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《潤滑與密封雜志》2015年第十二期

摘要:

介紹工控計算機、人機界面和PLC等功能模塊在密煉機生產線控制系統中的應用，以實現密煉機生產線分布式網絡集成控制的要求，提出密煉機生產線分布式網絡集成控制系統的設計原理和軟件設計方案。實踐使用證明，該密煉機控制系統改善了系統的功能控制，提高了混煉膠質量和效率，實現了密煉機混煉過程的智能化控制和信息共享功能。

關鍵詞:

密煉機;上位機;工作站;人機界面

密煉機即密閉式煉膠機，主要用于橡膠原料的塑煉和混煉，是橡膠煉膠工序的關鍵和重要設備［1］。橡膠混煉是一個極為復雜的綜合加工工藝過程［2］，目前，多數橡膠生產企業的混煉工序均采用上輔機、密煉機和下輔機組成生產線方式自動控制混煉生產，可確保預先設定混煉工藝過程的自動化控制，但無法實現混煉過程的智能化和數據共享等功能。隨著計算機網絡及通信技術的不斷發展，密煉機生產線的自動化控制水平由簡單的動作和功能控制向智能化方向發展成為可能［3］，越來越多的科研或生產企業開始對原有控制系統進行改造，或引進具有先進管理功能的智能化網絡集成控制系統。廣州機械科學研究院有限公司(以下簡稱廣研院)密煉機生產線控制系統采用具有現場總線PROFIBUS功能的西門子SIMATICS7-300PLC來控制密煉機的各種工藝參數和混煉過程［4－5］，同時通過現場總線由工控機(或PC機)對混煉過程實施監控。該系統由工業計算機、人機界面和PLC等組成，采用工業以太網及現場總線聯合控制的方式，對密煉機生產過程中各種原材料的輸送、貯存、稱重配料與投料的動作進行控制和數據傳送，實現密煉機混煉的各種工藝參數智能化的控制和數據共享，在減輕勞動強度的同時實現了質量與效益的良好效果。

1網絡集成控制系統的軟、硬件結構設計

1.1硬件結構密煉機生產線主要由密煉機主機、上輔機、下輔機和控制系統組成。其中密煉機是密煉機生產線的核心設備，它負責按預先設定煉膠工藝對原料進行混煉，同時協調密煉機上輔機和下輔機的動作功能;上輔機按設定的配方工藝參數自動稱量物料和輸送投料;下輔機則按照生產線的控制指令實現對密煉機排出的膠料進行壓片及冷卻處理。在實際混煉的生產過程中，由于原材料本身的質量波動也會對混煉膠的質量產生影響，傳統的PLC控制結構不僅不能滿足密煉機混煉工藝的智能化控制要求，也無法對原材料本身的質量波動造成的影響及時對混煉工藝參數進行修正和優化，最終導致混煉膠質量的波動和異常。為了充分發揮密煉機生產線質量的穩定性和可靠性，減少原材料對混煉膠質量造成的影響，廣研院采用的新密煉機生產線控制系統通過借助基于現場總線控制結構的計算機系統，人機界面和PLC等功能模塊以實現橡膠混煉過程的自動化和智能化的控制要求，避免原材料因素、人為因素和設備因素影響產品質量。廣研院于2013年通過技術改造立項，改造增加了一套自動化程度高，過程控制能力強，質量穩定可靠的密煉機生產線控制系統。硬件系統使用了一臺工業控制級計算機作為遠程監控系統的上位機，上輔機、密煉機的各工作站控制系統分別使用人機界面的終端模擬屏［6－9］和工業上有著非常廣泛應用基礎的西門子S7-300系列PLC作為下位機。連接方式采用PROFIBUS-DP現場總線技術，上位機通過PROFIBUS構建整套系統，分布性、可靠性與可擴展性都得到了極大的提高。現場總線PROFIBUS通過網卡接口連成以太網，監控PC通過工業以太網直接與各工作站的PLC進行通信。整個系統除實現密煉機生產線各工藝參數的取樣和控制功能外，還需要與全廠計算機網絡進行數據交換，完成信息通訊的重任。密煉機生產線控制系統硬件結構如圖1所示。

1.2軟件設計密煉機生產線控制系統設計目標是，上位機系統具備與多臺下位機通訊和數據共享，實時顯示密煉機混煉過程中的工作曲線，同時具有遠程控制能力，可向各工作站發送計劃、工藝配方文件并對歷史數據進行查詢、統計、打印等。其設計包括:(1)軟件環境的選擇。①操作系統選擇。對于先進的密煉機生產線軟件系統來說，操作系統的選擇非常重要，它需要考慮的因素比較多，其中數據通信的可靠性和安全性是一個最主要的因素;其次，考慮到密煉機生產線控制系統需要同時對多臺操作系統實現監控，操作系統與下位機系統兼容性也必須考慮。因此，操作系統選擇安全性和可靠性都比較成熟穩定的Windows2000操作系統［10］。Windows2000是一個可中斷的、圖形化的面向商業環境的操作系統，可以支持智能卡(SmartCard)的認證、Kerberos、公共密鑰結構(PKI)、加密的文件存儲和網絡通信等。強大的管理工具可以完全滿足系統軟件的編程和功能開發。②編程工具使用專業監控組態軟件2次開發功能，實現除動態顯示工作流程外，包括圖形系統、歷史數據等數據顯示、報表、打印等功能。支持多種協議數據采集，支持GPRS、短信、OPC等通訊，方便用戶根據需要選擇。(2)上位機人機界面設計。人機界面是人與機信息交換操作的平臺，其功能設置和開發的好壞將直接影響系統使用性能。密煉機生產線上位機人機界面設計，以Windows2000操作系統作為平臺，采用組態王軟件編制程序，進行了畫面設計、通訊組態、報警設置等一系列應用開發。完成系統的控制要求，實現對密煉機生產線密煉過程的監控和管理。上位機通過局域網將信號傳給密煉機生產線各工作站，由PLC控制各工作站，按照系統編制的工藝文件自動控制上輔機完成稱量配料、投料，同時控制密煉機主機按混煉程序實施混煉生產。

2控制流程及主要功能

2.1密煉機生產線監視和作業控制流程密煉機生產線根據中控室上位機(計算機)輸入的生產工單，通過工業以太網及現場總線聯合控制的結構，以實現整個密煉機生產線系統監視控制和數據共享。系統作業控制過程分產線即時作業和離線作業2種方式。當系統采用產線即時作業方式作業時，啟動作業系統會自動按照工藝配方設定的動作步驟，讓下位機(PLC)分步去控制執行上輔機膠料、炭黑、油料的自動稱量和投送，以及控制執行密煉機轉速、上頂栓升降、加壓、泄壓排氣、加料門、卸料門的開啟等動作，自動完成膠料的混煉工作。圖2為密煉機生產線監視和作業控制流程示意圖。

2.2主要控制內容和系統功能(1)完成各種輔助傳動的控制保護。密煉機生產線輔助傳動的控制保護包括:液壓站油泵啟停，液壓油溫保護、液位保護、壓力控制、油過濾堵塞保護;減速機冷卻潤滑泵啟停，冷卻潤滑系統超溫、超壓、流量及報警控制;干油泵低油位報警等。(2)控制執行上輔機各種原材料的自動稱量和投送，以及控制執行密煉機轉速、上頂栓升降、加壓、泄壓排氣、加料門、卸料門的開啟等動作，自動完成膠料的混煉工作。(3)實現密煉機生產線各種工藝參數的顯示、記錄、控制及異常報警。包括:膠溫檢測顯示及異常報警控制;主機電流、速度顯示;主機功率、轉速、膠溫記錄等。(4)實現遠程監控功能。為方便生產計劃下達，實現遠程作業，控制系統專門開發設計了發送當前計劃文件或配方文件到下位機的功能。生產管理員在辦公室就可通過上位機進行實時監測，也可制定新的計劃和配方，直接送到下位機系統實施混煉。(5)管理功能。通過中控室上位機(計算機)中央制程監控系統能夠與傳統ERP系統完美的結合，更便于用戶進行配方管理、原料管理、成本核算以及品質管理。①制程監控:通過制程資訊實現工單的合理安排，隨時掌控工單的生產情況，包括產量、用料情況、產線設備的運行情況(如轉速、溫度、主機電流等參數)，并對訂單的生產情況、用料情況及品質實現即時匯總分析。②技術改進:通過及時提供的分析報表，如生產過程中的秤量記錄表，產線設備的狀態變化曲線圖，對工單的排程、備料過程、產線設備維護、產品質量異常原因和各部門工作協調問題及時提供分析報告，為技術改進提供真實的數據分析資料。③管理報表:自動生成詳細的制程數據，并以表格形式輸出，便于管理者從各個側面分析企業的生產情況及管理實效，為提高企業管理水平提供數據支持。

3結束語

密煉機生產線系統通過網絡集成控制技術的開發和應用，生產作業和管理人員通過觸摸屏，就可以監控現場生產線設備的各種運行狀態，也可以直接設定和更改配方，是操作人員與密煉機生產線設備直接交互的一個重要途徑。通過上位機管理人員可以對歷史數據進行分析、查詢，為混煉工藝制定和優化提供重要的依據，大大提高生產線運行管理水平。新的密煉機控制系統在功能控制和混煉膠質量方面都得到明顯的改善，實現了密煉機混煉過程的智能化控制和信息共享功能。實踐使用證明，新的密煉機生產線的上線使用，大大提高了混煉膠的混煉質量和效率，使用效果良好，達到設計要求，值得同類企業推廣和應用。

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作者：宋寶玉 張紅燁 武建軍 單位：廣州機械科學研究院有限公司