基于网络的炼胶生产线智能控制系统研发

　　引 言

　　近年来，随着轮胎行业的迅速发展，各轮胎企业纷纷要求以信息化为基础对传统生产线进行改造以提高综合效率和决策的可靠性，但又要避免过大的一次性投资给企业带来负担和风险，因此，在现有设备基础上对生产线进行网络信息化改造成为当务之急。炼胶是轮胎生产过程一个非常重要的环节，炼胶生产线的运行质量直接影响到轮胎的质量、成本以及效率，为了满足炼胶生产的高质量、低成本、高效率的要求，改善操作和监控环境，实现远程实时跟踪和工艺优化，提高密炼机生产管理水平，加大对炼胶生产线底层信息系统的网络化建设有着极其重要的意义。

　　1 问题及要求

图1 炼胶生产线流程

　　炼胶生产线一般包括上辅机(包括胶料、粉料和油料的称量及投送系统)、胶料混炼设备(密炼机)和下辅机(胶片挤出、冷却和称量系统)三大部分(如图1所示)。传统生产线这三部分的控制系统基本相互独立，控制也相对较简单，信息“孤岛”化严重，系统难以实现工艺优化调整、生产过程在线监控和故障在线诊断预警。同时，炼胶生产环境极为恶劣：环境温度较高、大功率设备较多、粉尘及噪音严重、每一个炼胶周期较短(一般2～5分钟)，并且生产线上设备分布相对较分散。为了彻底改变这种局面，需要将三部分进行有机的整合，加强生产线子系统间的信息交换、进行智能化数据融合的研究是炼胶生产线改造的重点。

　　针对炼胶生产线的特点及传统系统存在问题，在构建底层信息交换网络的时候应具有如下特点：(1)在干扰与被交换数据并存的环境下保证信息交换的实时性和可靠性;(2)改造过程需要保留绝大部分现有旧设备，但不同厂家不同时期的电气设备，其通信能力和通信方式参差不齐;(3)系统具备故障自诊断和预警功能，保证交换数据的可靠性和物理系统的安全性;(4)为了在线跟踪胶料质量，对胶料质量进行在线预测;(5)为了提高系统的综合性能，需要加大子系统间的信息交换能力;(6)需要考虑系统未来的可扩充性，尤其是与管理层进行信息交换。

　　2 系统硬件架构

　　2.1 系统通信方式的确定

　　目前，工业生产中信息交换的基本技术主要有以通用串口为基础的串行通信(如RS-232C通信、RS-422/485通信)、现场总线通信以及工业以太网。工业以太网虽然具有很大魅力，但由于小信息传输费用比较高、支持设备还不多、时间确定性和可重复性还没有根本解决等原因[1]，因此目前在底层信息交换网络中以前两种为主。RS-422/485由于采用了平衡差分电路，可以实现多点通信，并且抗干扰能力强、通信距离远、通信速度较高，因此在工业数据通信中使用得比较多[2]。现场总线(FieldBus)技术是近20年来发展起来的一项工业IT基础技术，它是一种双向、串行、多节点的数字通信系统，以OSI参考模型为基础[3]，连接在总线上的智能设备共享信道，进行数据和信息交换。目前，现场总线几乎成了工业数据通信与控制网络的代名词[1]。Profibus现场总线是一个多种协议并存的现场总线技术，不同协议的数据在系统内透明传输[4]，是众多现场总线中能够真正实现制造业自动化、过程自动化、楼宇自动化、电力自动化的一个综合解决方案，支持的设备越来越多，具有很好的扩展能力。