劉鶴　王化建　趙聰聰　張剛曲阜師范大學(xué)工學(xué)院

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基于串口服務(wù)器的膠囊硫化機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)

劉鶴王化建趙聰聰張剛
曲阜師范大學(xué)工學(xué)院

摘要：針對(duì)輪胎膠囊硫化各車(chē)間所用PLC生產(chǎn)廠家不同、通信協(xié)議具有排他性等問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。本文主要介紹膠囊硫化機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成、上位機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)和基于串口服務(wù)器的組網(wǎng)方式。運(yùn)行結(jié)果證明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性高，易于操作，大大提高了輪胎膠囊硫化效率。

關(guān)鍵字：PLC 串口服務(wù)器 組網(wǎng) 膠囊硫化機(jī)

在輪胎生產(chǎn)中，輪胎膠囊的質(zhì)量對(duì)于輪胎的質(zhì)量和壽命至關(guān)重要。而溫度、壓力和時(shí)間是生產(chǎn)過(guò)程中影響輪胎膠囊質(zhì)量的3個(gè)關(guān)鍵因素.所以對(duì)于輪胎膠囊硫化過(guò)程中的關(guān)鍵因素的實(shí)時(shí)監(jiān)控就變得極為重要。通常采用分布式PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控輪胎膠囊硫化過(guò)程，由于各PLC生產(chǎn)廠家通信協(xié)議具有排他性，而且采用串口組網(wǎng)方式存在傳輸距離短、通信速率低、維護(hù)困難等問(wèn)題，因此我們采用先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。這提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，也使得硫化工藝參數(shù)得到精確的控制。

1　輪胎膠囊生產(chǎn)工藝介紹

若想要得到優(yōu)質(zhì)輪胎使用性能，膠囊硫化是最重要的一道工序。在硫化過(guò)程中，膠囊需經(jīng)過(guò)反復(fù)不斷的拉伸和膨脹、收縮等變形，還得經(jīng)受劇烈的升溫與冷卻。其過(guò)程為先將膠料通過(guò)一定加工制成半成品，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的化學(xué)作用，將其半成品制成所需輪胎膠囊。就輪胎硫化膠囊生產(chǎn)工藝來(lái)說(shuō)，在國(guó)內(nèi)，現(xiàn)行膠囊生產(chǎn)工藝主要有：（1）單囊模壓生產(chǎn)工藝流程為：橡膠原材料→煉膠→壓片→裁斷→模具→裝?！蚧瘷C(jī)硫化→產(chǎn)品。（2）單囊注射生產(chǎn)工藝流程為：橡膠原材料→煉膠→壓片→裁斷 →注射到模具成型→硫化→產(chǎn)品。（3）移模注生產(chǎn)工藝流程為：橡膠原材料→密煉→壓片→裁斷→ 注射到模具成型→移模集中硫化→產(chǎn)品。

2　系統(tǒng)的總體概述

控制柜實(shí)現(xiàn)對(duì)于各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中壓力、溫度、 時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)采集處理然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。系統(tǒng)底層通過(guò)單線連入串口服務(wù)器完成串口協(xié)議到 TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)高性能交換機(jī)集線后傳輸?shù)娇刂浦行?，?jīng)組態(tài)軟件解析后完成對(duì)生產(chǎn)信息的監(jiān)控。

3　系統(tǒng)組成與硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括輸入部分、輸出部分、控制部分、通訊部分。（1）輸入部分：硫化機(jī)輸入有按鈕，行程開(kāi)關(guān)，控制面板，傳感器等。工作人員可以通過(guò)控制 面板上的按鈕，來(lái)直接控制硫化機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程。傳感器采得的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后，為PLC對(duì)溫度和壓力進(jìn)行控制和顯示提供模擬輸入。（2）輸出部分：硫化機(jī)輸出有電磁閥、指示燈和報(bào)警電鈴等。通過(guò)PLC的輸出信號(hào)，控制動(dòng)作元件，實(shí)現(xiàn)硫化機(jī)的動(dòng)作。LCD可以顯示硫化機(jī)內(nèi)部的壓力、溫度等工作狀態(tài)，使操作人員能夠監(jiān)控硫化機(jī)的工作。（3）控制部分：包括A/D轉(zhuǎn)換單元、PLC控制單元、輸入輸出擴(kuò)展單元三部分。A/D轉(zhuǎn)換單元：能將傳感器傳送來(lái)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送給PLC 處理。PLC控制單元：通過(guò)內(nèi)部程序的運(yùn)算，將輸出控制信號(hào)。利用上位機(jī)、下位機(jī)通訊模塊，PLC 把現(xiàn)場(chǎng)采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)進(jìn)行處理，并從上位機(jī)處接收?qǐng)?zhí)行命令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，啟動(dòng)自動(dòng)控制過(guò)程或直接控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。輸入輸出擴(kuò)展單元：擴(kuò)展PLC控制單元的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。（4）通訊部分：采用串行通信方式，分散的 PLC通過(guò)RS485接口連接到串口服務(wù)器組上，再將串口服務(wù)器通過(guò)高性能交換機(jī)連接到控制中心的計(jì)算機(jī)上，利用軟件可方便地對(duì)硫化機(jī)進(jìn)行程序輸入、輸出、修改、監(jiān)控等。上位機(jī)將會(huì)循環(huán)采集下位機(jī)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并將其實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控畫(huà)面中。

4　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控程序選用組態(tài)程序軟件包KINGVIEW6.55，畫(huà)面為256色Windows平臺(tái)。這個(gè)軟件包由TOUCHEXPLORER、TOUCHVIEW、 DDE服務(wù)程序等主要部分組成，分別負(fù)責(zé)、系統(tǒng)工程的建立、監(jiān)控畫(huà)面的制作，監(jiān)控畫(huà)面的運(yùn)行，以 及系統(tǒng)中工控機(jī)和PLC之間的數(shù)據(jù)通訊。監(jiān)控系統(tǒng)分為設(shè)置部分、監(jiān)控部分與數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)部分三個(gè)部分。

（1）在設(shè)置畫(huà)面中，系統(tǒng)管理人員可以進(jìn)行參數(shù) 設(shè)定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集處理和顯示及命令控制界面。

（2）在監(jiān)控畫(huà)面中，會(huì)將上位機(jī)采集的每臺(tái)硫化機(jī)的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在畫(huà)面中，完成數(shù)據(jù)的采集、處理；并以報(bào)表的形式輸出采集到的數(shù)據(jù)。

（3）在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)畫(huà)面中，用可以針對(duì)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)的硫化生產(chǎn)情況，完成歷史數(shù)據(jù)的收集處理?？梢圆樵?xún)歷史數(shù)據(jù)曲線和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線，同時(shí)也可以查詢(xún)?cè)谇€上某一時(shí)刻的具體值。

4.2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

4.2.1PLC軟件實(shí)現(xiàn)

PLC采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC程序采用結(jié)構(gòu)化編程方式編制。正常工作時(shí)執(zhí)行自動(dòng)程序，由編寫(xiě)的PLC程序自動(dòng)控制硫化過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化溫度、壓力和時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)換模具或發(fā)生異常情況時(shí)，啟動(dòng)切換至手動(dòng)程序，以此保證生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)行，也提高生產(chǎn)的安全保障?？紤]到硫化車(chē)間有多個(gè)，且各個(gè)車(chē)間的PLC型號(hào)或許不一，通訊方式或許不一， 所以需要串口服務(wù)器來(lái)連接并與上位機(jī)連接。

4.2.2 基于串口服務(wù)器的組網(wǎng)方式

基于串口服務(wù)器是業(yè)內(nèi)新興的一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案。串口服務(wù)器其實(shí)是種協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。它能夠提供1、2、4、8或16口的RS232或RS422/485串口界面，還有一個(gè)10M/100M的以太網(wǎng)接口，可在TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中接入RS232/422/485串行設(shè)備，主計(jì)算機(jī)便可通過(guò)以太網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議訪問(wèn)被接入的終端設(shè)備。該方案結(jié)合了串口通訊的簡(jiǎn)單方便，又利用了以太網(wǎng)的高效穩(wěn)定，同時(shí)為后續(xù)生產(chǎn)信息跟蹤預(yù)先搭建了部分網(wǎng)絡(luò)，是一種性?xún)r(jià)比較高的組網(wǎng)方式。

將串口服務(wù)器網(wǎng)口端與交換機(jī)相連，通過(guò)對(duì)串口服務(wù)器IP地址的設(shè)置，就能形成以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。串口服務(wù)器可以連接不同型號(hào)的PLC，所以通過(guò)這種方式，不同型號(hào)的PLC可以方便的連接到以太網(wǎng)上。本系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)1個(gè)主控站與多個(gè)PLC車(chē)間之間的遠(yuǎn)程傳輸。主控站對(duì)全場(chǎng)實(shí)施集中管理，控制現(xiàn)場(chǎng)由多個(gè)PLC車(chē)間和現(xiàn)場(chǎng)儀表對(duì)各過(guò)程進(jìn)行分散控制。串口服務(wù)器選用的是臺(tái)灣MOXA的NPort-5630。

目前，它被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)串口設(shè)備和以太網(wǎng)連接方案中，提供了16個(gè)RS422/485串口，用以設(shè)備拓展。使用時(shí)，用RS485連接線將串口服務(wù)器連接到各個(gè)PLC的通訊口，用網(wǎng)線將NPort-5630和HUB 連接，完成硬件安裝。串口服務(wù)器的屬性設(shè)置可以利用NPort-5630所帶的軟件包來(lái)完成。這樣 NPort-5630為串口設(shè)備提供了便捷的傳輸方式以連接到以太網(wǎng)，且兼容性較強(qiáng)，還有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性能。此外，NPort-5630最方便的地方是能夠在串口和以太網(wǎng)接口之間直接進(jìn)行雙向傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò) NPort-5630，能夠同時(shí)集中管理分散的主機(jī)系統(tǒng)和 串口設(shè)備，并且有效地解決了相對(duì)分散的各個(gè)其它 輔助系統(tǒng)與主裝置DCS的通訊問(wèn)題。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的膠囊硫化機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)在山東西水 永一橡膠有限公司已投入使用，到目前為止系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)一年多，實(shí)踐證明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，提高了生產(chǎn)過(guò)程的安全性，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并為輪胎膠囊CIMS奠定了基礎(chǔ)，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。

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