1 概述

    膠囊是輪胎加工時必備的配件，在輪胎硫化過程中，膠囊需要經(jīng)受反復(fù)的膨脹和收縮、拉伸等變形，還要經(jīng)受急劇的升溫和冷卻，因此對膠囊有很高的性能要求。

    膠囊硫化是膠囊生產(chǎn)中最重要的一道工序。膠囊硫化是將膠囊的膠料經(jīng)過適當(dāng)加工后制成的半成品在一定的壓力和溫度條件下，通過化學(xué)作用，將半成品制成膠囊外型，并獲取符合輪胎加工的使用性能的工藝過程，因此膠囊硫化是膠囊獲得優(yōu)質(zhì)的使用性能的關(guān)鍵工序。

    膠囊硫化機是完成膠囊硫化所需的設(shè)備。膠囊硫化機通過控制上芯桿、下芯桿和主油缸的動作，組合成一定的芯模腔，形成膠囊硫化所需的壓力。同時通過控制蒸汽的進入以控制硫化所需的溫度。硫化過程包括合模、緊模、保壓硫化、啟模等。

    對現(xiàn)代硫化機有以下要求：

    高質(zhì)——能嚴(yán)格按照工藝參數(shù)工作，保證硫化質(zhì)量，降低次品率；

    高效——能提高工作效率，減少各環(huán)節(jié)的工作時間，提高生產(chǎn)率；

    低故障——故障率低，能盡量減少人為操作不當(dāng)引起的故障，提高設(shè)備的穩(wěn)定性；

    遠程監(jiān)控——能遠程監(jiān)控各硫化機的當(dāng)前狀態(tài)，并記錄近一段時間的工作參數(shù)，便于查詢，實現(xiàn)精益控制。

    目前國內(nèi)很多膠囊硫化機依然采用傳統(tǒng)繼電器電路控制，無法進行精確的壓力、溫度和時間控制，膠囊質(zhì)量得不到保障，并且故障率高。也有部分硫化機采用PLC控制，但模擬量采集模塊精度不高，網(wǎng)絡(luò)延展性不好等因素，也限制了硫化機的性能。

    2 系統(tǒng)設(shè)計

    大部分膠囊硫化機采用液壓系統(tǒng)。液壓站包括電機和泵、電磁閥、換向閥、蒸汽閥等。液壓站通過油路管道，來控制上芯模、下芯模和主油缸的升降動作。蒸汽閥控制蒸汽管路的通斷。壓力變送器和溫度變送器用于采集系統(tǒng)的壓力和溫度。系統(tǒng)控制圖如1所示。

                          

                                     圖1  膠囊硫化機控制系統(tǒng)圖

    膠囊硫化機控制系統(tǒng)采用LM系列PLC。LM系列PLC是和利時公司利用多年自動控制經(jīng)驗，經(jīng)過多年專業(yè)研發(fā)，于2004年推出的新型小型一體化PLC。LM系列PLC以其性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)中，贏得了廣大用戶的好評。

    根據(jù)輸入輸出點數(shù)，選擇40點CPU模塊LM3109和4通道模擬量輸入模塊LM3310。控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸入主要包括運行方式切換按鈕、設(shè)置按鈕以及各動作按鈕等。系統(tǒng)的模擬量輸入包括溫度變送器信號輸入和壓力變送器信號輸入。系統(tǒng)的輸出包括電機、電磁閥、指示燈等。觸摸屏用于輸入?yún)?shù)，同時監(jiān)控當(dāng)前運行狀態(tài)和時間。計算機作為遠程監(jiān)控的設(shè)備，同時可以與PLC連接，用于保存和監(jiān)控膠囊硫化機的運行狀態(tài)。

    CPU模塊：LM3109，本體集成24 DI/16 繼電器DO，其輸出有4個公共端，具有一個RS232端口和一個RS485端口。

    模擬量輸入模塊：LM3310，4路AI，可以采集0~10V、0~20mA、4~20mA等模擬量輸入信號。

    3 工藝流程控制

    膠囊硫化機的控制，主要包括在硫化各個階段，實現(xiàn)對壓力、溫度和時間的精確控制，同時完成故障檢測報警和參數(shù)記錄以及通訊工作。

    硫化機可以實現(xiàn)手動/自動兩種運行方式。

    手動狀態(tài)下，上芯桿、下芯桿和主油缸均可實現(xiàn)升降的獨立動作。硫化過程各步驟結(jié)束后返回總停狀態(tài)而不會自動跳入下一步驟，需要手動按鈕才能進入下一個步驟。

    自動狀態(tài)下，上芯桿、下芯桿等為組合動作而非獨立動作。硫化過程的各步驟完成后能自動進入下一步驟而無須人工進行操作。在自動狀態(tài)下，無法實現(xiàn)主油缸的升降動作。

    在自動狀態(tài)下，按下快速合模按鈕后，硫化機開始自動工作，壓力開始上升，當(dāng)達到一定壓力后自動轉(zhuǎn)為高壓緊模階段，此時打開蒸汽閥，溫度開始上升。當(dāng)高壓緊模時壓力繼續(xù)上升到設(shè)定值以后，自動轉(zhuǎn)為保壓硫化階段。在該階段，先判斷溫度是否達到設(shè)定值，假如沒有達到，則繼續(xù)升溫，當(dāng)溫度達到設(shè)定值以后，進入保壓硫化保持階段，這個時候開始計時。當(dāng)時間到達設(shè)定值以后，保壓硫化結(jié)束，開始自動啟模，其時間可設(shè)定。自動啟模完成后，設(shè)備返回總停狀態(tài)。這個時候可以人工按啟模等動作按鈕，完成后續(xù)脫模、晾模和上料工作。其工作流程圖如下圖所示。

                   

                            圖2  自動模式下工作流程圖

    膠囊硫化機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種報警，包括壓力過低報警、升溫超時報警、溫度過低報警等，為系統(tǒng)自我診斷提供方便。

    4 系統(tǒng)特點

    利用LM系列PLC設(shè)計的膠囊硫化機控制系統(tǒng)，與目前絕大部分膠囊硫化機設(shè)備比較，具有如下優(yōu)點：

    1、 溫度和壓力控制精度高。

    壓力、溫度和時間是硫化控制的三要素，其中壓力和溫度都需要通過模擬量模塊采集至PLC。壓力和溫度控制的精度，決定了膠囊的使用性能。G3系列PLC模擬量采集模塊LM3310采集精度高達0.2%，高于目前絕大部分品牌的PLC模擬量采集模塊的精度。高精度的模擬量采集性能，為生產(chǎn)高質(zhì)量的膠囊提供了保障。

    2、 具有豐富的網(wǎng)絡(luò)接口。

    現(xiàn)代化企業(yè)對生產(chǎn)的管理要求越來越高，為加強技術(shù)管理與監(jiān)督，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)備的穩(wěn)定性，就要求設(shè)備能提供豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，滿足其監(jiān)控需求。G3系列PLC的CPU模塊LM3109本體就自帶RS232和RS485串口，可獨立實現(xiàn)通訊。既可實現(xiàn)本地設(shè)備的監(jiān)控需求，也可滿足遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需求而無須添加其余模塊。同時，G3系列PLC還有現(xiàn)場總線擴展模塊和工業(yè)以太網(wǎng)擴展模塊，為滿足一些特殊需求提供了便利。

    3、 可實現(xiàn)本地保存工藝參數(shù)。

    G3系列PLC的CPU模塊LM3109自身帶有6K的掉電數(shù)據(jù)保持區(qū)，可實現(xiàn)工藝參數(shù)的本地保存。為特殊狀態(tài)下數(shù)據(jù)保存提供了方便。同時，LM3109還具有實時時鐘功能，能記錄和顯示當(dāng)前時間。

    4、 快速的輸出性能。

    硫化過程有大量的機械動作需要控制，包括高壓泵和低壓泵電機的啟停，蒸汽閥、液壓閥的開合等。PLC從信號發(fā)生到響應(yīng)是有一定延時的。在大部分情況下，這種延時不會帶來太大的影響。但在某些時候，諸如當(dāng)壓力到達硫化壓力，高壓緊模結(jié)束轉(zhuǎn)為保壓硫化的時候，需要高壓泵立即停止。瞬間的延時都可能導(dǎo)致壓力繼續(xù)快速上升。壓力過高，膠囊硫化時可能產(chǎn)生老化，脫硫等不利影響。因此這個時候就需要PLC在判斷到壓力到達后能立即輸出信號，停止高壓泵的動作。G3系列PLC擁有高性能的輸出特性。首先，LM3109具有立即輸出功能，即可以不受掃描周期的影響而立即輸出信號，縮短了信號響應(yīng)的時間。其次，CPU獨特的通訊處理，使得在與觸摸屏或者計算機通訊時不會占用PLC程序運行時間，PLC程序不會中斷，同樣提高了設(shè)備的實時性。

    5 結(jié)束語

    某橡膠集團是我國輪胎生產(chǎn)行業(yè)的龍頭企業(yè)，某有限公司是這個集團下屬的一家輪胎生產(chǎn)企業(yè)。和利時LM系列PLC用于此有限公司硫化車間的膠囊硫化機自動控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了膠囊硫化機的自動化控制和網(wǎng)絡(luò)化管理，大大提高了膠囊的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)了高質(zhì)、高效、低故障率等要求。

    參 考 文 獻

    [1] 《LM小型一體化PLC硬件手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2006

    [2] 《LM小型一體化PLC軟件手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2006

    [3] 《LM小型一體化PLC指令與功能塊手冊》，杭州和利時自動化有限公司，2006