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    1 概述

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

    膠囊硫化是膠囊生產(chǎn)中最重要的一道工序。膠囊硫化是將膠囊的膠料經(jīng)過(guò)適當(dāng)加工后制成的半成品在一定的壓力和溫度條件下，通過(guò)化學(xué)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(guò)程，因此膠囊硫化是膠囊獲得優(yōu)質(zhì)的使用性能的關(guān)鍵工序。

    膠囊硫化機(jī)是完成膠囊硫化所需的設(shè)備。膠囊硫化機(jī)通過(guò)控制上芯桿、下芯桿和主油缸的動(dòng)作，組合成一定的芯模腔，形成膠囊硫化所需的壓力。同時(shí)通過(guò)控制蒸汽的進(jìn)入以控制硫化所需的溫度。硫化過(guò)程包括合模、緊模、保壓硫化、啟模等。

    對(duì)現(xiàn)代硫化機(jī)有以下要求：

    高質(zhì)——能嚴(yán)格按照工藝參數(shù)工作，保證硫化質(zhì)量，降低次品率；

    高效——能提高工作效率，減少各環(huán)節(jié)的工作時(shí)間，提高生產(chǎn)率；

    低故障——故障率低，能盡量減少人為操作不當(dāng)引起的故障，提高設(shè)備的穩(wěn)定性；

    遠(yuǎn)程監(jiān)控——能遠(yuǎn)程監(jiān)控各硫化機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，并記錄近一段時(shí)間的工作參數(shù)，便于查詢，實(shí)現(xiàn)精益控制。

    目前國(guó)內(nèi)很多膠囊硫化機(jī)依然采用傳統(tǒng)繼電器電路控制，無(wú)法進(jìn)行精確的壓力、溫度和時(shí)間控制，膠囊質(zhì)量得不到保障，并且故障率高。也有部分硫化機(jī)采用PLC控制，但模擬量采集模塊精度不高，網(wǎng)絡(luò)延展性不好等因素，也限制了硫化機(jī)的性能。

    2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    大部分膠囊硫化機(jī)采用液壓系統(tǒng)。液壓站包括電機(jī)和泵、電磁閥、換向閥、蒸汽閥等。液壓站通過(guò)油路管道，來(lái)控制上芯模、下芯模和主油缸的升降動(dòng)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(tǒng)的壓力和溫度。系統(tǒng)控制圖如1所示。

                          

                                     圖1  膠囊硫化機(jī)控制系統(tǒng)圖

    膠囊硫化機(jī)控制系統(tǒng)采用LM系列PLC。LM系列PLC是和利時(shí)公司利用多年自動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多年專業(yè)研發(fā)，于2004年推出的新型小型一體化PLC。LM系列PLC以其性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)中，贏得了廣大用戶的好評(píng)。

    根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)，選擇40點(diǎn)CPU模塊LM3109和4通道模擬量輸入模塊LM3310。控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸入主要包括運(yùn)行方式切換按鈕、設(shè)置按鈕以及各動(dòng)作按鈕等。系統(tǒng)的模擬量輸入包括溫度變送器信號(hào)輸入和壓力變送器信號(hào)輸入。系統(tǒng)的輸出包括電機(jī)、電磁閥、指示燈等。觸摸屏用于輸入?yún)?shù)，同時(shí)監(jiān)控當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)間。計(jì)算機(jī)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)備，同時(shí)可以與PLC連接，用于保存和監(jiān)控膠囊硫化機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

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

    3 工藝流程控制

    膠囊硫化機(jī)的控制，主要包括在硫化各個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力、溫度和時(shí)間的精確控制，同時(shí)完成故障檢測(cè)報(bào)警和參數(shù)記錄以及通訊工作。

    硫化機(jī)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。

    手動(dòng)狀態(tài)下，上芯桿、下芯桿和主油缸均可實(shí)現(xiàn)升降的獨(dú)立動(dòng)作。硫化過(guò)程各步驟結(jié)束后返回總停狀態(tài)而不會(huì)自動(dòng)跳入下一步驟，需要手動(dòng)按鈕才能進(jìn)入下一個(gè)步驟。

    自動(dòng)狀態(tài)下，上芯桿、下芯桿等為組合動(dòng)作而非獨(dú)立動(dòng)作。硫化過(guò)程的各步驟完成后能自動(dòng)進(jìn)入下一步驟而無(wú)須人工進(jìn)行操作。在自動(dòng)狀態(tài)下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)主油缸的升降動(dòng)作。

    在自動(dòng)狀態(tài)下，按下快速合模按鈕后，硫化機(jī)開始自動(dòng)工作，壓力開始上升，當(dāng)達(dá)到一定壓力后自動(dòng)轉(zhuǎn)為高壓緊模階段，此時(shí)打開蒸汽閥，溫度開始上升。當(dāng)高壓緊模時(shí)壓力繼續(xù)上升到設(shè)定值以后，自動(dòng)轉(zhuǎn)為保壓硫化階段。在該階段，先判斷溫度是否達(dá)到設(shè)定值，假如沒有達(dá)到，則繼續(xù)升溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值以后，進(jìn)入保壓硫化保持階段，這個(gè)時(shí)候開始計(jì)時(shí)。當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值以后，保壓硫化結(jié)束，開始自動(dòng)啟模，其時(shí)間可設(shè)定。自動(dòng)啟模完成后，設(shè)備返回總停狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候可以人工按啟模等動(dòng)作按鈕，完成后續(xù)脫模、晾模和上料工作。其工作流程圖如下圖所示。

                   

                            圖2  自動(dòng)模式下工作流程圖

    膠囊硫化機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警，包括壓力過(guò)低報(bào)警、升溫超時(shí)報(bào)警、溫度過(guò)低報(bào)警等，為系統(tǒng)自我診斷提供方便。

    4 系統(tǒng)特點(diǎn)

    利用LM系列PLC設(shè)計(jì)的膠囊硫化機(jī)控制系統(tǒng)，與目前絕大部分膠囊硫化機(jī)設(shè)備比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

    1、 溫度和壓力控制精度高。

    壓力、溫度和時(shí)間是硫化控制的三要素，其中壓力和溫度都需要通過(guò)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(dá)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(chǎn)高質(zhì)量的膠囊提供了保障。

    2、 具有豐富的網(wǎng)絡(luò)接口。

    現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的管理要求越來(lái)越高，為加強(qiáng)技術(shù)管理與監(jiān)督，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)備的穩(wěn)定性，就要求設(shè)備能提供豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，滿足其監(jiān)控需求。G3系列PLC的CPU模塊LM3109本體就自帶RS232和RS485串口，可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)通訊。既可實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的監(jiān)控需求，也可滿足遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需求而無(wú)須添加其余模塊。同時(shí)，G3系列PLC還有現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展模塊和工業(yè)以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊，為滿足一些特殊需求提供了便利。

    3、 可實(shí)現(xiàn)本地保存工藝參數(shù)。

    G3系列PLC的CPU模塊LM3109自身帶有6K的掉電數(shù)據(jù)保持區(qū)，可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的本地保存。為特殊狀態(tài)下數(shù)據(jù)保存提供了方便。同時(shí)，LM3109還具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，能記錄和顯示當(dāng)前時(shí)間。

    4、 快速的輸出性能。

    硫化過(guò)程有大量的機(jī)械動(dòng)作需要控制，包括高壓泵和低壓泵電機(jī)的啟停，蒸汽閥、液壓閥的開合等。PLC從信號(hào)發(fā)生到響應(yīng)是有一定延時(shí)的。在大部分情況下，這種延時(shí)不會(huì)帶來(lái)太大的影響。但在某些時(shí)候，諸如當(dāng)壓力到達(dá)硫化壓力，高壓緊模結(jié)束轉(zhuǎn)為保壓硫化的時(shí)候，需要高壓泵立即停止。瞬間的延時(shí)都可能導(dǎo)致壓力繼續(xù)快速上升。壓力過(guò)高，膠囊硫化時(shí)可能產(chǎn)生老化，脫硫等不利影響。因此這個(gè)時(shí)候就需要PLC在判斷到壓力到達(dá)后能立即輸出信號(hào)，停止高壓泵的動(dòng)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(hào)，縮短了信號(hào)響應(yīng)的時(shí)間。其次，CPU獨(dú)特的通訊處理，使得在與觸摸屏或者計(jì)算機(jī)通訊時(shí)不會(huì)占用PLC程序運(yùn)行時(shí)間，PLC程序不會(huì)中斷，同樣提高了設(shè)備的實(shí)時(shí)性。

    5 結(jié)束語(yǔ)

    某橡膠集團(tuán)是我國(guó)輪胎生產(chǎn)行業(yè)的龍頭企業(yè)，某有限公司是這個(gè)集團(tuán)下屬的一家輪胎生產(chǎn)企業(yè)。和利時(shí)LM系列PLC用于此有限公司硫化車間的膠囊硫化機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了膠囊硫化機(jī)的自動(dòng)化控制和網(wǎng)絡(luò)化管理，大大提高了膠囊的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)、高效、低故障率等要求。

    參 考 文 獻(xiàn)

    [1] 《LM小型一體化PLC硬件手冊(cè)》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2006

    [2] 《LM小型一體化PLC軟件手冊(cè)》，杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，2006

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