葉峰，欒升國，章海龍

( 杭州中策清泉實(shí)業(yè)有限公司，浙江 杭州 311404)

現(xiàn)代橡膠輪胎工業(yè)領(lǐng)域中，密煉機(jī)上輔機(jī)自動控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的使用已經(jīng)非常普遍。一般情況下，上輔機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)各種物料，如膠料、炭黑、粉料、油料、小料的稱量、準(zhǔn)備，并控制密煉機(jī)進(jìn)行自動密煉生產(chǎn)。

上輔機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行炭黑、粉料稱量過程中，由于各種干預(yù)因素（如有炭黑輸送的日罐內(nèi)殘余空氣的影響，秤斗呼吸濾袋堵塞，平臺振動，物料潮濕、結(jié)塊，稱量參數(shù)設(shè)置不合理等）的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)稱量超差、超時(shí)現(xiàn)象。

在有氣力輸送的上輔機(jī)系統(tǒng)中，如果日罐除塵器濾袋堵塞，或者正在進(jìn)行氣力輸送，物料潮濕、結(jié)塊，在這些典型情況下進(jìn)行炭黑、粉料稱量，更是極易出現(xiàn)炭黑、粉料稱量超差。

某些粉料比重很低（如木質(zhì)素），下料速度慢，極易出現(xiàn)稱量超差或者超時(shí)。

傳統(tǒng)的炭黑、粉料稱量控制方法，稱量動作主要包括快稱、慢稱、點(diǎn)動等，如圖1 所示，現(xiàn)有技術(shù)中的上述控制方法在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)慢稱動作一停，就直接出現(xiàn)超差的情況。如果出現(xiàn)超差、超時(shí)等情況，需要人工不斷的調(diào)整各種稱量參數(shù)，如慢稱值、提前量、調(diào)整值、點(diǎn)動值，變頻高速值、變頻低速值等。這些比較專業(yè)的參數(shù)，好多工藝、設(shè)備、操作人員經(jīng)常弄不清楚，造成稱量合格率低。

圖1 常規(guī)炭黑及粉料稱量控制工藝圖

此外，現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的炭黑及粉料稱量控制方法的流程如圖2 所示，主要包以下步驟：在快稱階段以較快的速度控制稱量下料機(jī)構(gòu)下料，然后進(jìn)入慢稱階段以較慢的速度控制稱量下料機(jī)構(gòu)下料，直至秤內(nèi)物料的稱重重量達(dá)到預(yù)設(shè)的予關(guān)門值，控制稱量下料機(jī)構(gòu)停止下料。若關(guān)門后當(dāng)前稱重值未達(dá)到稱量下限值，則以點(diǎn)動稱量的方式控制補(bǔ)料。大量的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)動值設(shè)定不合理，會經(jīng)常出現(xiàn)超差，或者因?yàn)辄c(diǎn)動下來的料少，系統(tǒng)會頻繁進(jìn)行點(diǎn)動- 判斷誤差再點(diǎn)動等反復(fù)動作，導(dǎo)致稱量超時(shí)。

圖2 常規(guī)炭黑及粉料稱量控制工藝流程圖

炭黑、粉料稱量合格率是保障密煉后膠料質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。物料稱量合格率的高低，直接影響最終膠料的品質(zhì)如何，是膠料品質(zhì)的一大重要保證和前提。因此，如何在減少人工參與的情況下提高炭黑、粉料的稱量合格率及稱量效率，從而提高膠料質(zhì)量，是密煉生產(chǎn)、工藝、設(shè)備人員的一大重要任務(wù)。

為了解決上述問題，我們在生產(chǎn)實(shí)踐中研發(fā)了一種新的炭黑及粉料智能稱量控制系統(tǒng)及方法，對現(xiàn)有的稱量控制方法進(jìn)行改進(jìn)，在減少人工介入的情況下可以充分提高炭黑及粉料稱量的合格率及稱量效率。

1 常規(guī)炭黑及粉料稱量控制工藝

上輔機(jī)系統(tǒng)炭黑及粉料的常規(guī)稱量控制工藝，可以參考圖1，常規(guī)炭黑及粉料稱量控制工藝圖所示。

常規(guī)炭黑及粉料稱量控制工藝動作，主要分高速稱量，低速稱量，予關(guān)門，點(diǎn)動等幾個(gè)環(huán)節(jié)。需要人工設(shè)置的參數(shù)類型比較多，如：慢稱值，提前量，點(diǎn)動值，調(diào)整值，變頻高速值，變頻低速值等。部分需要人工在上位機(jī)電腦畫面中設(shè)定的參數(shù)，如圖3 所示。

圖3 常規(guī)稱量方式，上位機(jī)電腦畫面中部分參數(shù)設(shè)置

常規(guī)的稱量控制方法，存在如下的問題：

（1）快稱直接變?yōu)槁Q，導(dǎo)致容易出現(xiàn)稱量超差現(xiàn)象。

（2）每種物料設(shè)定的提前量值，當(dāng)日罐內(nèi)物料狀態(tài)不同、配方稱量誤差要求不同時(shí)，需要經(jīng)常人工調(diào)整提前量。

（3）提前量值的自動調(diào)整效果不理想，極易超差。

（4）頻繁點(diǎn)動稱量容易導(dǎo)致稱量超時(shí)、超差。

（5）參數(shù)設(shè)置專業(yè)性較高，不利于普通用戶理解，使用。

2 炭黑及粉料智能稱量控制工藝

炭黑及粉料智能稱量控制工藝，可以參考圖4，炭黑及粉料智能稱量控制工藝圖所示。

圖4 炭黑及粉料智能稱量控制工藝圖

炭黑及粉料智能稱量控制工藝動作，較常規(guī)稱量，增加了一級慢稱作為快稱的緩沖，避免沖料現(xiàn)象。系統(tǒng)稱量動作主要分高速稱量，低速1 稱量，低速2 稱量，新的予關(guān)門，物料補(bǔ)足等幾個(gè)動作。

系統(tǒng)在稱量過程中，會自動計(jì)算低速1 和低速2稱量階段的稱量下料速度，在低速2 階段，智能估算螺旋電機(jī)停止后1 s 時(shí)間內(nèi)，稱量系統(tǒng)在慣性作用下落到秤斗內(nèi)的物料重量，并據(jù)此1 s 落料估算值控制螺旋電機(jī)何時(shí)停止低速2 稱量。這是本智能稱量控制工藝的重點(diǎn)及核心。

低速2 稱量動作結(jié)束后，經(jīng)過1 s 的慣性落料，系統(tǒng)判斷此時(shí)的稱量物料重量是否達(dá)到稱量誤差允許的范圍之內(nèi)，如果未達(dá)到稱量范圍的下限值，則啟動物料補(bǔ)足動作，以圖7 所示變頻低速2 所設(shè)定的頻率，低速稱量物料到稱量下限值。

新的炭黑及粉料稱量控制方法的流程圖，可以參考圖5，炭黑及粉料智能稱量控制流程圖。

圖5 炭黑及粉料智能稱量控制流程圖

系統(tǒng)需要人工設(shè)置的參數(shù)有：慢稱值1，慢稱值2（新增參數(shù)），變頻高速值，變頻低速值1（新增參數(shù)），變頻低速值2 等。系統(tǒng)對稱量參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化，這些參數(shù)簡單，易理解，不需要在上位機(jī)中設(shè)定，僅需結(jié)合物料特性，在圖7 畫面中設(shè)定即可。系統(tǒng)具有參數(shù)的智能調(diào)節(jié)功能，一種物料稱量結(jié)束后，會自動調(diào)整每一種物料的參數(shù)值為最佳參數(shù)。

3 炭黑及粉料智能稱量系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

在觸摸屏的起始畫面中，點(diǎn)擊“ 參數(shù)設(shè)置1” 按鈕即可選擇進(jìn)入炭黑及粉料稱量稱量參數(shù)設(shè)置畫面。如圖6，登錄畫面所示。

圖6 登錄畫面

在打開的最新稱量參數(shù)設(shè)定畫面中，可以進(jìn)行炭黑及粉料稱量參數(shù)設(shè)置的設(shè)置，如圖7 所示。

圖7 最新稱量參數(shù)設(shè)定畫面

3.1 炭黑稱量參數(shù)設(shè)定

如圖7 中所示，在此畫面的上部區(qū)域，可以設(shè)置炭黑稱量系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，如炭黑慢稱值1，慢稱值2（新增參數(shù)），變頻高速值，變頻低速值1（新增參數(shù)），變頻低速值2 等。需要注意的是系統(tǒng)對每一項(xiàng)參數(shù)均預(yù)先設(shè)定好了有效設(shè)定值范圍，超過此有效范圍的參數(shù)，自動取參數(shù)有效范圍的最大值或者最小值，設(shè)置過程中需要注意。

具體可以參考圖7。

為了避免無關(guān)人員誤操作，對這些稱量參數(shù)的設(shè)定增加了操作權(quán)限保護(hù)，需要以管理員身份進(jìn)行用戶登錄后才能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

3.2 粉料稱量參數(shù)設(shè)置

如圖7 中所示，在此畫面的下部區(qū)域，可以設(shè)置粉料稱量系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，如粉料慢稱值1，慢稱值2（新增參數(shù)），變頻高速值，變頻低速值1（新增參數(shù)），變頻低速值2 等。設(shè)置過程中需要注意各個(gè)參數(shù)的有效設(shè)置范圍。

同樣需要注意的是這些參數(shù)也有權(quán)限保護(hù)。

4 炭黑及粉料智能稱量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

對比常規(guī)稱量控制方法，本智能稱量控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）增加了一級慢稱作為快稱的緩沖，避免高速直接變?yōu)槁?，可以有效避免稱量過程中的沖料現(xiàn)象；

（2）在慢稱1，慢稱2 稱量過程中實(shí)時(shí)計(jì)算稱量落料速度，在慢稱2 階段智能估算1S 時(shí)間內(nèi)的炭黑或者粉料的稱量落料值，估算的結(jié)果作為新的予關(guān)門值取值的重要依據(jù)，取消了常規(guī)稱量控制方式提前量的值取方法，可以有效的避免稱量超差現(xiàn)象；

（3）取消了點(diǎn)動動作，改為補(bǔ)料動作。慢稱2 稱量動作結(jié)束后，經(jīng)過1S 落料時(shí)間，系統(tǒng)自動判斷稱量的物料重量是否進(jìn)入稱量誤差允許范圍之內(nèi)。如果稱量的物料重量小于稱量下限值，則采用補(bǔ)料動作，以變頻低速值2 所示的速度進(jìn)行低速稱量，一直到大于等于稱量物料的下限范圍，避免了常規(guī)稱量控制模式下，不斷點(diǎn)動所造成的稱量超差、超時(shí)現(xiàn)象；

（4）稱量參數(shù)設(shè)定后，在實(shí)際稱量中，對于低速值1，低速值2，變頻低速值1，變頻低速值2 這4 項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)是否稱量超差，是否有超差趨勢以及及低速稱量時(shí)間是否過長，會智能進(jìn)行稱量參數(shù)的正反向調(diào)整，既保證稱量精度，又保證稱量效率；

（5）稱量參數(shù)設(shè)定簡單，易于理解，一次設(shè)定后系統(tǒng)會自動進(jìn)行參數(shù)修正，保持參數(shù)在一個(gè)最佳范圍內(nèi)，減少用戶的參數(shù)維護(hù)工作量。

5 生產(chǎn)過程監(jiān)控

系統(tǒng)稱量過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以參考圖8，炭黑及粉料稱量監(jiān)控畫面。在這個(gè)畫面中，可以實(shí)時(shí)看到炭黑及粉料的稱量情況，如電機(jī)的高低速稱量切換過程，稱量過程中變頻器速度的變換，稱量是否有異常，切換手動操作等均可以在這個(gè)畫面中進(jìn)行。

圖8 炭黑及粉料稱量監(jiān)控畫面

6 稱量報(bào)表查詢

6.1 車報(bào)表查詢

在上位機(jī)軟件車報(bào)表中，可以查詢到每一車膠料所實(shí)際稱量的炭黑、粉料重量情況，如圖9，每車數(shù)據(jù)信息報(bào)表所示。

圖9 每車數(shù)據(jù)信息報(bào)表

6.2 批報(bào)表查詢

在上位機(jī)軟件批報(bào)表查詢中，可以查詢到每一批次膠料中各種物料的稱量情況，如圖10，批報(bào)表查詢所示。

7 采用不同方式稱量合格率查詢對比

7.1 采用常規(guī)方式稱量合格率查詢

下面查詢了從2022.2.1 到2022.2.28 期間，公司所有混煉機(jī)臺采用常規(guī)方式稱量炭黑及粉料的合格率情況，從表格中可以看到，炭黑及粉料的平均稱量合格率為86.71%。具體如圖11 所示。

圖11 采用常規(guī)方式炭黑及粉料平均稱量合格率情況

7.2 采用智能稱量方式的稱量合格率查詢

下面查詢了最新的從2023.2.1 到2023.2.28 期間，所有混煉機(jī)臺采用炭黑及粉料智能稱量控制方式稱量炭黑及粉料的平均合格率情況，從表格中可以看到，炭黑的平均稱量合格率達(dá)到了99.87%，粉料平均稱量合格率達(dá)到了99.51% ；炭黑平均稱量合格率提高了13.16%，粉料平均稱量合格率提高了12.80%，無論是炭黑的平均稱量合格率還是粉料的平均稱量合格率，均有了大幅度的提高。具體如圖12 所示。

圖12 采用智能稱量方式炭黑及粉料稱量平均合格率情況

8 經(jīng)濟(jì)效益分析

炭黑及粉料稱量合格率分別提高了13.16% 和12.80%，對終煉膠質(zhì)量的提升，按照1% 計(jì)算，按照終煉膠膠料合格率每提升1%，節(jié)省不合格膠料的加工成本260 元/t 計(jì)算（全公司共10 條混煉線），每條線日產(chǎn)能按照230 t 計(jì)算，日混煉膠產(chǎn)能為 230x10=2 300 t，折算為終煉膠產(chǎn)能為 2300÷2.5=920 t

每天可以創(chuàng)造效益 920×1%×260=2 392 元；

每月可以創(chuàng)造效益 2 392×30=71 760 元；

每年可以創(chuàng)造效益 71 760x12=861 120 元。

9 結(jié)語

綜上可以看出，在不需要設(shè)備硬件改造費(fèi)用，不需要停產(chǎn)改造的情況下，僅需對原控制系統(tǒng)的控制工藝，控制程序進(jìn)行升級，就可以極大的提高炭黑和粉料的稱量合格率水平和稱量效率，并且改造后的系統(tǒng)參數(shù)維護(hù)工作量極少，基本可以免維護(hù)，這對于膠料質(zhì)量的提升，公司產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，管理人員勞動強(qiáng)度的降低均具有非常大的意義。