1 引言
轮胎硫化机作为轮胎制造的主要工艺设备，其性能的好坏直接影响轮胎硫化的质量，特别是在日益激烈竞争的市场环境下，其作用显得更加重要。硫化机的工艺流程主要有:装胎、定型、合模、打内压、硫化(必要时延时硫化)、内冷、外冷、开模、取胎、吹风等过程，其控制系统核心部分是硫化过程控制和程序控制。因此，硫化机自动控制装置主要分为两大部分：
第一部分，硫化外温的闭环控制。通过调节阀调节进入硫化机的蒸汽量控制轮胎硫化温度，目前国内使用的硫化机多采用带PID调节的三针记录仪。但其存在着控制精度差，价格高等问题，同时由于该记录仪为机械结构，在硫化现场高温多尘的场合下应用，经常发生故障，且备品备件难以购买，经常影响硫化机的正常操作和生产，降低生产效率，也增加了维修成本。另外，由于人为的因素，现场的记录管理也很不规范。
第二部分，硫化机步进程控。目前，国内硫化机该部分多采用只有逻辑控制功能的PLC，通过接触器控制开、合模电机，电磁阀控制硫化机的进汽、进水、进风等工序。该部分既无法处理和记录过程控制数据，参数的调整也比较麻烦，且不具备生产过程中的工艺参数统计功能，特别是当更换轮胎型号时，每台硫化机的控制装置都要调整，现场工作量很大。
因此，设计制作一种利用先进计算机控制技术的硫化机群集散控制系统，不仅能提高企业的自动化管理水平，也能降低进入高维护期硫化机控制装置的维护成本。提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，同时提高轮胎产品质量。
2 总体方案设计
我公司硫化分厂北63.5″硫化厂房共有24台硫化机，其中14台使用美国四针记录仪，另外10台使用日本恒河记录仪。用来记录内温、内压、外温以及外温的控制，但其故障率高，维修备件难以购买。所用PLC的型号为日本OMR0N公司的C200H，且原产品设计没有考虑数据统计、超限报警以及与计算机联网等问题。为此，针对现场情况对两种改造方案进行比较，以便取代三针记录仪的记录、控制功能，实现生产的统计管理、硫化过程工艺参数的历史查询等功能。
第一种方案，从硬件角度考虑，更换并增加C200H的基板容量，增加通讯接口板LK201、RS232/485转换卡、模拟量输入卡、模拟量输出卡。软件方面，在原有PLC程控功能的基础上将三针记录仪的功能移进PLC，即具有硫化外温的连续调节控制和硫化内压、内温、外温的运行参数连续记录功能。采用该方式的优点是可以将硫化机机台的所有运行参数通过通讯网络与计算机双向交换，全面记录相关的数据信息。缺点是对原有的PLC系统进行全面编程改造，难度大、造价高、改造调试时间长，满足不了现有的生产运行条件。
第二种方案，针对急需解决的实际问题，保留C200H的硬件及程控功能不变，将原有三针记录仪的功能，即硫化外温的连续调节控制功能和硫化内压、内温、外温的运行参数连续记录功能，通过敷设线缆传送到设在中央控制室的集散控制系统中，同时传送到中央控制室的信息还包括反映硫化机运行状态的硫化开始、硫化结束、故障报警及复位等。采用该方案的优点是不需对原布的PLC系统进行编程改造，难度小、造价低，利用停产检修时间即可完成改造，不影响现有的生产运行。缺点是无法把硫化机机台内的所有运行信息通过设在中央控制室的计算机进行显示、处理、记录、存档和打印。
综上所述，结合实际生产运行的需要，采用第二种方案，对硫化分厂的硫化机群控制系统进行改造。
3 系统结构及设计
3.1 中心控制室监控计算机
作为整个硫化车间的核心，中央控制室集散控制系统的可靠性特别重要，因此在本系统引入冗余热备份技术，采用两台互为备用的高性能计算机作控制室操作监控站，二者既可以同时运行，也可以单独运行，当其中一台故障时，另一台自动将所有监控功能接替过来。以保证监控记录的完整性。
3.2 监控网络
考虑系统数据采集和信息传递的快速性，监控站计算机和过程控制站之间采用10M标准以太网技术(TCP/IP)。该技术的采用可以方便地和全厂的信息管理系统相连，形成管控一体化的网络系统，提高全厂的科学管理水平。
3.3 硫化机过程控制站
采用美国GE公司高可靠性的PLC产品，主机为80386EX/25M，内置PID算法和浮点运算功能，控制功能强，编程方便。另选用隔离的模拟量输入/输出接口板和开关量输入/输出接口板，通用性强。
3.4 硫化机现场操作控制柜
本系统采用高性能的智能数显表，在实现硫化工艺过程温度参数(内温、外温)采集、显示，以便于硫化现场操作人员的观测。同时将数据信息传送中央控制室内的硫化机过程控制站，由其对采集到的数据进行处理、储存，并能以各种功能图表进行显示。
考虑目前现场温度参数变送器的不同，在进行改造的同时，温度信号全部采用PT100热电阻信号，通过智能数显表进行转换。
4 软件编程及功能
集散控制系统的改造不仅考虑到优异实用的操作控制功能，还充分考虑到系统扩展和联网通信功能，以利于企业今后发展时对提高管理水平的需要。本系统采用中文Microsoft Workstation 4.0作为操作平台，利用Intellution公司的高性能组态软件CFYX，对整个硫化机群集散控制系统进行编程，主要的功能及特点如下:
(1)检测处理功能:检测并线性化处理24台硫化机的内温、外温、内压参数，采集24台硫化机开始、停止硫化的时间。
(2)闭环控制功能:具有硫化外温的PID控制功能，自动控制不同硫化机或同一硫化机不同规格型号轮胎硫化过程的蒸汽温度控制，精度为±1℃。当温度超限时向硫化机现场操作柜发出报警信号，同时也接收来自硫化机操作台的报警处理信息。
(3)图形报表功能:以参数表、工艺流程图、棒状图、运行曲线的方式显示各硫化机的硫化状态、产品规格型号及当班各机台己硫化轮胎的数量等。
(4)记录功能:以参数表、曲线等方式记录各台硫化机的内温、外温、内压参数。
(5)在线调整功能:在系统运行时，工程技术人员输入密码后，可随时修改各仪表的量程、报警限值、硫化轮胎的规格型号、硫化时蒸汽温度及其他运行参数。也可定时集中输入各硫化机硫化轮胎的规格型号或序列号。
(6)打印功能:以定时和随机两种方式打印硫化机群的运行班报表、日报表，并随时可进行屏幕拷贝。
(7)报警管理:当内温、外温、内压、硫化时间等参数超限时，以声光方式在中控室和硫化机现场操作柜同时发出报警，以提醒中央控制室的运行管理人员和硫化机台的操作人员及时处理，特别是硫化外温达不到设定值时，由操作人员进行延时硫化，以确保轮胎硫化的质量。只有通过中央控制室按键或由操作工在硫化机电控柜用按钮来消除报警，同时记录并存储各种报警信息，便于今后用于产品的质量追溯。
(8)统计分析功能:根据硫化规格进行分类，分别统计各班/日/月或不同时间段生产的轮胎的类别和数量，某班/日/月生产轮胎数量以该班工作时间内开始硫化轮胎为计数起始点。
(9)历史档案查询功能:根据硫化运行的要求，以一定的时间间隔将硫化工艺参数、曲线和状态根据运行时间(年/月/日/时/分/秒)和序列号(记录轮胎的批次)记入历史数据区并存档。必要时可根据时间或产品序列号查找该轮胎的硫化曲线(内温、外温、内压)，硫化时间等，易于今后进行质量追溯和查询。
(10)系统安全性:为了保证系统的安全运行，提供了可组态的安全等级密码，规定操作员对系统功能的访问权限，只允许操作自己的画面、报警点和数据，有效地防止操作员的越权操作。
(11)联网特性:系统开放型的网络特性结构，使系统的实时数据或历史数据方便地传送到分厂或公司其他管理网络中，实现系统资源网络共享。
(12)良好的人机界面:采用全中文操作界面，操作简单，易掌握。随机的在线帮助使学习和培训更方便。
5 结语
由于该系统采用分散控制、集中管理的方式，可靠性大大提高:通过采用计算机网络通讯技术，各项性能指标和原指针式记录仪表相比大大增强:自动化水平和生产管理水平明显改善，并取得了良好的经济效益。尽管技术改造成效显著，但实际所用改造资金远远低于预计的常规改造的预算，为公司节约了大量资金投入。
2/15/2009
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