數(shù)字稱重傳感器在膠片冷卻裝置中的應(yīng)用

夏源隆，李化珍

(通力輪胎有限公司，山東 濟(jì)寧 272100)

自從國產(chǎn)研制出第一臺膠片冷卻裝置機(jī)型XPG-900以來，國產(chǎn)橡膠廠中輪胎設(shè)備基本上還處于單機(jī)控制，聯(lián)線控制較少，總體自動化程度較低。考慮到投入大、成本高這一問題，高精度檢測裝置和相應(yīng)的先進(jìn)控制技術(shù)極少應(yīng)用。要減小目前存在的差距，需在引進(jìn)國外設(shè)備同時，通過對國外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收，從我國現(xiàn)有水平出發(fā)，努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的不斷創(chuàng)新。因此為了免去人工使用叉車移動膠盤到固定臺秤上進(jìn)行稱量的步驟，減少員工勞動強(qiáng)度，大幅提高輪胎工廠煉膠車間的生產(chǎn)效率和自動化水平，采用稱重傳感器作為膠片冷卻聯(lián)動裝置實(shí)現(xiàn)膠料自動稱重的主要測量元件，實(shí)現(xiàn)了膠片冷卻裝置自動稱重功能。

1 膠片冷卻裝置簡介

膠片冷卻聯(lián)動裝置是輪胎生產(chǎn)行業(yè)中的主要裝置之一，與壓片機(jī)或開煉機(jī)協(xié)調(diào)聯(lián)動組成現(xiàn)代化煉膠的下輔機(jī)系統(tǒng)。為滿足后期膠料檢驗(yàn)出現(xiàn)質(zhì)量問題的可追溯性、混煉膠重量統(tǒng)計的準(zhǔn)確性及煉膠成本核算的便捷性，輪胎生產(chǎn)中通常需要對膠料疊片后的重量進(jìn)行準(zhǔn)確測量。輪胎膠料混煉生產(chǎn)中根據(jù)生產(chǎn)輪胎規(guī)格及煉膠量的不同，需要不同的工藝和配方。輪胎行業(yè)常以車數(shù)計次編發(fā)煉膠生產(chǎn)計劃單，炭黑、橡膠、硫磺、礦物油等物質(zhì)由上輔機(jī)控制按照配方設(shè)定重量進(jìn)行稱量并有序地加入到密煉機(jī)中進(jìn)行混煉生產(chǎn)，密煉機(jī)混煉完成的膠料經(jīng)雙螺桿擠出、壓片機(jī)或開煉機(jī)壓延成片狀輸送至膠片冷卻聯(lián)動裝置。

膠片冷卻聯(lián)動裝置實(shí)現(xiàn)膠片的接取、縱切、打標(biāo)、壓頭、浸涂隔離劑、風(fēng)干冷卻、取樣、自動抓膠、自動進(jìn)托盤、疊片存放、自動裁斷、自動出膠等功能。膠片冷卻裝置如圖1所示。

圖1 膠片冷卻裝置

膠片冷卻聯(lián)動裝置的接取工位負(fù)責(zé)膠片接取并輸送至浸泡槽，膠片在輸送至浸泡槽過程中由氣缸控制的打字輥可將班次、生產(chǎn)日期和產(chǎn)品編號等信息壓印在膠片上，膠片完成浸涂隔離劑后由輸送帶提升輸送到風(fēng)干工位進(jìn)行冷卻工作，自動抓膠裝置將膠片引頭放到下擺接取輸送機(jī)，啟動皮帶，膠片即可輸送至一樓自動擺膠裝置，膠片需返至二樓收取時，由自動抓膠裝置抓取放到上行接取輸送機(jī)上，啟動皮帶，膠片即可夾持提升輸送至二樓自動擺膠裝置，膠片在擺斗和壓板的共同作用下以 “Z” 字型自動擺放在膠片托盤上。

2 膠片冷卻裝置自動稱量簡介

自動稱量功能是指在膠片冷卻聯(lián)動裝置的膠片托盤升降工位加裝稱重傳感器，采集托盤上的膠片重量數(shù)據(jù)，通過與上位機(jī)設(shè)定的車次收膠要求重量對比，在誤差允許范圍內(nèi)滿足重量設(shè)定要求后，膠片冷卻聯(lián)動裝置的PLC對自動裁斷裝置上裁刀發(fā)出動作信號裁斷膠片，并將采集到的膠片重量數(shù)據(jù)通訊給上位機(jī)記錄。

結(jié)合膠片冷卻裝置膠片整理收集工位機(jī)械震動大、密煉生產(chǎn)要求的可連續(xù)性、密煉車間大功率設(shè)備較多容易產(chǎn)生信號干擾等工況，為達(dá)到膠料自動稱重的精確度、穩(wěn)定性，我們選擇數(shù)字稱重傳感器作為膠片冷卻聯(lián)動裝置實(shí)現(xiàn)膠料自動稱重的測量元件。

3 數(shù)字稱重傳感器

數(shù)字稱重傳感器基于傳統(tǒng)電阻應(yīng)變式傳感器發(fā)展而來，是一種先進(jìn)的電子稱重技術(shù)。數(shù)字稱重傳感器獨(dú)特的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)配合內(nèi)部微處理器，克服了傳統(tǒng)模擬傳感器精度低、易損壞、稱量不穩(wěn)、調(diào)試繁瑣等缺點(diǎn)，使電子稱重技術(shù)又一次得到了質(zhì)的飛躍，必將成為現(xiàn)代稱重技術(shù)的應(yīng)用趨勢。數(shù)字稱重傳感器通過數(shù)字稱重儀表的配合，可實(shí)現(xiàn)清零、去皮、清皮、打印、數(shù)據(jù)儲存等功能。

一般膠片托盤上需要收集到的膠片重量達(dá)600 kg以上，為了能實(shí)現(xiàn)膠料稱量數(shù)據(jù)的可靠性、現(xiàn)場生產(chǎn)的連續(xù)性、稱量裝置的可維護(hù)性，考慮到綜合性價比，我們選用托利多SB-1T稱重傳感器、AJB-05接線盒和托利多IND331稱重顯示控制器配合與西門子S7-300系列PLC實(shí)現(xiàn)組態(tài)控制。

SB-1T稱重傳感器是一種高性能高量程單點(diǎn)式傳感器，具有以下特性：安裝高度低、防護(hù)等級高、綜合精度高、安裝方便、長期穩(wěn)定性好。輸出信號位模擬 型， 線 性 度 ：0.02(%F.S.）， 遲 滯 ：0.02(%F.S.），重復(fù)性 ：0.01(%F.S.），靈敏度 ：0.02，漂移 ：0.02，分辨率：0.02。

AJB-05接線盒負(fù)責(zé)匯總SB-1T稱重傳感器采集到的模擬量信號和調(diào)整角差。AJB-05接線盒內(nèi)帶有可調(diào)電阻，通過接線盒內(nèi)可調(diào)電阻的調(diào)整可以使各個傳感器的輸出差異達(dá)到平衡狀態(tài)。

IND331稱重顯示控制器不僅具有豐富的接口配置：PLC接口 (PROFIBUS-DP、AB RIO、DeviceNet、4～20 mA模擬量輸出)、I/O接口、串口(RS232/RS485)，而且具有靈活的標(biāo)定方法。在膠片冷卻裝置的膠片整理收集工位附近安裝IND331稱重顯示控制器，不僅可以方便操作工實(shí)時監(jiān)控稱重傳感器采集到的膠片重量數(shù)據(jù)，并可將重量數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸給膠片冷卻聯(lián)動裝置的PLC。

S7-300系列PLC是德國西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的性能價格比較高的PLC系統(tǒng)該系列模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布、易于用戶掌握等特點(diǎn)，使得其成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。近年來，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、紡織機(jī)械、控制系統(tǒng)、樓宇自動化、電器制造工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)等諸多領(lǐng)域。S7-300系列PLC提供了多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/0擴(kuò)展模塊,使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊,并且單控制任務(wù)增加并愈加復(fù)雜。

現(xiàn)場采用4個SB-1T稱重傳感器安裝在膠料托盤升降平臺的四角，并聯(lián)接入到AJB-05接線盒，AJB-05接線盒接線方式如圖2所示。

圖2 AJB-05接線盒接線方式

前期IND331稱重顯示控制器我們選用了4～20 mA模擬量輸出選件板，IND331稱重顯示控制器發(fā)送4～20 mA模擬量信號給PLC，在使用過程中發(fā)現(xiàn)稱量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，與預(yù)期效果相差較大，經(jīng)過查找發(fā)現(xiàn)電壓的不穩(wěn)定、電纜交織信號的干擾、外界溫度的變差、傳輸距離的遠(yuǎn)近等一系列問題都會影響稱重數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。為了避免車間內(nèi)的信號干擾，確保傳輸數(shù)據(jù)可靠性，增強(qiáng)現(xiàn)場的適應(yīng)性，我們對IND331稱重顯示控制器改用了PROFIBUS-DP選件板。

4 自動稱重系統(tǒng)配置

4.1 硬件配置

基于現(xiàn)代煉膠生產(chǎn)線的高效率、高自動化水平要求，膠片冷卻裝置的聯(lián)動需要各部分協(xié)調(diào)統(tǒng)一，有序的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。托利多SB-1T稱重傳感器負(fù)責(zé)采集膠料托盤上的膠片稱重信號，托利多IND331稱重顯示控制器負(fù)責(zé)顯示稱重數(shù)據(jù)，并與西門子S7-300系列PLC通過PROFIBUS-DP進(jìn)行通訊。硬件配置如圖3所示。

圖3 硬件配置

4.2 PlD控制程序設(shè)計

PID控制,又稱PID調(diào)節(jié),在工程實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用PID控制器問世至今己有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一，當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時,控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。常規(guī)PID控制器以其算法簡單,參數(shù)易于調(diào)整，穩(wěn)定性好，易于工程實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

針對PID控制的特點(diǎn)，現(xiàn)把PID控制算法引入到自動稱重系統(tǒng)中，基于現(xiàn)場實(shí)際稱重與上位機(jī)設(shè)定每盤疊片收膠重量匹配的PID控制調(diào)節(jié)程序如下：

IND331稱重顯示控制器將檢測到的膠料重量數(shù)據(jù)信號送入膠片冷卻裝置PLC，與上位機(jī)設(shè)定的配方收膠要求重量進(jìn)行比較，滿足上位機(jī)設(shè)定重量要求后，發(fā)出裁切信號，實(shí)現(xiàn)膠料準(zhǔn)確稱量收集功能，稱量精度在±0.2%，滿足工藝要求。

5 結(jié)束語

通過數(shù)字稱重傳感器在膠片冷卻裝置中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)良好的系統(tǒng)可靠性和滿足每個膠盤所需重量的精確性以及后期膠料統(tǒng)計管理工作的便捷性，從而大幅度提高生產(chǎn)效率和降低工廠人工成本，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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［2］ 張貴明，巢淑娟.淺析數(shù)字稱重傳感器的發(fā)展及應(yīng)用[J].電子世界，2013(09)：118.

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［4］ 劉尹霞，訾貴昌，葛華.數(shù)字稱重傳感器在電子汽車衡中的應(yīng)用[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量，2007(02)：45～46

［5］ METTLER TOLEDO IND131/331稱重顯示控制器使用說明書.