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密炼机生产线控制系统思考

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《润滑与密封杂志》2015年第十二期

摘要:

介绍工控计算机、人机界面和PLC等功能模块在密炼机生产线控制系统中的应用,以实现密炼机生产线分布式网络集成控制的要求,提出密炼机生产线分布式网络集成控制系统的设计原理和软件设计方案。实践使用证明,该密炼机控制系统改善了系统的功能控制,提高了混炼胶质量和效率,实现了密炼机混炼过程的智能化控制和信息共享功能。

关键词:

密炼机;上位机;工作站;人机界面

密炼机即密闭式炼胶机,主要用于橡胶原料的塑炼和混炼,是橡胶炼胶工序的关键和重要设备[1]。橡胶混炼是一个极为复杂的综合加工工艺过程[2],目前,多数橡胶生产企业的混炼工序均采用上辅机、密炼机和下辅机组成生产线方式自动控制混炼生产,可确保预先设定混炼工艺过程的自动化控制,但无法实现混炼过程的智能化和数据共享等功能。随着计算机网络及通信技术的不断发展,密炼机生产线的自动化控制水平由简单的动作和功能控制向智能化方向发展成为可能[3],越来越多的科研或生产企业开始对原有控制系统进行改造,或引进具有先进管理功能的智能化网络集成控制系统。广州机械科学研究院有限公司(以下简称广研院)密炼机生产线控制系统采用具有现场总线PROFIBUS功能的西门子SIMATICS7-300PLC来控制密炼机的各种工艺参数和混炼过程[4-5],同时通过现场总线由工控机(或PC机)对混炼过程实施监控。该系统由工业计算机、人机界面和PLC等组成,采用工业以太网及现场总线联合控制的方式,对密炼机生产过程中各种原材料的输送、贮存、称重配料与投料的动作进行控制和数据传送,实现密炼机混炼的各种工艺参数智能化的控制和数据共享,在减轻劳动强度的同时实现了质量与效益的良好效果。

1网络集成控制系统的软、硬件结构设计

1.1硬件结构密炼机生产线主要由密炼机主机、上辅机、下辅机和控制系统组成。其中密炼机是密炼机生产线的核心设备,它负责按预先设定炼胶工艺对原料进行混炼,同时协调密炼机上辅机和下辅机的动作功能;上辅机按设定的配方工艺参数自动称量物料和输送投料;下辅机则按照生产线的控制指令实现对密炼机排出的胶料进行压片及冷却处理。在实际混炼的生产过程中,由于原材料本身的质量波动也会对混炼胶的质量产生影响,传统的PLC控制结构不仅不能满足密炼机混炼工艺的智能化控制要求,也无法对原材料本身的质量波动造成的影响及时对混炼工艺参数进行修正和优化,最终导致混炼胶质量的波动和异常。为了充分发挥密炼机生产线质量的稳定性和可靠性,减少原材料对混炼胶质量造成的影响,广研院采用的新密炼机生产线控制系统通过借助基于现场总线控制结构的计算机系统,人机界面和PLC等功能模块以实现橡胶混炼过程的自动化和智能化的控制要求,避免原材料因素、人为因素和设备因素影响产品质量。广研院于2013年通过技术改造立项,改造增加了一套自动化程度高,过程控制能力强,质量稳定可靠的密炼机生产线控制系统。硬件系统使用了一台工业控制级计算机作为远程监控系统的上位机,上辅机、密炼机的各工作站控制系统分别使用人机界面的终端模拟屏[6-9]和工业上有着非常广泛应用基础的西门子S7-300系列PLC作为下位机。连接方式采用PROFIBUS-DP现场总线技术,上位机通过PROFIBUS构建整套系统,分布性、可靠性与可扩展性都得到了极大的提高。现场总线PROFIBUS通过网卡接口连成以太网,监控PC通过工业以太网直接与各工作站的PLC进行通信。整个系统除实现密炼机生产线各工艺参数的取样和控制功能外,还需要与全厂计算机网络进行数据交换,完成信息通讯的重任。密炼机生产线控制系统硬件结构如图1所示。

1.2软件设计密炼机生产线控制系统设计目标是,上位机系统具备与多台下位机通讯和数据共享,实时显示密炼机混炼过程中的工作曲线,同时具有远程控制能力,可向各工作站发送计划、工艺配方文件并对历史数据进行查询、统计、打印等。其设计包括:(1)软件环境的选择。①操作系统选择。对于先进的密炼机生产线软件系统来说,操作系统的选择非常重要,它需要考虑的因素比较多,其中数据通信的可靠性和安全性是一个最主要的因素;其次,考虑到密炼机生产线控制系统需要同时对多台操作系统实现监控,操作系统与下位机系统兼容性也必须考虑。因此,操作系统选择安全性和可靠性都比较成熟稳定的Windows2000操作系统[10]。Windows2000是一个可中断的、图形化的面向商业环境的操作系统,可以支持智能卡(SmartCard)的认证、Kerberos、公共密钥结构(PKI)、加密的文件存储和网络通信等。强大的管理工具可以完全满足系统软件的编程和功能开发。②编程工具使用专业监控组态软件2次开发功能,实现除动态显示工作流程外,包括图形系统、历史数据等数据显示、报表、打印等功能。支持多种协议数据采集,支持GPRS、短信、OPC等通讯,方便用户根据需要选择。(2)上位机人机界面设计。人机界面是人与机信息交换操作的平台,其功能设置和开发的好坏将直接影响系统使用性能。密炼机生产线上位机人机界面设计,以Windows2000操作系统作为平台,采用组态王软件编制程序,进行了画面设计、通讯组态、报警设置等一系列应用开发。完成系统的控制要求,实现对密炼机生产线密炼过程的监控和管理。上位机通过局域网将信号传给密炼机生产线各工作站,由PLC控制各工作站,按照系统编制的工艺文件自动控制上辅机完成称量配料、投料,同时控制密炼机主机按混炼程序实施混炼生产。

2控制流程及主要功能

2.1密炼机生产线监视和作业控制流程密炼机生产线根据中控室上位机(计算机)输入的生产工单,通过工业以太网及现场总线联合控制的结构,以实现整个密炼机生产线系统监视控制和数据共享。系统作业控制过程分产线即时作业和离线作业2种方式。当系统采用产线即时作业方式作业时,启动作业系统会自动按照工艺配方设定的动作步骤,让下位机(PLC)分步去控制执行上辅机胶料、炭黑、油料的自动称量和投送,以及控制执行密炼机转速、上顶栓升降、加压、泄压排气、加料门、卸料门的开启等动作,自动完成胶料的混炼工作。图2为密炼机生产线监视和作业控制流程示意图。

2.2主要控制内容和系统功能(1)完成各种辅助传动的控制保护。密炼机生产线辅助传动的控制保护包括:液压站油泵启停,液压油温保护、液位保护、压力控制、油过滤堵塞保护;减速机冷却润滑泵启停,冷却润滑系统超温、超压、流量及报警控制;干油泵低油位报警等。(2)控制执行上辅机各种原材料的自动称量和投送,以及控制执行密炼机转速、上顶栓升降、加压、泄压排气、加料门、卸料门的开启等动作,自动完成胶料的混炼工作。(3)实现密炼机生产线各种工艺参数的显示、记录、控制及异常报警。包括:胶温检测显示及异常报警控制;主机电流、速度显示;主机功率、转速、胶温记录等。(4)实现远程监控功能。为方便生产计划下达,实现远程作业,控制系统专门开发设计了发送当前计划文件或配方文件到下位机的功能。生产管理员在办公室就可通过上位机进行实时监测,也可制定新的计划和配方,直接送到下位机系统实施混炼。(5)管理功能。通过中控室上位机(计算机)中央制程监控系统能够与传统ERP系统完美的结合,更便于用户进行配方管理、原料管理、成本核算以及品质管理。①制程监控:通过制程资讯实现工单的合理安排,随时掌控工单的生产情况,包括产量、用料情况、产线设备的运行情况(如转速、温度、主机电流等参数),并对订单的生产情况、用料情况及品质实现即时汇总分析。②技术改进:通过及时提供的分析报表,如生产过程中的秤量记录表,产线设备的状态变化曲线图,对工单的排程、备料过程、产线设备维护、产品质量异常原因和各部门工作协调问题及时提供分析报告,为技术改进提供真实的数据分析资料。③管理报表:自动生成详细的制程数据,并以表格形式输出,便于管理者从各个侧面分析企业的生产情况及管理实效,为提高企业管理水平提供数据支持。

3结束语

密炼机生产线系统通过网络集成控制技术的开发和应用,生产作业和管理人员通过触摸屏,就可以监控现场生产线设备的各种运行状态,也可以直接设定和更改配方,是操作人员与密炼机生产线设备直接交互的一个重要途径。通过上位机管理人员可以对历史数据进行分析、查询,为混炼工艺制定和优化提供重要的依据,大大提高生产线运行管理水平。新的密炼机控制系统在功能控制和混炼胶质量方面都得到明显的改善,实现了密炼机混炼过程的智能化控制和信息共享功能。实践使用证明,新的密炼机生产线的上线使用,大大提高了混炼胶的混炼质量和效率,使用效果良好,达到设计要求,值得同类企业推广和应用。

参考文献

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【3】张廷凯.密炼机控制系统设计及其智能化研究[D].青岛:青岛科技大学机电工程学院,2005.

【4】李金贤,马铁军,翁家雄,等.S7-300系列PLC在密炼机控制系统中的应用[J].橡胶工业2007,54(3):175-177.LIJX,MATJ,WENGJX,etal.S7-300seriesPLCapplica-tioninthemixercontrolsystem[J].ChinaRubberIndustry,2007,54(3):175-177.

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【8】王冠中.新型实验用密炼机的设计及实验研究[D].合肥:合肥工业大学机械与汽车工程学院,2002.

【9】周福海.基于模糊控制的小型密炼机上顶栓控制系统的研究[D].青岛:青岛科技大学机电工程学院,2010.

【10】李俊,马铁军,张海,等.实验室用小型密炼机智能控制系统[J].橡胶工业,2004(3):170-172.LIJ,MATJ,ZHANGH,etal.Laboratoryusesmallmixerintelligentcontrolsystem[J].ChinaRubberIndustry,2004(3):170-172.

作者:宋宝玉 张红烨 武建军 单位:广州机械科学研究院有限公司

润滑与密封杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次