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    1 概述

    膠囊是輪胎加工時必備的配件，在輪胎硫化過程中，膠囊需要經受反復的膨脹和收縮、拉伸等變形，還要經受急劇的升溫和冷卻，因此對膠囊有很高的性能要求。

    膠囊硫化是膠囊生產中最重要的一道工序。膠囊硫化是將膠囊的膠料經過適當加工后制成的半成品在一定的壓力和溫度條件下，通過化學作用，將半成品制成膠囊外型，并獲取符合輪胎加工的使用性能的工藝過程，因此膠囊硫化是膠囊獲得優質的使用性能的關鍵工序。

    膠囊硫化機是完成膠囊硫化所需的設備。膠囊硫化機通過控制上芯桿、下芯桿和主油缸的動作，組合成一定的芯模腔，形成膠囊硫化所需的壓力。同時通過控制蒸汽的進入以控制硫化所需的溫度。硫化過程包括合模、緊模、保壓硫化、啟模等。

    對現代硫化機有以下要求：

    高質——能嚴格按照工藝參數工作，保證硫化質量，降低次品率；

    高效——能提高工作效率，減少各環節的工作時間，提高生產率；

    低故障——故障率低，能盡量減少人為操作不當引起的故障，提高設備的穩定性；

    遠程監控——能遠程監控各硫化機的當前狀態，并記錄近一段時間的工作參數，便于查詢，實現精益控制。

    目前國內很多膠囊硫化機依然采用傳統繼電器電路控制，無法進行精確的壓力、溫度和時間控制，膠囊質量得不到保障，并且故障率高。也有部分硫化機采用PLC控制，但模擬量采集模塊精度不高，網絡延展性不好等因素，也限制了硫化機的性能。

    2 系統設計

    大部分膠囊硫化機采用液壓系統。液壓站包括電機和泵、電磁閥、換向閥、蒸汽閥等。液壓站通過油路管道，來控制上芯模、下芯模和主油缸的升降動作。蒸汽閥控制蒸汽管路的通斷。壓力變送器和溫度變送器用于采集系統的壓力和溫度。系統控制圖如1所示。

                          

                                     圖1  膠囊硫化機控制系統圖

    膠囊硫化機控制系統采用LM系列PLC。LM系列PLC是和利時公司利用多年自動控制經驗，經過多年專業研發，于2004年推出的新型小型一體化PLC。LM系列PLC以其性能穩定、質量可靠等優點，廣泛應用于眾多行業中，贏得了廣大用戶的好評。

    根據輸入輸出點數，選擇40點CPU模塊LM3109和4通道模擬量輸入模塊LM3310。控制系統的開關量輸入主要包括運行方式切換按鈕、設置按鈕以及各動作按鈕等。系統的模擬量輸入包括溫度變送器信號輸入和壓力變送器信號輸入。系統的輸出包括電機、電磁閥、指示燈等。觸摸屏用于輸入參數，同時監控當前運行狀態和時間。計算機作為遠程監控的設備，同時可以與PLC連接，用于保存和監控膠囊硫化機的運行狀態。

    CPU模塊：LM3109，本體集成24 DI/16 繼電器DO，其輸出有4個公共端，具有一個RS232端口和一個RS485端口。

    模擬量輸入模塊：LM3310，4路AI，可以采集0~10V、0~20mA、4~20mA等模擬量輸入信號。

    3 工藝流程控制

    膠囊硫化機的控制，主要包括在硫化各個階段，實現對壓力、溫度和時間的精確控制，同時完成故障檢測報警和參數記錄以及通訊工作。

    硫化機可以實現手動/自動兩種運行方式。

    手動狀態下，上芯桿、下芯桿和主油缸均可實現升降的獨立動作。硫化過程各步驟結束后返回總停狀態而不會自動跳入下一步驟，需要手動按鈕才能進入下一個步驟。

    自動狀態下，上芯桿、下芯桿等為組合動作而非獨立動作。硫化過程的各步驟完成后能自動進入下一步驟而無須人工進行操作。在自動狀態下，無法實現主油缸的升降動作。

    在自動狀態下，按下快速合模按鈕后，硫化機開始自動工作，壓力開始上升，當達到一定壓力后自動轉為高壓緊模階段，此時打開蒸汽閥，溫度開始上升。當高壓緊模時壓力繼續上升到設定值以后，自動轉為保壓硫化階段。在該階段，先判斷溫度是否達到設定值，假如沒有達到，則繼續升溫，當溫度達到設定值以后，進入保壓硫化保持階段，這個時候開始計時。當時間到達設定值以后，保壓硫化結束，開始自動啟模，其時間可設定。自動啟模完成后，設備返回總停狀態。這個時候可以人工按啟模等動作按鈕，完成后續脫模、晾模和上料工作。其工作流程圖如下圖所示。

                   

                            圖2  自動模式下工作流程圖

    膠囊硫化機控制系統可以實現多種報警，包括壓力過低報警、升溫超時報警、溫度過低報警等，為系統自我診斷提供方便。

    4 系統特點

    利用LM系列PLC設計的膠囊硫化機控制系統，與目前絕大部分膠囊硫化機設備比較，具有如下優點：

    1、 溫度和壓力控制精度高。

    壓力、溫度和時間是硫化控制的三要素，其中壓力和溫度都需要通過模擬量模塊采集至PLC。壓力和溫度控制的精度，決定了膠囊的使用性能。G3系列PLC模擬量采集模塊LM3310采集精度高達0.2%，高于目前絕大部分品牌的PLC模擬量采集模塊的精度。高精度的模擬量采集性能，為生產高質量的膠囊提供了保障。

    2、 具有豐富的網絡接口。

    現代化企業對生產的管理要求越來越高，為加強技術管理與監督，提高產品的質量和設備的穩定性，就要求設備能提供豐富的網絡接口，滿足其監控需求。G3系列PLC的CPU模塊LM3109本體就自帶RS232和RS485串口，可獨立實現通訊。既可實現本地設備的監控需求，也可滿足遠程網絡監控需求而無須添加其余模塊。同時，G3系列PLC還有現場總線擴展模塊和工業以太網擴展模塊，為滿足一些特殊需求提供了便利。

    3、 可實現本地保存工藝參數。

    G3系列PLC的CPU模塊LM3109自身帶有6K的掉電數據保持區，可實現工藝參數的本地保存。為特殊狀態下數據保存提供了方便。同時，LM3109還具有實時時鐘功能，能記錄和顯示當前時間。

    4、 快速的輸出性能。

    硫化過程有大量的機械動作需要控制，包括高壓泵和低壓泵電機的啟停，蒸汽閥、液壓閥的開合等。PLC從信號發生到響應是有一定延時的。在大部分情況下，這種延時不會帶來太大的影響。但在某些時候，諸如當壓力到達硫化壓力，高壓緊模結束轉為保壓硫化的時候，需要高壓泵立即停止。瞬間的延時都可能導致壓力繼續快速上升。壓力過高，膠囊硫化時可能產生老化，脫硫等不利影響。因此這個時候就需要PLC在判斷到壓力到達后能立即輸出信號，停止高壓泵的動作。G3系列PLC擁有高性能的輸出特性。首先，LM3109具有立即輸出功能，即可以不受掃描周期的影響而立即輸出信號，縮短了信號響應的時間。其次，CPU獨特的通訊處理，使得在與觸摸屏或者計算機通訊時不會占用PLC程序運行時間，PLC程序不會中斷，同樣提高了設備的實時性。

    5 結束語

    某橡膠集團是我國輪胎生產行業的龍頭企業，某有限公司是這個集團下屬的一家輪胎生產企業。和利時LM系列PLC用于此有限公司硫化車間的膠囊硫化機自動控制系統中，實現了膠囊硫化機的自動化控制和網絡化管理，大大提高了膠囊的生產效率和產品質量，實現了高質、高效、低故障率等要求。

    參 考 文 獻

    [1] 《LM小型一體化PLC硬件手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2006

    [2] 《LM小型一體化PLC軟件手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2006

    [3] 《LM小型一體化PLC指令與功能塊手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2006