趙哲，屈晏弘，何冬華，李文杰

(北京橡膠工業(yè)研究設計院有限公司，北京 100143)

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們對日常生活生產所用產品品質要求也愈發(fā)提高。在這個過程輪胎行業(yè)也對輪胎性能要求越來越高，而膠料質量是影響輪胎性能的重要因素之一，在膠料混煉過程中各原材料配比的準確性是影響膠料質量的重要因素之一。

工藝油是輪胎膠料生產過程中的關鍵原料之一[1]，由上輔機油料秤進行稱量并按工藝要求由油泵自動注入密煉機中參與膠料混煉。上輔機工藝油料稱量過程一般由油料秤進行自動稱量，在生產過程中沒有其它設備對其進行校驗，致使油料秤一旦發(fā)生故障無法及時發(fā)現，會造成大量不合格膠料產生，嚴重影響膠料性能。膠料發(fā)生質量問題后回溯生產狀態(tài)缺乏足夠有效信息，工藝油料稱量過程產生超差現象，校秤時需要人工手動提砝碼到油料秤進行校驗，日常生產過程中處理這些問題費時費力。

針對油料稱量生產過程中的問題，設計開發(fā)上輔機油料稱量二次校驗控制系統(tǒng)，優(yōu)化油料稱量流程，并將其生產狀態(tài)信息以數字化形式進行反饋記錄，使工藝油稱量過程更具有可靠性和可操作性。

1 上輔機油料稱量系統(tǒng)

1.1 油料稱量系統(tǒng)組成

現有上輔機油料稱量系統(tǒng)主要由：油料秤、油料備料斗、溫控系統(tǒng)等組成如圖1 所示。

圖1 油料秤系統(tǒng)圖

其中油料秤主要由：油料稱量斗、快加氣動球閥、慢加氣動球閥、卸料氣動球閥、油料秤稱重傳感器、電磁閥、油料秤稱重儀表及PLC 控制系統(tǒng)組成。

其中油料備料斗主要由：油料備料、音叉液位計、排錯手閥及PLC 控制系統(tǒng)組成。

其中溫控系統(tǒng)主要由：蒸汽管管路、蒸汽加熱閥、電磁閥、測溫電阻、溫度表及PLC 控制系統(tǒng)組成。

1.2 油料稱量過程

油料稱量過程中，PLC 控制系統(tǒng)根據工藝配方設定工藝油料種類，控制與其對應的電磁閥打開相應的自動加料氣動球閥并根據工藝設定稱量參數進行自動稱量，直至達到工藝配方設定值。并產生油料稱量好信號，此時會系統(tǒng)如果允許卸料，則會自動通過卸料氣動球閥將油料秤中稱好物料自動卸料到油料備料斗中[2～3]。

1.3 油料稱量過程異常情況分析

（1）雖然在日常生產過程中生產人員會根據工藝要求對油料秤進行定期檢定校驗，但在密煉生產過程中若油料秤稱重傳感器或油料秤稱重儀表發(fā)生故障，導致油料秤稱重儀表數值不與油料秤內物料多少呈線性變化，此時生產操作人員無法發(fā)現設備異常，會導致大量不合格膠料產生。

（2）油料稱量系統(tǒng)僅在備料斗下方設計一個排錯口，一旦油料稱量發(fā)生超差等異常狀況，操作人員只能將油料卸到備料斗中并通過排錯口進行排出，排出完成后重新進行生產。處理此異常狀況會導致整條密煉線停止生產，嚴重影響生產效率。

2 上輔機油料稱量二次校驗系統(tǒng)

本研究為解決密煉生產過程中油料秤發(fā)生稱量異常問題而開發(fā)的上輔機油料二次校驗系統(tǒng)，可以實現油料系統(tǒng)稱量過程的可靠性及穩(wěn)定性。

在原有上輔機系統(tǒng)基礎上重新設計油料秤，在油料秤下增加油料稱量校驗秤，實現對稱量好油料進行二次重量校驗；在油料秤及油料稱量校驗秤上分別增加排錯口，方便發(fā)生超差等問題后排除異常油料；在油料秤及油料稱量校驗秤上分別增加2 臺校秤氣缸并相應掛有砝碼，校秤氣缸可單獨運行。如圖2 所示。

圖2 上輔機油料稱量二次校驗系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)在每班生產前或生產間隙可通過自動校秤系統(tǒng)分別對油料秤及油料校驗秤進行線性度及量程驗證；在生產過程中油料校驗秤會對每次稱好工藝油料進行重量驗證，一旦發(fā)生重量異?？煞謩e通過排錯口將異常工藝油料單獨排除，不影響生產。

3 控制系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)是對原上輔機油料系統(tǒng)進行升級改造。原上輔機控制系統(tǒng)主要由三菱Q 系列可編程邏輯控制器（PLC）、稱重儀表、上位機等構成。由于上輔機油料稱量二次校驗控制系統(tǒng)增加被控單元及稱重儀表，原系統(tǒng)IO 點數不足，在此基礎上基于模塊化結構設計，重新設計油料稱重單元，通過總線形式與原系統(tǒng)進行通信。

3.1 硬件選型

在原上輔機系統(tǒng)中增加總線通訊模塊，選用QJ61BT11N（CC-Link 主站模塊）用其與遠程I/O 模塊及稱重儀表進行通訊；遠程DI 模塊選用AJ65SBTB1-32D（32 點觸點輸入模塊）由其采集并現場接近開關、磁性開關、液位計、按鈕等設備輸入信號；遠程DO 模塊選用AJ65SBTB2N-16R（16 點觸點輸出模塊），由其控制現場電磁閥、指示燈、報警器等[4～5]。稱重傳感器和儀表均選用美國梅特勒- 托利多公司產品，其中油料秤及油料校驗秤分別帶有3個拉式傳感器。稱重儀表選用帶CCLINK 總線通訊模塊的IND331，將采集稱重傳感器的模擬信號并轉化為重量顯示，并通過總線將重量數據及儀表狀態(tài)信息反饋給PLC 進行控制。

3.2 控制對象

上輔機油料稱量二次校驗控制系統(tǒng)主要由四部分組成，分別為油料稱量部分、油料校驗部分、油料備料備料部分及溫控部分，由原上輔機系統(tǒng)通過CCLINK 總線通訊I/O 模塊、稱重儀表來采集系統(tǒng)運行狀態(tài)信息及控制執(zhí)行機構，其控制系統(tǒng)架構如圖3所示。

圖3 上輔機油料稱量二次校驗控制系統(tǒng)架構

根據圖2 上輔機油料稱量二次校驗系統(tǒng)設計PLC輸入、輸出地址分配，如表1、2 所示。

表1 數字量輸入表

表2 數字量輸出表

3.3 控制系統(tǒng)程序設計

（1）油料校驗稱量系統(tǒng)

當生產操作人員通過上位機下發(fā)配方后，PLC 會清空所有稱量數據，數據清除后會讀取當前下發(fā)配方，判斷是否有工藝油需要稱量，如果有則判斷油料秤是否為空秤可以進行稱量，開始稱量后系統(tǒng)會根據工藝配方設定稱量參數進行快速稱量、慢速稱量、點動稱量，如果油料稱量重量超過設定范圍，此時可按工藝要求進行異常排出或手動超差確認，處理后重新稱量或繼續(xù)稱量配方中下一種物料，直至工藝配方設定物料全部稱量完成并產生油料稱量好信號。

產生稱量好信號后控制系統(tǒng)會自動判斷油料校驗秤是否存在物料，若油料備料斗中無物料則會自動通過卸料氣動球閥將油料秤中稱好物料自動卸料到油料稱量校驗秤中，卸料過程中控制系統(tǒng)會判斷油料秤內物料重量是否小于工藝設定空秤值，同時對比料稱量校驗秤是否在工藝配方設定范圍內，若不符合要求則按工藝要求進行異常排出或手動超差確認，若符合要求則關閉油料秤卸料球閥，并產油料校驗合格信號。同時油料稱量車次+1，清除油料稱量好信號，并判斷油料完成車數是否小于設定車數，如果小于設定車數則油料秤重復上一稱量流程繼續(xù)稱量下一車物料，如果大于等于設定車數則稱量結束。

產生油料校驗合格信號后控制系統(tǒng)會自動判斷備料斗是否允許卸料，若允許卸料，油料校驗秤則會卸料到油料備料斗中并清除油料校驗合格信號。

其工藝流程圖如圖4 所示。

（2）油料秤數字化、可視化狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)對油料秤上所有執(zhí)行機構采集位置信息，如：加料球閥到位信號、卸料球閥到位信號、蒸汽加熱閥到位信號、校秤氣缸到位信號、稱量重量信息、液位信息等信號。將設備設備實際狀態(tài)轉化為為數字形式，并將這些數據反饋給上位機，生產操作人員通過上位機可以對油料稱量過程進行可視化狀態(tài)監(jiān)控、分析和優(yōu)化。

（3）異常報警

本系統(tǒng)根據設備狀態(tài)及動作信息設計異常報警信息，主要包含：油料秤零點報警、油料校驗秤零點報警、油料秤稱量超時報警、油料秤卸料超時報警、油料校驗秤卸料超時報警、油料秤稱量超差報警、油料校驗異常報警、加料球閥報警、卸料球閥報警、蒸汽加熱閥報警、液位計異常報警等。并將這些報警信息反饋上位機形成報表，有助于輔助生產及后期對油料秤異常生產狀態(tài)進行分析及設備維護。

4 結語

上輔機油料二次稱量校驗系統(tǒng)有效解決了上輔機生產過程中油料秤傳感器或儀表異常后對秤內物料重量無法校驗的問題，對稱量超差異常處理、校秤等操作優(yōu)化快速處理，完善報警信息并將設備實際生產過程以數字化形式進行反饋，能夠保證密煉過程中油料稱量的準確性。本系統(tǒng)目前已在某輪胎廠多套投入使用，使用結果表明系統(tǒng)穩(wěn)定，操作簡單，有效提高密煉過程中油料稱量過程的可靠性及可操作性。