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橡胶机械是汽车等各类运输机械轮胎生产中必不可少的基础环节之一。可以说，汽车离不开轮胎，轮胎生产离不开橡胶机械。改革开放以来，经过三十多年对国外先进技术和应用经验的消化吸收与自主创新，我国的橡胶机械产业取得了飞速发展和令人瞩目的成就，尤其是通过与世界轮胎巨头如米其林、固特异、普利司通等公司的商贸与交流，我国橡胶机械在品种、数量和质量等方面有了一个质的飞跃，已达世界先进水平之列。自2008年以来我国轮胎工业和橡胶机械行业不可避免地受到了金融危机带来的冲击，出口受到严重阻碍，但在国家相关政策的扶植下，行业整体上还是保持了稳步增长的趋势。
密炼机上辅机
密炼机即密闭式炼胶机，是炼胶机械的一种，它设有一对特定形状并相对回转的转子，在可调温度和压力的密闭状态下间歇性地对聚合物材料进行混炼。随着密炼机的发展，混炼的物料越来越多，转速也越来越快，为了充分发挥密炼机的效率，减轻工人的劳动强度和对环境的污染，迫切需要对密炼机混炼所需物料的运输、贮存、称量、投料等环节实施自动化和信息化。在这样的背景下，上辅机应运而生了，上辅机就是指用于炼胶所需的炭黑、胶料、粉料、油料等的输送、贮存、称量、投料的设备。
密炼机上辅机工作流程示意图
三角集团有限公司简介
三角集团有限公司（以下简称“三角集团”）始建于1976年，具有30多年生产制造轮胎的历史。主要产品包括轿车和轻卡子午胎、卡客车子午胎、工程子午胎、巨型工程子午胎、巨型斜交工程胎和普通斜交胎等产品，年生产能力2800万套以上，其中子午胎2400万套，具备炼胶能力50万吨，轮胎翻新能力50万条，以及独立的研发能力，建有技术开发中心和博士后科研工作站，是全国大的综合性供产销研一体化轮胎企业。在全球轮胎行业排名四强，居2008中国化工500强企业第十五位，六次跻身中国企业500强。
三角集团外景
明智之选
三角集团在筹建一条新的炼胶生产线时，对于密炼机上辅机的智能化控制系统格外重视。这套系统不仅要满足当前生产工艺、人力配备与环保达标的要求，要采用国际先进的技术、创立项目应用。正是基于这些考虑，三角集团对密炼机上辅机的控制系统在设计上提出了以下要求：
性能先进、稳定可靠
对于轮胎等橡胶制品的生产环节而言，炼胶是整体生产工艺的前道工序，占据首当其冲的位置，与轮胎生产厂的产量产值关系重大，相应的控制系统必须能够适应长期连续无差错运行的考验，各种炼制原料的称量、投料等相关参数与自动控制水平息息相关，只有真正具备先进性、可靠性的控制系统才能完全满足实际应用的需要。
网络化控制
密炼车间一般由炭黑、粉料气力输送与贮存部分、炭黑、粉料自动称重配料、投料部分、油料贮存、脱水、输送、自动称重配料及注射部分和胶料称重与投料部分等工艺段组成，传统的PLC控制结构不仅需要耗费大量的电缆、端子及配件，并且在安装、维护方面都遇到了很多难题，而基于现场总线的控制结构恰恰可以解决这些问题，给使用者带来更多的便利。本套密炼机上辅机的控制系统还需要与单独设置的炭黑输送系统及全厂计算机网络进行数据交换，在信息层需要采用高速、实时的工业以太网完成信息通讯的重任。
智能化管理
在密炼机上辅机对原料与各种配合剂进行混炼时，会涉及时间、温度等不同的控制方式，产生重量、转速、压力等关键数据，需要由计算机管理级有效地利用这些大量的过程信息，迅速、准确地掌握生产过程运行情况，正确下达指令以确保生产按计划执行，并在大程度上优化整体生产线的性能。
终，经过与三角集团多次沟通论证，由北京万向新元科技有限公司负责系统集成的西门子自动化解决方案脱颖而出，担负起了为三角集团密炼机上辅机保驾护航的重任。
系统构成
密炼机上辅机控制系统结构简图
控制系统采用三级网络控制结构，即现场设备级、系统控制级和管理级。
现场设备级是整个系统的信息来源和指令的具体执行者，包含各类传感器、现场仪表、电机、变频器等，其中变频器选用了西门子用于控制三相交流电动机速度的标准变频器MicroMaster440，并作为PROFIBUS-DP从站与PLC进行通讯。现场设备可对粉料、油料、胶料的供料、称量、投料及主机混炼等各种信号进行采集和执行动作控制，通过参数设定，变频器可根据需要对相应设备进行调速，实现炭黑等原料的快、慢速加料。快速可以缩短称量周期，提高效率，慢速则可以进行精细加料，减少误差。
系统控制级是上辅机系统的控制核心，采用工业上有着非常广泛应用基础的西门子S7-300系列PLC（CPU315-2PN/DP）。除CPU主站外，设有由ET200M分布式I/O构成的远程分站，主站与远程站之间采用PROFIBUS-DP现场总线进行通讯。PLC在运行中按编制的程序和设定参数控制炭黑、粉料、油料和胶料的自动称量配料、投料以及执行密炼机主机的混炼程序。
PLC主站控制柜
PLC远程分站控制柜
位于控制系统顶层的为管理级，由工业控制计算机、以太网交换机通过PROFINET标准组成工业以太网并与全厂计算机系统构成管理网络。管理级的功能主要是完成配方管理（其中包括配方输入、配方修改、配方打印、配方复制等）、配方运行（含配方下传、参数下传、配方运行）、数据报表（含日报表、运行记录、物料统计等）、参数设置（含生产量及相关参数）等，还包括系统运行状态的监视、完成生产量的统计、故障提示报警等功能。
上位机主监控画面
配方修改画面
报表打印画面
报警记录画面
PROFINET标准
PNO（PROFIBUS用户组织）于2001年8月发表了PROFINET规范。PROFINET基于工业以太网标准；使用TCP/IP协议和 IT标准；能够实现自动化技术与实时以太网技术的统一；无缝集成其他现场总线系统。
PROFINET可将所有工厂自动化功能甚至高性能驱动技术应用均包括在内。开放式标准可适用于工业自动化的所有相关要求：工业可兼容安装技术、简单网络管理和诊断、实时功能、通过工业以太网集成分布式现场设备以及高效的与制造商无关的工程与组态等。
通过PROFINET，无需任何知识，即可根据“PROFINET安装指南”实现工业可兼容布线网络。对于地址分配和设备网络诊断等问题，PROFINET 使用的 IT 标准 为DCP（Discovery and Basic Configuration）、SNMP（简单网络管理协议，Simple NetworkManagement Protocol）、HTML 以及XML。所有这些设备的集成为用户在试车和维修等方面提供了更高效、更经济的可能性。
控制效果
应用密炼机上辅机控制系统后，炭黑、粉料采用连续累计方式计量,可按工艺配方要求自动计量每种物料。计量时贮斗中炭黑或粉料按配方要求经螺旋加料器分快、慢速向炭黑粉料秤加料称量，达到称量值并符合误差要求后停止加料。全部物料按工艺配方要求卸入到中间过渡斗中暂存，炭粉秤可进行另一车料的称量。在暂存过程中,中间斗对物料总重量校核，可防止人为误操作投料．密炼机需投炭粉时，经顺料筒、排错叉道、后装料斗投入密炼机中。
油料按配方要求称量后，由注油泵将其注入密炼机中。残存在注油管道中的油料在注油泵停止运转后,由压缩空气自动扫入密炼机中。注油泵前设有检验排油阀门,当称错或检验油料称量系统精度时,打开此阀排出油液。
块状胶料由工人搬至胶料皮带秤上称量，连续的胶片经皮带秤供胶机向胶料秤上加料，胶料秤终端与中央控制室相连，显示屏按配方要求给出需称量的胶料号、胶料名称、预定重量、允许误差、实际称量值、以减少人为误差,方便工人操作。称量好并符合误差要求的胶料转运至投料运输带上暂存，密炼机需加胶料时，运输带将其投入密炼机中。
项目实施
三角集团密炼机上辅机控制系统项目由万向新元公司从2009年10月份开始进行系统设计工作。由于万向新元公司从事物料气力输送和自动称重配料等系统的开发集成，已经在多年工作中积累了大量的自动化技术资源和行业实践经验，从现场安装调试到投入试生产仅用时1个半月，并且于2010年初系统一次试车成功，以出众的产品性能和规范高效的项目实施能力获得了终用户的肯定和。
成功经验
截至目前，从三角集团密炼车间的运行状况来看，本系统具有结构灵活先进、人机界面友好、集控制和管理于一体等优点。较之过去落后的操作方式，有明显的优势：
1、对密炼车间的环境有很大的改善，达到国家环保标准；
2、上辅机的应用使混炼效率大大提高，节省人力。由于炭黑、粉料、油料均为自动称量投料，不需要人工投运，混炼周期大大缩短。人力可以节省20％左右；
3、对于成品胶的质量有很大的提高。人工投料时，重量精度一般难以及保证，且手动操作对于混炼工艺难以准确执行。在自动称量投料后，此问题得到相应的解决；
4、整个混炼过程具有可追溯性。混炼过程具有实时的曲线和报表，并且可以观看生产回放，有助于更快的解决问题。
作为国内在橡胶机械领域应用PROFINET标准网络的控制系统，三角集团密炼机上辅机控制系统为同类型机组做出了卓有成效的有益尝试并获得了实实在在的效益。西门子也将一如既往地关注自动化新技术在所有行业、领域的应用，秉持不断开拓创新的精神，引领行业进步，为我国的可持续发展继续贡献力量。
前言
近年来我国的轻工业在国家政策的有力扶持下高速发展，规模不断扩大，已经建立起了比较完整的工业体系，迈入世界轻工业生产大国行列。在全国各地纷纷建立了轻工商品的国际制造中心和采购中心，并已成为重要的国际贸易集散地和供应地。
对于我国的轻工装备而言，技术整体水平不高，能源、资源消耗过多等问题也日益凸显。问题主要在于轻工业是以中小企业和传统产业为主体的制造业群体，就轻工行业的整体情况看，企业发展水平参差不齐，企业自动化、信息化发展也不够平衡，迫切需要用先进的自动化技术与信息技术改造和提升传统设备水平。
汕头远东公司简介
轻工装备制造业是汕头市的传统产业和出口重点行业之一。改革开放以来，汕头市较早吸收、引进了国内外先进设备和技术，并在其基础上进行创新，使轻工装备制造业发展到了相当规模，形成了以包装印刷、塑料机械和专用设备制造为主导、多业并举的发展格局。
据汕头市远东轻化装备有限公司董事长、总经理熊鸿先生介绍，远东公司是粤东地区较具规模的研发设计、制造大型成套塑料、包装机械设备的企业。公司始建于1985年，经过二十多年的努力拼搏和不断发展，现已建成一座占地10万平方米、固定资产两亿元、集科研、生产一体化的园林式高新技术产业基地——远东工业园，并拥有一支由近百位科研人员和三百多位技术工人组成的员工队伍。公司是国家、省高新技术企业、省装备制造业典型企业、市装备制造业重点企业，通过ISO9001国际质量标准认证。重点产品除复合涂布机组外还包括塑料挤出淋膜复合机组、三层共挤双向拉伸（BOPP、BOPET）薄膜生产线成套设备、塑料扁丝拉丝机组等。
远东工业园大门
复合涂布机组工艺及对控制系统的需求
目前我国正在大力发展低碳经济，对香烟、食品、酒类等包装材料提出了“绿色包装”的要求并已形成不可阻挡的发展趋势。包装材料市场正处于平稳过渡阶段，镀铝卡纸与铝箔复合卡、PET覆膜卡并存。FTB系列多功能复合涂布机组正是以其独特的兼容性——多功能赢得广大用户的青睐。该机组既可以生产高品质的镀铝转移卡、纸，也能生产市场上尚存的铝箔复合卡、PET高-光复膜卡，还能对镀铝纸的底层、面层直接涂布。目前，对镀铝转移卡、纸的生产，国内流行两种不同的工艺：前上色工艺和后上色2艺，该机组都适用。运用前上色法生产，国内外曾采用膜面向下、纸面向上的工艺路线，在烘干100g／m2以下的薄纸时，会因受热过高、过快而发生鱼鳞状凹凸变形，但采用FTB系列多功能复合涂布机组的工艺路线可以避免该缺陷的发生。
FTB系列多功能复合涂布机组外观
复合涂布机组由基材放送机架、背涂涂布头、冷却牵引部、上胶湿式复合部、辅放送机、涂布头机构、组合式烘道、第二冷却牵引部、纸卷取机等部分构成，需要由控制系统完成对整机放卷、除湿、上胶、复合、上色、干燥、回湿定型、冷却、收卷等的速度和多段张力实现动态同步自动控制及在线检测。
FTB系列多功能复合涂布机组工艺流程图
针对复合涂布机组控制系统的工艺流程及设备特点，远东公司电气部经理陈伟龙先生指出，包括PLC、变频器、人机界面等产品在内的自动控制系统必须满足以下要求：
（1） 系统运行稳定、可靠性高；
复合涂布机组对于连续生产有较高要求，一旦因故障停机将导致巨额损失，必须选用符合的控制系统。
（2） 保证整机控制精度；
复合涂布机组的张力控制精度、烘道控温精度、涂布精度和收卷精度等是衡量整机性能的关键指标，对相应的控制产品提出了很高的要求。
（3） 满足高速生产需求。
为提升包装材料的生产效率，世界上先进的复合涂布机组的生产速度不断提高，能否实现高速生产将是对控制系统的大考验。
2009年8月，通过与西门子公司反复沟通论证，远东公司终选择了西门子全集成自动化解决方案。对于此次合作，远东公司熊总给予了很高期望，“我们在多年以前就已和西门子公司有过成功的合作经验，包括分切机、吹膜机等在内的多种机组已从西门子公司提供的解决方案充分受益，”熊总确信，“此次合作，我们看重的是西门子公司一贯秉承的认真务实的工作作风和过硬的产品质量及完善的服务保障体系，西门子是我们的佳选择！”
控制系统硬件设计
（1） 可编程控制器（PLC）选用1台西门子公司专为制造行业设计的创新型模块化控制器SIMATIC S7-1200。该控制器具有模块化、结构紧凑、功能全面等特点，适用于多种应用，能够保障现有投资的长期安全。该控制器具有可扩展的灵活设计，符合工业通讯高标准的PROFINET通讯接口，以及全面的集成工艺功能等特点。PLC作为控制系统的核心，用来连接现场操作按钮、接近开关和张力传感器等信号，通过PROFINET网络连接人机界面及串行通讯方式与变频器进行数据交换。
（2） 矢量电机驱动控制选用9台西门子SINAMICSG120变频器，G120是西门子新推出的变频器产品，其优点为：模块化设计，备件简单方便，使用更加灵活；能够将再生能量回馈电网，降低了用户的使用成本，更加节能；散热方式改进，延长了使用寿命，在恶劣环境下使用更加可靠。
（3） 每套机组配备一台具有PROFINET接口的SIMATICHMI 产品—KTP1000主要用于基本的操作员控制和监视任务。除了触摸屏操作以外，KTP1000 还具有 8个可组态的、具有触摸反馈功能的按钮，提升了应用性能和操作的简便性。
卓越的性能带来显著效益和良好口碑
在远东公司全面采用了西门子提供的控制系统解决方案以后，整条生产线各分部之间的速度同步、张力控制都收到了完美的控制效果，使机组的涂布速度达180米/分，调速精度达万分之一；可靠的闭环控制保证了稳定的收、放卷张力和涂布均匀；烘道热风均匀地达到±2．5℃的准确度，既保证烘干质量又提高了生产速度，节能省电，整机控制系统的可靠运行保障了制品的高质量、次。
东莞某激光全息产品制造厂经过半年多时间的生产应用，认为FTB型电脑自动多功能复合涂布机组是生产镭射膜的理想设备。通过生产过程的实际应用来看，由于控制系统的运行稳定、精度高，使设备涂布均匀、涂布量恒定并达到收卷平整的效果。制品完全达到烟标印刷领域高端产品的标准。
汕头市某彩印公司从远东公司购进FTB型多功能复合涂布机组后，主要用于镀铝转移金银卡的生产。投产近三个月以来，机组各项技术指标均能达到公司生产工艺的要求，优势表现在上胶均匀，涂胶量调节方便，贴合牢固平整，网纹上色均匀，各段张力控制稳定、精度高。烘道加温控制jingque，热风均匀，干燥效率高。由于该机应用了西门子全集成解决方案，使得机电一体化程度高，操作十分方便、生产的产品质量稳定、不弯曲变形、上色均匀、光亮度高、收卷整齐，成品率高达95%以上。
步步为营 赢在未来
汕头市远东轻化装备有限公司董事长、总经理熊鸿先生
在经历了与西门子多次愉快合作之后，远东公司熊总对西门子产品、服务意识和技术能力都表示了肯定。熊总认为：“我们现在的产品在整体上与国外先进水平还存在着一定的差距，但这种差距更多的是体现在机组的基础材料、装配精度等方面，有了西门子的保驾护航，我们的设备已经达到国际的数字化控制水准，将一步一个脚印地稳步提升产品质量，先保证质量，再追求数量，也希望西门子可以针对我国工业现场的特点，继续提高系统的抗干扰性能，让更多的用户从中受益。”
“踏踏实实做事，实实在在做人”是熊总个人一直以来信奉的原则，也是远东公司自始至终都在追求的企业文化。远东公司和西门子的合作还将继续深入下去，“高质量的产品、良好的服务和不断开拓创新”的企业精神也将继续引领远东公司满怀信心地走向国际，开创未来。