上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)控制系統(tǒng)

趙哲，屈晏弘，何冬華，李文杰

(北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100143)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)日常生活生產(chǎn)所用產(chǎn)品品質(zhì)要求也愈發(fā)提高。在這個(gè)過程輪胎行業(yè)也對(duì)輪胎性能要求越來越高，而膠料質(zhì)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(zhǔn)確性是影響膠料質(zhì)量的重要因素之一。

工藝油是輪胎膠料生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵原料之一[1]，由上輔機(jī)油料秤進(jìn)行稱量并按工藝要求由油泵自動(dòng)注入密煉機(jī)中參與膠料混煉。上輔機(jī)工藝油料稱量過程一般由油料秤進(jìn)行自動(dòng)稱量，在生產(chǎn)過程中沒有其它設(shè)備對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，致使油料秤一旦發(fā)生故障無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成大量不合格膠料產(chǎn)生，嚴(yán)重影響膠料性能。膠料發(fā)生質(zhì)量問題后回溯生產(chǎn)狀態(tài)缺乏足夠有效信息，工藝油料稱量過程產(chǎn)生超差現(xiàn)象，校秤時(shí)需要人工手動(dòng)提砝碼到油料秤進(jìn)行校驗(yàn)，日常生產(chǎn)過程中處理這些問題費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

針對(duì)油料稱量生產(chǎn)過程中的問題，設(shè)計(jì)開發(fā)上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)控制系統(tǒng)，優(yōu)化油料稱量流程，并將其生產(chǎn)狀態(tài)信息以數(shù)字化形式進(jìn)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(jī)油料稱量系統(tǒng)

1.1 油料稱量系統(tǒng)組成

現(xiàn)有上輔機(jī)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(dòng)球閥、慢加氣動(dòng)球閥、卸料氣動(dòng)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(jì)、排錯(cuò)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(cè)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(jù)工藝配方設(shè)定工藝油料種類，控制與其對(duì)應(yīng)的電磁閥打開相應(yīng)的自動(dòng)加料氣動(dòng)球閥并根據(jù)工藝設(shè)定稱量參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)稱量，直至達(dá)到工藝配方設(shè)定值。并產(chǎn)生油料稱量好信號(hào)，此時(shí)會(huì)系統(tǒng)如果允許卸料，則會(huì)自動(dòng)通過卸料氣動(dòng)球閥將油料秤中稱好物料自動(dòng)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(chǎn)過程中生產(chǎn)人員會(huì)根據(jù)工藝要求對(duì)油料秤進(jìn)行定期檢定校驗(yàn)，但在密煉生產(chǎn)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(dǎo)致油料秤稱重儀表數(shù)值不與油料秤內(nèi)物料多少呈線性變化，此時(shí)生產(chǎn)操作人員無法發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，會(huì)導(dǎo)致大量不合格膠料產(chǎn)生。

（2）油料稱量系統(tǒng)僅在備料斗下方設(shè)計(jì)一個(gè)排錯(cuò)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(cuò)口進(jìn)行排出，排出完成后重新進(jìn)行生產(chǎn)。處理此異常狀況會(huì)導(dǎo)致整條密煉線停止生產(chǎn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

2 上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)系統(tǒng)

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

在原有上輔機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)油料秤，在油料秤下增加油料稱量校驗(yàn)秤，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱量好油料進(jìn)行二次重量校驗(yàn)；在油料秤及油料稱量校驗(yàn)秤上分別增加排錯(cuò)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(yàn)秤上分別增加2 臺(tái)校秤氣缸并相應(yīng)掛有砝碼，校秤氣缸可單獨(dú)運(yùn)行。如圖2 所示。

圖2 上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)在每班生產(chǎn)前或生產(chǎn)間隙可通過自動(dòng)校秤系統(tǒng)分別對(duì)油料秤及油料校驗(yàn)秤進(jìn)行線性度及量程驗(yàn)證；在生產(chǎn)過程中油料校驗(yàn)秤會(huì)對(duì)每次稱好工藝油料進(jìn)行重量驗(yàn)證，一旦發(fā)生重量異?？煞謩e通過排錯(cuò)口將異常工藝油料單獨(dú)排除，不影響生產(chǎn)。

3 控制系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)是對(duì)原上輔機(jī)油料系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。原上輔機(jī)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(jī)等構(gòu)成。由于上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)控制系統(tǒng)增加被控單元及稱重儀表，原系統(tǒng)IO 點(diǎn)數(shù)不足，在此基礎(chǔ)上基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重新設(shè)計(jì)油料稱重單元，通過總線形式與原系統(tǒng)進(jìn)行通信。

3.1 硬件選型

在原上輔機(jī)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(yuǎn)程I/O 模塊及稱重儀表進(jìn)行通訊；遠(yuǎn)程DI 模塊選用AJ65SBTB1-32D（32 點(diǎn)觸點(diǎn)輸入模塊）由其采集并現(xiàn)場(chǎng)接近開關(guān)、磁性開關(guān)、液位計(jì)、按鈕等設(shè)備輸入信號(hào)；遠(yuǎn)程DO 模塊選用AJ65SBTB2N-16R（16 點(diǎn)觸點(diǎn)輸出模塊），由其控制現(xiàn)場(chǎng)電磁閥、指示燈、報(bào)警器等[4～5]。稱重傳感器和儀表均選用美國(guó)梅特勒- 托利多公司產(chǎn)品，其中油料秤及油料校驗(yàn)秤分別帶有3個(gè)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(hào)并轉(zhuǎn)化為重量顯示，并通過總線將重量數(shù)據(jù)及儀表狀態(tài)信息反饋給PLC 進(jìn)行控制。

3.2 控制對(duì)象

上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)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(yàn)部分、油料備料備料部分及溫控部分，由原上輔機(jī)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(yùn)行狀態(tài)信息及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)控制系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)圖2 上輔機(jī)油料稱量二次校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC輸入、輸出地址分配，如表1、2 所示。

表1 數(shù)字量輸入表

表2 數(shù)字量輸出表

3.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

（1）油料校驗(yàn)稱量系統(tǒng)

當(dāng)生產(chǎn)操作人員通過上位機(jī)下發(fā)配方后，PLC 會(huì)清空所有稱量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)清除后會(huì)讀取當(dāng)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(jìn)行稱量，開始稱量后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)工藝配方設(shè)定稱量參數(shù)進(jìn)行快速稱量、慢速稱量、點(diǎn)動(dòng)稱量，如果油料稱量重量超過設(shè)定范圍，此時(shí)可按工藝要求進(jìn)行異常排出或手動(dòng)超差確認(rèn)，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(shè)定物料全部稱量完成并產(chǎn)生油料稱量好信號(hào)。

產(chǎn)生稱量好信號(hào)后控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷油料校驗(yàn)秤是否存在物料，若油料備料斗中無物料則會(huì)自動(dòng)通過卸料氣動(dòng)球閥將油料秤中稱好物料自動(dòng)卸料到油料稱量校驗(yàn)秤中，卸料過程中控制系統(tǒng)會(huì)判斷油料秤內(nèi)物料重量是否小于工藝設(shè)定空秤值，同時(shí)對(duì)比料稱量校驗(yàn)秤是否在工藝配方設(shè)定范圍內(nèi)，若不符合要求則按工藝要求進(jìn)行異常排出或手動(dòng)超差確認(rèn)，若符合要求則關(guān)閉油料秤卸料球閥，并產(chǎn)油料校驗(yàn)合格信號(hào)。同時(shí)油料稱量車次+1，清除油料稱量好信號(hào)，并判斷油料完成車數(shù)是否小于設(shè)定車數(shù)，如果小于設(shè)定車數(shù)則油料秤重復(fù)上一稱量流程繼續(xù)稱量下一車物料，如果大于等于設(shè)定車數(shù)則稱量結(jié)束。

產(chǎn)生油料校驗(yàn)合格信號(hào)后控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷備料斗是否允許卸料，若允許卸料，油料校驗(yàn)秤則會(huì)卸料到油料備料斗中并清除油料校驗(yàn)合格信號(hào)。

其工藝流程圖如圖4 所示。

（2）油料秤數(shù)字化、可視化狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)對(duì)油料秤上所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)采集位置信息，如：加料球閥到位信號(hào)、卸料球閥到位信號(hào)、蒸汽加熱閥到位信號(hào)、校秤氣缸到位信號(hào)、稱量重量信息、液位信息等信號(hào)。將設(shè)備設(shè)備實(shí)際狀態(tài)轉(zhuǎn)化為為數(shù)字形式，并將這些數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)，生產(chǎn)操作人員通過上位機(jī)可以對(duì)油料稱量過程進(jìn)行可視化狀態(tài)監(jiān)控、分析和優(yōu)化。

（3）異常報(bào)警

本系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)及動(dòng)作信息設(shè)計(jì)異常報(bào)警信息，主要包含：油料秤零點(diǎn)報(bào)警、油料校驗(yàn)秤零點(diǎn)報(bào)警、油料秤稱量超時(shí)報(bào)警、油料秤卸料超時(shí)報(bào)警、油料校驗(yàn)秤卸料超時(shí)報(bào)警、油料秤稱量超差報(bào)警、油料校驗(yàn)異常報(bào)警、加料球閥報(bào)警、卸料球閥報(bào)警、蒸汽加熱閥報(bào)警、液位計(jì)異常報(bào)警等。并將這些報(bào)警信息反饋上位機(jī)形成報(bào)表，有助于輔助生產(chǎn)及后期對(duì)油料秤異常生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析及設(shè)備維護(hù)。

4 結(jié)語

上輔機(jī)油料二次稱量校驗(yàn)系統(tǒng)有效解決了上輔機(jī)生產(chǎn)過程中油料秤傳感器或儀表異常后對(duì)秤內(nèi)物料重量無法校驗(yàn)的問題，對(duì)稱量超差異常處理、校秤等操作優(yōu)化快速處理，完善報(bào)警信息并將設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)過程以數(shù)字化形式進(jìn)行反饋，能夠保證密煉過程中油料稱量的準(zhǔn)確性。本系統(tǒng)目前已在某輪胎廠多套投入使用，使用結(jié)果表明系統(tǒng)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)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。