摘要：本文針對現有煉膠生產線控制系統存在的問題和企業信息化發展的需要，介紹了利用自行開發的智能控制系統對傳統煉膠生產線進行基于網絡的系統改造，綜合考慮了改造成本、系統實時性、可靠性、可擴展性以及生產質量的在線預測和故障的在線診斷等幾個主要因素，提高了系統的智能化程度和開放性。 關鍵詞：煉膠生產線，控制網絡，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，隨著輪胎行業的迅速發展，各輪胎企業紛紛要求以信息化為基礎對傳統生產線進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帶來負擔和風險，因此，在現有設備基礎上對生產線進行網絡信息化改造成為當務之急。煉膠是輪胎生產過程一個非常重要的環節，煉膠生產線的運行質量直接影響到輪胎的質量、成本以及效率，為了滿足煉膠生產的高質量、低成本、高效率的要求，改善操作和監控環境，實現遠程實時跟蹤和工藝優化，提高密煉機生產管理水平，加大對煉膠生產線底層信息系統的網絡化建設有著極其重要的意義。 1 問題及要求 [align=center] 圖1 煉膠生產線流程[/align] 　　煉膠生產線一般包括上輔機（包括膠料、粉料和油料的稱量及投送系統）、膠料混煉設備（密煉機）和下輔機（膠片擠出、冷卻和稱量系統）三大部分（如圖1所示）。傳統生產線這三部分的控制系統基本相互獨立，控制也相對較簡單，信息“孤島”化嚴重，系統難以實現工藝優化調整、生產過程在線監控和故障在線診斷預警。同時，煉膠生產環境極為惡劣：環境溫度較高、大功率設備較多、粉塵及噪音嚴重、每一個煉膠周期較短（一般2～5分鐘），并且生產線上設備分布相對較分散。為了徹底改變這種局面，需要將三部分進行有機的整合，加強生產線子系統間的信息交換、進行智能化數據融合的研究是煉膠生產線改造的重點。 　　針對煉膠生產線的特點及傳統系統存在問題，在構建底層信息交換網絡的時候應具有如下特點：（1）在干擾與被交換數據并存的環境下保證信息交換的實時性和可靠性;（2）改造過程需要保留絕大部分現有舊設備，但不同廠家不同時期的電氣設備，其通信能力和通信方式參差不齊;（3）系統具備故障自診斷和預警功能，保證交換數據的可靠性和物理系統的安全性;（4）為了在線跟蹤膠料質量，對膠料質量進行在線預測;（5）為了提高系統的綜合性能，需要加大子系統間的信息交換能力;（6）需要考慮系統未來的可擴充性，尤其是與管理層進行信息交換。 2 系統硬件架構 　　2.1 系統通信方式的確定 　　目前，工業生產中信息交換的基本技術主要有以通用串口為基礎的串行通信（如RS-232C通信、RS-422/485通信）、現場總線通信以及工業以太網。工業以太網雖然具有很大魅力，但由于小信息傳輸費用比較高、支持設備還不多、時間確定性和可重復性還沒有根本解決等原因[1]，因此目前在底層信息交換網絡中以前兩種為主。RS-422/485由于采用了平衡差分電路，可以實現多點通信，并且抗干擾能力強、通信距離遠、通信速度較高，因此在工業數據通信中使用得比較多[2]。現場總線（FieldBus）技術是近20年來發展起來的一項工業IT基礎技術，它是一種雙向、串行、多節點的數字通信系統，以OSI參考模型為基礎[3]，連接在總線上的智能設備共享信道，進行數據和信息交換。目前，現場總線幾乎成了工業數據通信與控制網絡的代名詞[1]。Profibus現場總線是一個多種協議并存的現場總線技術，不同協議的數據在系統內透明傳輸[4]，是眾多現場總線中能夠真正實現制造業自動化、過程自動化、樓宇自動化、電力自動化的一個綜合解決方案，支持的設備越來越多，具有很好的擴展能力。 　　在煉膠生產線基于網絡化的控制系統改造中，我們選擇了Profibus-DP作為底層控制網絡的主體骨架，同時根據通信數據量、成本等多方面綜合考慮，部分設備采用了基于RS-485的串行通信方式。 　　2.2 系統硬件架構 　　煉膠生產線需要處理信號主要包括：數字輸入信號（如設備狀態信號、手動控制信號等）、數字輸出信號（如設備運行的開關控制信號等）、模擬輸入信號（如密煉機膠料溫度、系統液壓壓力、上頂栓壓力、粉料重量、油料重量、膠料重量、電機轉速、主電機功率等信號）、模擬輸出信號（如上頂栓壓力、電機轉速等）。在生產現場一般需要的儀表有：多個重量顯示儀表、多個溫度顯示儀表、壓力顯示儀表、功率顯示儀表、電流表等。這些儀表多數具有一定的數字通信功能，所具有的通信方式如：RS-422/485、Profibus-DP等。 　　在煉膠生產線的底層控制系統設計上以Siemens S7-300為主要控制器，以工控計算機（IPC）作為監控站，并通過以太網與管理層相聯。現場控制層以Profibus-DP為紐帶連接現場主要智能儀表和智能設備，少部分設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，加強現場各工位人員對生產信息的直觀了解和交互功能。主站PLC負責與上級監控級IPC進行信息交換，同時通過Profibus與其它智能設備（包括另外兩臺PLC）通信，各S7-300控制器具有相對獨立性，分別處理相應子系統的數字信號和模擬信號。同時，由于煉膠過程的復雜性，目前還難以實現無人自動化，而生產線一般分布在四個樓層，為了提高效率，減少不必要的故障，現場增加兩個LED顯示屏（通過RS-485通信）、一個顯示器（或觸摸屏），以方便不同的現場人員對生產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 煉膠生產線底層硬件架構[/align] 　　3 系統的軟件架構 　　前面討論了基于網絡的底層網絡系統架構，這是本文研究的基礎，而系統的智能化實現是本文研究的又一主要任務，包括進行系統的故障診斷、主要質量指標的在線預測、友好的人機交互以及強大的數據庫管理、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量主要指標的預測模型以及故障診斷模型。軟件系統的具體框架如圖3所示。 [align=center] 圖3 系統軟件架構圖[/align] 　　系統IPC中的整個應用軟件系統自主開發，通過該軟件系統實現IPC對生產線工藝配方的管理、對底層控制系統下達生產計劃、在線監控、生產過程數據庫的管理、數據分析、遠程現場信息的顯示與交互（對觸摸屏）、工藝優化建模和生產質量的在線預測、在線事故診斷及預警、與管理層進行信息交換。IPC通過CP5611卡與PLC主站（Master）通過MPI接口進行通信。 　　整個IPC系統軟件我們采用Delphi 7.0在Windows XP環境下開發，數據庫采用SQL Server2000管理。 4 系統功能及特點 　　通過應用本系統對傳統煉膠生產線進行改造，煉膠生產線控制系統的綜合性能得到了提高： 　　（1）具有內容豐富的多點監控畫面，并且能夠進行遠程交互（例如可以在中控室也可在現場進行生產計劃的下達等）; 　　（2）加大了必要信息的采集，子系統間信息交換和協調能力得到了大大加強，提高整個系統的運作效率和安全可靠性，有效降低了系統由于信息“孤島化”帶來的生產風險; 　　（3）上輔機系統（即膠料、粉料和油料稱量系統）實現了手動、自動稱量，并且配方修改方便、靈活; 　　（4）混煉系統除具備手動和普通的自動控制外，能夠進行以質量為中心的智能控制，通過建立的門尼粘度在線預測模型在對質量進行預測，進而對混煉過程進行控制; 　　（5）通過對通信網絡、設備運行狀態、過程控制狀況以及主要工藝數據進行實時跟蹤，達到對系統的故障診斷和預警; 　　（6）具備了與管理層進行信息交換的能力，走出了傳統系統信息孤島的局面; 　　（7）同時系統具有較強的數據庫管理和工藝配方編輯能力。 5 結束語 　　在以信息化帶動傳統產業的工業化進程中，對于環境惡劣、生產相對復雜的輪胎煉膠生產線進行網絡化的應用研究，從軟硬件系統的構建上提供了一種切實有效的解決方案，并且綜合考慮了質量的在線預測、系統故障的在線診斷及預警、遠程交互和與管理層接口等當前工業生產和技術發展迫切需要的問題，相對于傳統系統而言，系統的智能化和開放性得到了大大提高，為其它傳統生產線的信息化改造提供了一種參考。 參考文獻： 　　[1] 馮建平.現場總線與工業以太網.現代制造，2001（10）：20～24 　　[2] 陽憲惠.工業數據通信與控制網絡.北京：清華大學出版社，2003 　　[3] 陽憲惠.現場總線技術及其應用.北京：清華大學出版社，2002 　　[4] 趙廣社等.基于現場總線技術的現代化水廠生產網絡控制系統設計.計算機測量與控制，2002（3）：177～179 　　[5] 廖常初.S7-300/400PLC應用技術.北京：機械工業出版社，2005 　　[6] 馮冬芹，金建祥等.現場總線技術發展回顧.自動化博覽，2003（1）：35～37 　　[7] 唐濟楊.現場總線與工廠底層自動化及信息集成技術.制造業自動化，2000（3）：14～18 　　[8] 黃國東.采用現場總線等技術的綜合網絡建設.微計算機信息，2004（20）：22～23