摘要：本文針對現(xiàn)有煉膠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)存在的問題和企業(yè)信息化發(fā)展的需要，介紹了利用自行開發(fā)的智能控制系統(tǒng)對傳統(tǒng)煉膠生產(chǎn)線進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)改造，綜合考慮了改造成本、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性、可擴(kuò)展性以及生產(chǎn)質(zhì)量的在線預(yù)測和故障的在線診斷等幾個(gè)主要因素，提高了系統(tǒng)的智能化程度和開放性。 關(guān)鍵詞：煉膠生產(chǎn)線，控制網(wǎng)絡(luò)，智能控制 Abstract: A self-development intelligent control system based on industrial network for mixing line is introduced in this paper. The system is used to change the old system under the requirement of the development based on information technology and the problem with the old system. Many important factors are taken into account synthetically in the new system, such as reconstruction cost, real-time, reliability, expandability, online prediction of quality and online fault diagnosis. The performance on intelligence and opening are improved comparing to the old system. Key words: mixing line, control network, intelligent control 引 言 　　近年來，隨著輪胎行業(yè)的迅速發(fā)展，各輪胎企業(yè)紛紛要求以信息化為基礎(chǔ)對傳統(tǒng)生產(chǎn)線進(jìn)行改造以提高綜合效率和決策的可靠性，但又要避免過大的一次性投資給企業(yè)帶來負(fù)擔(dān)和風(fēng)險(xiǎn)，因此，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上對生產(chǎn)線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息化改造成為當(dāng)務(wù)之急。煉膠是輪胎生產(chǎn)過程一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，煉膠生產(chǎn)線的運(yùn)行質(zhì)量直接影響到輪胎的質(zhì)量、成本以及效率，為了滿足煉膠生產(chǎn)的高質(zhì)量、低成本、高效率的要求，改善操作和監(jiān)控環(huán)境，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)跟蹤和工藝優(yōu)化，提高密煉機(jī)生產(chǎn)管理水平，加大對煉膠生產(chǎn)線底層信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)有著極其重要的意義。 1 問題及要求 [align=center] 圖1 煉膠生產(chǎn)線流程[/align] 　　煉膠生產(chǎn)線一般包括上輔機(jī)（包括膠料、粉料和油料的稱量及投送系統(tǒng)）、膠料混煉設(shè)備（密煉機(jī)）和下輔機(jī)（膠片擠出、冷卻和稱量系統(tǒng)）三大部分（如圖1所示）。傳統(tǒng)生產(chǎn)線這三部分的控制系統(tǒng)基本相互獨(dú)立，控制也相對較簡單，信息“孤島”化嚴(yán)重，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化調(diào)整、生產(chǎn)過程在線監(jiān)控和故障在線診斷預(yù)警。同時(shí)，煉膠生產(chǎn)環(huán)境極為惡劣：環(huán)境溫度較高、大功率設(shè)備較多、粉塵及噪音嚴(yán)重、每一個(gè)煉膠周期較短（一般2～5分鐘），并且生產(chǎn)線上設(shè)備分布相對較分散。為了徹底改變這種局面，需要將三部分進(jìn)行有機(jī)的整合，加強(qiáng)生產(chǎn)線子系統(tǒng)間的信息交換、進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)融合的研究是煉膠生產(chǎn)線改造的重點(diǎn)。 　　針對煉膠生產(chǎn)線的特點(diǎn)及傳統(tǒng)系統(tǒng)存在問題，在構(gòu)建底層信息交換網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）在干擾與被交換數(shù)據(jù)并存的環(huán)境下保證信息交換的實(shí)時(shí)性和可靠性;（2）改造過程需要保留絕大部分現(xiàn)有舊設(shè)備，但不同廠家不同時(shí)期的電氣設(shè)備，其通信能力和通信方式參差不齊;（3）系統(tǒng)具備故障自診斷和預(yù)警功能，保證交換數(shù)據(jù)的可靠性和物理系統(tǒng)的安全性;（4）為了在線跟蹤膠料質(zhì)量，對膠料質(zhì)量進(jìn)行在線預(yù)測;（5）為了提高系統(tǒng)的綜合性能，需要加大子系統(tǒng)間的信息交換能力;（6）需要考慮系統(tǒng)未來的可擴(kuò)充性，尤其是與管理層進(jìn)行信息交換。 2 系統(tǒng)硬件架構(gòu) 　　2.1 系統(tǒng)通信方式的確定 　　目前，工業(yè)生產(chǎn)中信息交換的基本技術(shù)主要有以通用串口為基礎(chǔ)的串行通信（如RS-232C通信、RS-422/485通信）、現(xiàn)場總線通信以及工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)雖然具有很大魅力，但由于小信息傳輸費(fèi)用比較高、支持設(shè)備還不多、時(shí)間確定性和可重復(fù)性還沒有根本解決等原因[1]，因此目前在底層信息交換網(wǎng)絡(luò)中以前兩種為主。RS-422/485由于采用了平衡差分電路，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，并且抗干擾能力強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)、通信速度較高，因此在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中使用得比較多[2]。現(xiàn)場總線（FieldBus）技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的一項(xiàng)工業(yè)IT基礎(chǔ)技術(shù)，它是一種雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)，以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ)[3]，連接在總線上的智能設(shè)備共享信道，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換。目前，現(xiàn)場總線幾乎成了工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)的代名詞[1]。Profibus現(xiàn)場總線是一個(gè)多種協(xié)議并存的現(xiàn)場總線技術(shù)，不同協(xié)議的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)透明傳輸[4]，是眾多現(xiàn)場總線中能夠真正實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動(dòng)化、過程自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、電力自動(dòng)化的一個(gè)綜合解決方案，支持的設(shè)備越來越多，具有很好的擴(kuò)展能力。 　　在煉膠生產(chǎn)線基于網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)改造中，我們選擇了Profibus-DP作為底層控制網(wǎng)絡(luò)的主體骨架，同時(shí)根據(jù)通信數(shù)據(jù)量、成本等多方面綜合考慮，部分設(shè)備采用了基于RS-485的串行通信方式。 　　2.2 系統(tǒng)硬件架構(gòu) 　　煉膠生產(chǎn)線需要處理信號主要包括：數(shù)字輸入信號（如設(shè)備狀態(tài)信號、手動(dòng)控制信號等）、數(shù)字輸出信號（如設(shè)備運(yùn)行的開關(guān)控制信號等）、模擬輸入信號（如密煉機(jī)膠料溫度、系統(tǒng)液壓壓力、上頂栓壓力、粉料重量、油料重量、膠料重量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、主電機(jī)功率等信號）、模擬輸出信號（如上頂栓壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）。在生產(chǎn)現(xiàn)場一般需要的儀表有：多個(gè)重量顯示儀表、多個(gè)溫度顯示儀表、壓力顯示儀表、功率顯示儀表、電流表等。這些儀表多數(shù)具有一定的數(shù)字通信功能，所具有的通信方式如：RS-422/485、Profibus-DP等。 　　在煉膠生產(chǎn)線的底層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上以Siemens S7-300為主要控制器，以工控計(jì)算機(jī)（IPC）作為監(jiān)控站，并通過以太網(wǎng)與管理層相聯(lián)?，F(xiàn)場控制層以Profibus-DP為紐帶連接現(xiàn)場主要智能儀表和智能設(shè)備，少部分設(shè)備由于通信功能的限制或基于改造成本等綜合考慮采用RS-485串行通信，加強(qiáng)現(xiàn)場各工位人員對生產(chǎn)信息的直觀了解和交互功能。主站PLC負(fù)責(zé)與上級監(jiān)控級IPC進(jìn)行信息交換，同時(shí)通過Profibus與其它智能設(shè)備（包括另外兩臺(tái)PLC）通信，各S7-300控制器具有相對獨(dú)立性，分別處理相應(yīng)子系統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號。同時(shí)，由于煉膠過程的復(fù)雜性，目前還難以實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)化，而生產(chǎn)線一般分布在四個(gè)樓層，為了提高效率，減少不必要的故障，現(xiàn)場增加兩個(gè)LED顯示屏（通過RS-485通信）、一個(gè)顯示器（或觸摸屏），以方便不同的現(xiàn)場人員對生產(chǎn)信息的了解和交互需要，并與IPC直接通信。具體如圖2所示。 [align=center]　 圖2 煉膠生產(chǎn)線底層硬件架構(gòu)[/align] 　　3 系統(tǒng)的軟件架構(gòu) 　　前面討論了基于網(wǎng)絡(luò)的底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，這是本文研究的基礎(chǔ)，而系統(tǒng)的智能化實(shí)現(xiàn)是本文研究的又一主要任務(wù)，包括進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷、主要質(zhì)量指標(biāo)的在線預(yù)測、友好的人機(jī)交互以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理、工藝管理和與管理層接口等。為此，需要建立基于門尼粘度等反映混煉膠質(zhì)量主要指標(biāo)的預(yù)測模型以及故障診斷模型。軟件系統(tǒng)的具體框架如圖3所示。 [align=center] 圖3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖[/align] 　　系統(tǒng)IPC中的整個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)自主開發(fā)，通過該軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)IPC對生產(chǎn)線工藝配方的管理、對底層控制系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃、在線監(jiān)控、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)庫的管理、數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程現(xiàn)場信息的顯示與交互（對觸摸屏）、工藝優(yōu)化建模和生產(chǎn)質(zhì)量的在線預(yù)測、在線事故診斷及預(yù)警、與管理層進(jìn)行信息交換。IPC通過CP5611卡與PLC主站（Master）通過MPI接口進(jìn)行通信。 　　整個(gè)IPC系統(tǒng)軟件我們采用Delphi 7.0在Windows XP環(huán)境下開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000管理。 4 系統(tǒng)功能及特點(diǎn) 　　通過應(yīng)用本系統(tǒng)對傳統(tǒng)煉膠生產(chǎn)線進(jìn)行改造，煉膠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的綜合性能得到了提高： 　?。?）具有內(nèi)容豐富的多點(diǎn)監(jiān)控畫面，并且能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程交互（例如可以在中控室也可在現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá)等）; 　?。?）加大了必要信息的采集，子系統(tǒng)間信息交換和協(xié)調(diào)能力得到了大大加強(qiáng)，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作效率和安全可靠性，有效降低了系統(tǒng)由于信息“孤島化”帶來的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn); 　?。?）上輔機(jī)系統(tǒng)（即膠料、粉料和油料稱量系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)、自動(dòng)稱量，并且配方修改方便、靈活; 　?。?）混煉系統(tǒng)除具備手動(dòng)和普通的自動(dòng)控制外，能夠進(jìn)行以質(zhì)量為中心的智能控制，通過建立的門尼粘度在線預(yù)測模型在對質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而對混煉過程進(jìn)行控制; 　?。?）通過對通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過程控制狀況以及主要工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，達(dá)到對系統(tǒng)的故障診斷和預(yù)警; 　?。?）具備了與管理層進(jìn)行信息交換的能力，走出了傳統(tǒng)系統(tǒng)信息孤島的局面; 　?。?）同時(shí)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫管理和工藝配方編輯能力。 5 結(jié)束語 　　在以信息化帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程中，對于環(huán)境惡劣、生產(chǎn)相對復(fù)雜的輪胎煉膠生產(chǎn)線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用研究，從軟硬件系統(tǒng)的構(gòu)建上提供了一種切實(shí)有效的解決方案，并且綜合考慮了質(zhì)量的在線預(yù)測、系統(tǒng)故障的在線診斷及預(yù)警、遠(yuǎn)程交互和與管理層接口等當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展迫切需要的問題，相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的智能化和開放性得到了大大提高，為其它傳統(tǒng)生產(chǎn)線的信息化改造提供了一種參考。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 馮建平.現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng).現(xiàn)代制造，2001（10）：20～24 　　[2] 陽憲惠.工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò).北京：清華大學(xué)出版社，2003 　　[3] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2002 　　[4] 趙廣社等.基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)代化水廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)測量與控制，2002（3）：177～179 　　[5] 廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 　　[6] 馮冬芹，金建祥等.現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展回顧.自動(dòng)化博覽，2003（1）：35～37 　　[7] 唐濟(jì)楊.現(xiàn)場總線與工廠底層自動(dòng)化及信息集成技術(shù).制造業(yè)自動(dòng)化，2000（3）：14～18 　　[8] 黃國東.采用現(xiàn)場總線等技術(shù)的綜合網(wǎng)絡(luò)建設(shè).微計(jì)算機(jī)信息，2004（20）：22～23