西門子自動化解決方案在三角集團有限公司密煉機上輔機控制系統的應用———西門子自動化解決方案在三角集團有限公司密煉機上輔機控制系統的應用
西門子（中國）有限公司工業自動化與驅動技術集團——自動化系統
前言：橡膠機械是汽車等各類運輸機械輪胎生產中必不可少的基礎環節之一。可以說，汽車離不開輪胎，輪胎生產離不開橡膠機械。改革開放以來，經過三十多年對國外先進技術和應用經驗的消化吸收與自主創新，我國的橡膠機械產業取得了飛速發展和令人矚目的成就，尤其是通過與世界輪胎巨頭如米其林、固特異、普利司通等公司的商貿與交流，我國橡膠機械在品種、數量和質量等方面有了一個質的飛躍，已達世界先進水平之列。雖然自2008年以來我國輪胎工業和橡膠機械行業不可避免地受到了金融危機帶來的沖擊，出口受到嚴重阻礙，但在國家相關政策的扶植下，行業整體上還是保持了穩步增長的趨勢。 密煉機上輔機 密煉機即密閉式煉膠機，是煉膠機械的一種，它設有一對特定形狀并相對回轉的轉子，在可調溫度和壓力的密閉狀態下間歇性地對聚合物材料進行混煉。隨著密煉機的發展，混煉的物料越來越多，轉速也越來越快，為了充分發揮密煉機的效率，減輕工人的勞動強度和對環境的污染，迫切需要對密煉機混煉所需物料的運輸、貯存、稱量、投料等環節實施自動化和信息化。在這樣的背景下，上輔機應運而生了，上輔機就是指用于煉膠所需的炭黑、膠料、粉料、油料等的輸送、貯存、稱量、投料的設備。
密煉機上輔機工作流程示意圖 三角集團有限公司簡介 三角集團有限公司（以下簡稱“三角集團”）始建于1976年，具有30多年專業生產制造輪胎的歷史。主要產品包括轎車和輕卡子午胎、卡客車子午胎、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產品，年生產能力2800萬套以上，其中子午胎2400萬套，同時具備煉膠能力50萬噸，輪胎翻新能力50萬條，以及獨立的研發能力，建有國家級技術開發中心和博士后科研工作站，是全國最大的綜合性供產銷研一體化輪胎企業。在全球輪胎行業排名前十四強，居2008中國化工500強企業第十五位，六次躋身中國企業500強。 三角集團外景 明智之選 三角集團在籌建一條新的煉膠生產線時，對于密煉機上輔機的智能化控制系統格外重視。這套系統不僅要滿足當前生產工藝、人力配備與環保達標的要求，而且要采用國際最先進的技術、創立項目應用典范。正是基于這些考慮，三角集團對密煉機上輔機的控制系統在設計上提出了以下要求： 性能先進、穩定可靠 對于輪胎等橡膠制品的生產環節而言，煉膠是整體生產工藝的前道工序，占據首當其沖的位置，與輪胎生產廠的產量產值關系重大，因此相應的控制系統必須能夠適應長期連續無差錯運行的考驗，同時，各種煉制原料的稱量、投料等相關參數與自動控制水平息息相關，只有真正具備先進性、可靠性的控制系統才能完全滿足實際應用的需要。 網絡化控制 密煉車間一般由炭黑、粉料氣力輸送與貯存部分、炭黑、粉料自動稱重配料、投料部分、油料貯存、脫水、輸送、自動稱重配料及注射部分和膠料稱重與投料部分等工藝段組成，傳統的PLC控制結構不僅需要耗費大量的電纜、端子及配件，并且在安裝、維護方面都遇到了很多難題，而基于現場總線的控制結構恰恰可以解決這些問題，同時給使用者帶來更多的便利。此外，本套密煉機上輔機的控制系統還需要與單獨設置的炭黑輸送系統及全廠計算機網絡進行數據交換，在信息層需要采用高速、實時的工業以太網完成信息通訊的重任。 智能化管理 在密煉機上輔機對原料與各種配合劑進行混煉時，會涉及時間、溫度等不同的控制方式，產生重量、轉速、壓力等關鍵數據，需要由計算機管理級有效地利用這些大量的過程信息，迅速、準確地掌握生產過程運行情況，正確下達指令以確保生產按計劃執行，并在最大程度上優化整體生產線的性能。 最終，經過與三角集團多次溝通論證，由北京萬向新元科技有限公司負責系統集成的西門子自動化解決方案脫穎而出，擔負起了為三角集團密煉機上輔機保駕護航的重任。 系統構成 密煉機上輔機控制系統結構簡圖 控制系統采用三級網絡控制結構，即現場設備級、系統控制級和管理級。 現場設備級是整個系統的信息來源和指令的具體執行者，包含各類傳感器、現場儀表、電機、變頻器等，其中變頻器選用了西門子用于控制三相交流電動機速度的標準變頻器MicroMaster440，并作為PROFIBUS-DP從站與PLC進行通訊。現場設備可對粉料、油料、膠料的供料、稱量、投料及主機混煉等各種信號進行采集和執行動作控制，通過參數設定，變頻器可根據需要對相應設備進行調速，實現炭黑等原料的快、慢速加料。快速可以縮短稱量周期，提高效率，慢速則可以進行精細加料，減少誤差。 系統控制級是上輔機系統的控制核心，采用工業上有著非常廣泛應用基礎的西門子S7-300系列PLC（CPU 315-2 PN/DP）。除CPU主站外，設有由ET200M分布式I/O構成的遠程分站，主站與遠程站之間采用PROFIBUS-DP現場總線進行通訊。PLC在運行中按編制的程序和設定參數控制炭黑、粉料、油料和膠料的自動稱量配料、投料以及執行密煉機主機的混煉程序。 PLC主站控制柜 PLC遠程分站控制柜 位于控制系統頂層的為管理級，由工業控制計算機、以太網交換機通過PROFINET標準組成工業以太網并與全廠計算機系統構成管理網絡。管理級的功能主要是完成配方管理（其中包括配方輸入、配方修改、配方打印、配方復制等）、配方運行（含配方下傳、參數下傳、配方運行）、數據報表（含日報表、運行記錄、物料統計等）、參數設置（含生產量及相關參數）等，還包括系統運行狀態的監視、完成生產量的統計、故障提示報警等功能。 上位機主監控畫面 配方修改畫面 報表打印畫面 報警記錄畫面 PROFINET標推薦廠商
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