tǒng)各部件的選用及功能特點(diǎn)
    (1)選用日本安川生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)、水泵專用CI— MR-PSA4160型的交流變頻調(diào)速器來作為水泵速度調(diào)節(jié)的主要裝置。該交流變頻調(diào)速器屬節(jié)能型、PID功能內(nèi)藏型高性能變頻調(diào)速器。
    (2)為保證檢測(cè)出過熱水管道的壓力的精確性，選用美國(guó)西特公司生產(chǎn)的耐高溫壓力傳感器。壓力傳感器將檢測(cè)出的壓力信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)4～ 20mA由電信號(hào)送到壓力控制器和交流變頻調(diào)速器。送至變頻器的壓力與變頻器內(nèi)部壓力給定值相比較，通過交流變頻調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，保證硫化用水壓力恒定。
    交流變頻調(diào)速器的升速、降速時(shí)間和PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)時(shí)問在一定范圍內(nèi)就可隨意設(shè)置。用水量變化較大時(shí)．交流變頻調(diào)速器將以盡量快的速度調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，保證硫化用水的正常壓力．極大減少了壓力波動(dòng)的范圍。
    (3)選用美國(guó)AB公司生產(chǎn)的SMC一1 50-806 型適合)一控制水泵的智能軟起動(dòng)器來起動(dòng)被控電機(jī)，較理想地解決了啟動(dòng)電流大、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的問題。
    (4)為使該控制系統(tǒng)能可靠運(yùn)行，選用日本三菱公司生產(chǎn)XOS-30MR型可編程控制器，通過對(duì)其編程使其實(shí)現(xiàn)以下功能：手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換，2臺(tái)供水泵變頻調(diào)速方式、軟啟動(dòng)方式選擇，壓力控制上、下限報(bào)警，變頻調(diào)速器、軟啟動(dòng)器故障報(bào)警，電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警。
    2.3.3系統(tǒng)控制過程 首先選擇運(yùn)行泵和備用泵．將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到 “自動(dòng)”位置，然后啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。通過可編程控制器(PLC)發(fā)出指令使變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作, 壓力傳感器從供水主管道上檢測(cè)來的壓力信號(hào)一路送至變頻調(diào)速器，變頻器根據(jù)輸入信號(hào)與內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行分析比較后，調(diào)節(jié)變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速以保持供水壓力恒定；另一路送至壓力控制器與設(shè)定的2個(gè)壓力信號(hào)進(jìn)行比較，以決定備用泵的投入、退出及壓力報(bào)警。當(dāng)變頻器控制電動(dòng)機(jī)達(dá)到設(shè)定最高頻率時(shí)．變頻器發(fā)出信號(hào)給PLC。如果此時(shí)供水壓力不低于最低設(shè)定值，將認(rèn)為是正常壓力波動(dòng)，只有變頻器輸出最高頻率持續(xù)40s 以上才啟動(dòng)軟啟動(dòng)器投人另一臺(tái)泵。如果此時(shí)供水壓力信號(hào)低于最低設(shè)定壓力．PLC將控制軟啟動(dòng)器立即啟動(dòng)另一臺(tái)泵，以確保供水壓力恒定，滿足工藝要求。
    3應(yīng)用效果
    (1)每臺(tái)三針記錄儀價(jià)格大約為5萬元，而且噴墨頭、墨水和記錄紙要定期更換；而每臺(tái)微機(jī)群控系統(tǒng)大約1.5萬元，成本大大降低，而且維護(hù)量很小。
    (2)能夠起到明顯的節(jié)電效果。由于此控制系統(tǒng)能可靠地保證供水壓力，將原來供水系統(tǒng)的2 臺(tái)供水泵改為l臺(tái)供水泵變頻運(yùn)行。一臺(tái)泵電動(dòng)機(jī)額定功率132kW，停用一臺(tái)一年可節(jié)省 1156320度電，按0.4元／kW·H，可節(jié)約電費(fèi) 46.12萬元。
    (3)由于硫化機(jī)冷凝水排放控制系統(tǒng)取消疏水閥，采用定溫控制排放，實(shí)現(xiàn)硫化冷凝水的自動(dòng)排放，使硫化機(jī)消耗蒸汽量大大降低，據(jù)統(tǒng)計(jì)．改造后每月蒸汽用量減少了3l300t左右，年合計(jì)節(jié)約費(fèi)用約人民幣93.6萬元。
    (4)雖然該硫化機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用非常成功．但不能排除人為失誤而給整個(gè)控制系統(tǒng)帶來的危害。另外，整個(gè)控制系統(tǒng)的核心只采用一套PLC 作為控制器，盡管采用高性能的PLC，可靠性也非常高，但由于多臺(tái)硫化機(jī)共用一臺(tái)PLC，一旦控制器出現(xiàn)問題，勢(shì)必對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。針對(duì)以上的問題，可以采取以下兩種解決辦法，雖然價(jià)格提高較多，但可靠性得到大大提高。
    ①采用冗余的控制器，一旦主控制器出現(xiàn)問題，處于備份的控制器馬上接管工作，不會(huì)影響正常的生產(chǎn)，而且仍然是集中控制，價(jià)格不會(huì)太高。
    ②采用分散控制，每臺(tái)硫化機(jī)采用單獨(dú)的 pLC控制，去掉原來實(shí)現(xiàn)步序功能的PLC，所有的信號(hào)采集、步序控制、外溫控制都采用一個(gè)控制器完成。采用工業(yè)以太網(wǎng)把每個(gè)PLC連接起來，這是最好的方案，但價(jià)格也是最高的。由于每臺(tái)硫化機(jī)的控制系統(tǒng)都是獨(dú)立的，互不影響，而且輪胎號(hào)輸入裝置也可以通過PLC來實(shí)現(xiàn)，所以可靠性極高，一臺(tái)控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題不會(huì)影響其他機(jī)臺(tái)的正常工作。
    4結(jié)語
    目前，我國(guó)大中型輪胎廠、橡膠廠有100多家，傳統(tǒng)的輪胎硫化控制系統(tǒng)大都采用三針記錄儀．并且三針記錄儀大部分都將進(jìn)入高維護(hù)期，若都能用此控制系統(tǒng)來進(jìn)行改造替代三針記錄儀，將為國(guó)家節(jié)約大量的資金投入。 另外，在我國(guó)大部分輪胎企業(yè)，輪胎硫化動(dòng)力供水系統(tǒng)中過熱水泵的控制，大都采用傳統(tǒng)的工頻控制方式，鑒于此控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。其應(yīng)用前景非常廣闊．由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

論文來源: 王明江.中國(guó)橡膠行業(yè)商務(wù)寶典,2004:105-110