智能硫化群控管理系統研究

孫洪喜，王俊石

（軟控股份有限公司，山東 青島 266045）

智能硫化群控管理系統研究

Study on intelligent curing group control management system

孫洪喜，王俊石

（軟控股份有限公司，山東 青島 266045）

“工業4.0”是制造企業發展的必然趨勢，輪胎制造硫化過程不穩定會嚴重影響輪胎產品質量，同時硫化設備樣式多樣、廠家眾多，針對此問題將數字化、智能化、工業總線技術應用到硫化生產過程控制系統中，搭建智能化的群控管理系統，規范控制系統和管理模式，實現生產、設備、工藝、質量的集成化、智能化管控，使得硫化程度均勻性得到提升，提高了產品質量。

硫化群控；智能化；工業總線

美國對我國“雙反”對中國輪胎制造商產生了較大影響，提高產品質量和價格是輪胎企業突破國外輪胎銷售壁壘的重要途徑。硫化工序是輪胎生產的關鍵工序之一，硫化機是硫化工序的關鍵設備，硫化工序生產質量的好壞必將影響到輪胎整體產品的質量。如何提高硫化機自動化、智能化的水平以及工藝參數的控制精度已經成為提高輪胎產品質量的一個至關重要的環節。傳統的硫化機都是單機控制的方式，機臺之間的數據無法共享。同時單機控制方式也存在數據采集繁瑣、歷史數據查詢麻煩［1］等問題。結合現場實際情況，本文結合軟控在橡膠輪胎行業多年的自動控制和信息規劃的實踐經驗，提出硫化群控的解決方案，以昆侖通泰觸摸屏的硫化機進行組網為例，通過MODIBUS總線方式實現數據通訊控制，該方案組網簡單，控制可靠先進，能夠同時實現10臺硫化機的過程數據采集和硫化工藝控制。

下面從系統架構、案例實施、系統功能等方面進行逐一描述，群控組網方式較多。傳統方式以PLC直接加通訊模塊組網較多，本文以昆侖通泰觸摸屏組網為例，實現硫化的集群化管控，對于前期已采購觸摸屏控制設備的企業可有效降低實施成本。

1 系統架構

系統采用三層架構體系設計，架構圖如圖1所示。第一層是PCS層，PCS層實現了設備的控制，實現觸摸屏對PLC的直接控制，同時起到群控與PLC的通訊紐帶，起到“承上啟下”的作用。第二層是MES層由群控管理系統來實現，可以和十多臺觸摸屏通訊，實現工藝數據的下載，過程數據的采集。第三層為SYS服務層，服務器集中存儲數據，對外發布服務，實現內部數據的分析，外部用戶對系統數據的訪問。觸摸屏和PLC之間采用PLC的通訊協議，MES層和觸摸屏之間采用MODIBUS通訊協議，SYS服務層和MES層之間采用TCP/IP標準協議，組建標準的網絡，對外發布系統租用移動運營商的公網資源。

基于上述體系架構實現硫化設備的管控。首先以硬件實現網絡架構為基礎，目前有多種組網方式，由串口通訊模塊、網絡通訊模塊、總線方式的工業組網方式，上述方式都需要在現有PLC控制系統擴展對應的模塊來實現，本方案針對現有觸摸屏進行聯網，無需增加硬件的方式來實現，通訊采用MODIBUS通訊協議，下面以昆侖通泰的觸摸屏來介紹設置步驟。

2 硬件組態設計

針對觸摸屏安裝對應的嵌入式系統編程軟件，昆侖通泰觸摸屏為MCGS嵌入式版本，安裝完畢后，打開觸摸屏工程，打開設備窗口，如圖2所示。

選擇通用TCP/IP父設備，點增加，選擇通用設備，選擇MODBUSTCP數據轉發設備，點擊“添加”按鈕添加。依次添加通用TCP/IP父設備、MODBUSTCP數據轉發設備。

圖1 系統架構圖

圖2 設備窗口界面

然后設置通用TCP/IP父設備屬性，設置網絡類型：1-TCP，服務器類型:1-服務器，設置本地IP地址：192.168.1.133，通訊屏的IP地址192.168.1.200，端口：3000。

然后設置MODBUSTCP數據轉發設備屬性，設置步驟通過依次點擊內部屬性，選擇設置設備內部屬性。設置標簽TAG，如果存在標簽，通過“全部刪除”功能刪除后重新添加。點擊增加通道，選擇4通道類型（0輸入繼電器、1輸出繼電器、2輸入寄存器、3輸出寄存器），輸入默認開始地址，設置通道數量為通訊個數，選擇數據類型，最后設置通訊變量。

組態完畢后，編譯并且將程序下載到觸摸屏。重啟觸摸屏后，系統功能生效。MES上位機管理系統可通過MODBUS通訊協議訪問設置的變量。可以采集數據并且下載參數。

系統設置完畢后，可以部署群控管理系統，通過群控管理系統實現硫化設備的智能控制，報警標準的設置，過程參數的實時監控，從而實現硫化的智能化管理，報警標準具備自學習的調整功能，根據歷史數據和當前的硫化結果可以不斷的優化調整，下面對硫化報警標準的功能進行描述。

3 報警標準設置

報警標準是硫化設備判斷硫化過程準確的判斷依據，設置的好壞確定該輪胎過程是否合格，是否需要自動延時，以補償等效硫化的結果。在工藝專家經驗和歷史數據基礎上設置報警標準，設置標準針對熱板溫度、模套溫度、內溫、內壓，在硫化各步序階段的參數進行設置，分別設置凱式時間、持續時間、最大值、標準值、最小值等。

報警標準設置完畢后，基于迭代自學習控制方法［2］根據后續質檢系統的檢測結果和過程記錄的歷史數據，不斷對參數進行優化調整，對報警標準及控制方法進行優化，建立最佳的質量控制標準，從而提高報警標準設置的科學性和有效性。同時檢驗工藝是否與質量結果相匹配，從而不斷的優化工藝，提升硫化工序的產品質量。調整步序如圖3所示。

圖3 迭代自學習控制方法模型

4 過程監控模型

基于標準模型實時監控PLC的參數，系統初始化時首先從過程數據報警標準表中查詢當前過程參數的報警標準；初始化并下載（持續時間、報警狀態、最大值、最小值、開始時間）等報警標準參數；實時從設備控制系統監控步序、溫壓過程參數，判斷當前步序是否有過程參數報警標準：判斷當前步序是否有溫壓過程參數報警標準，如果沒有則進行提示，并實時判斷步序時間是否大于報警開始時間。根據報警標準判斷是否報警，并標記異常報警胎，短信通知工藝設備人員進行維護管理，實現輪胎品級的智能預測判斷。

5 系統功能

群控管理系統的主要功能框架如圖4所示，主要包含生產管理、計劃管理、技術管理、人員管理、報警管理、設備管理、系統管理幾大模塊，下面對各模塊的功能進行簡要描述。

5.1 生產管理

（1）實時采集生產信息，建立全面的生產管理追溯體系；

（2）對工藝、模具、生產時間、人員、機臺進行對應，建立生產資料庫；

（3）實時采集崗位工人的數據，結合計件工資標準，實時統計計件工資；

（4）以條碼或RFID為載體實現生產數據的實時統計分析；

（5）生產數據和實際工藝實時驗證，避免用錯胎胚等現象發生。

圖4 系統功能框架圖

5.2 計劃管理

（1）換模計劃的自動化管理，狀態實時跟蹤；

（2）硫化模具狀態實時管控，掌握生產能力，建立機臺生產能力對應數據庫；

（3）根據模具、生產需求、設備實際情況自動生成排產計劃；

（4）通過網絡計劃快速下達到機臺，提升數據傳輸效率，避免人工誤差、延遲等現象；

（5）計劃執行情況實時監控，執行率、執行狀態實時管控，實現計劃的精益化管理。

5.3 技術管理

（1）建立物料編碼規范，物料編碼統一定義，避免一物多碼的現象；

（2）統一管理硫化工藝參數、施工標準，防止工藝下發、執行不變形；

（3）建立硫化工藝配方和生產信息對應關系，有效分析不同配方對產品質量的影響，對工藝改進人員提供支持；

（4）建立硫化工藝報警標準，出現報警胎，控制硫化系統動作，禁止繼續硫化，防止批量不合格品產生；

（5）監控硫化曲線，搭建硫化曲線歷史資料庫，實現數據的監控，對歷史數據能夠及時追溯；

（6）溫度、壓力等生產過程參數實時監控，實現輪胎的智能預測判級。

5.4 人員管理

（1）確定人員編碼規范，統一編碼規則；

（2）交接班信息管理，確定生產班組、機臺、班次、崗位的對應關系；

（3）系統角色、功能權限靈活配置，有效保證了系統的數據安全；

（4）全面記錄系統日志，可追溯分析操作日志，便于追溯分析，保障系統安全；

（5）建立績效工資、成本核算的標準體系，規范人員梯隊建設。

5.5 報警管理

（1）報警標準統一定義管理，搭建設備、工藝的標準規范；

（2）搭建報警標準，實時監控過程參數，超出報警標準及時報警；

（3）建立異常胎的分析處理規范，跟蹤處理步驟，規范管理；

（4）報警胎與后工序接口，對報警胎及時提示并展現硫化參數，智能化提示并展示信息；

（5）報警胎及時通過短信、微信發布給相關人員。

5.6 設備管理

（1）建立設備履歷臺賬；

（2）實現硫化設備的全生命周期管理；

（3）設備參數統一管理，實現各機臺設備參數的規范化管控；

（4）設備參數運行狀態實時監控；

（5）規范故障申報處理流程，有效分析各處理階段的效率，提升管理效能；

（6）建立規范化的設備維修、保養、維修機制，實現設備的預測、預防性維修機制，保證設備最佳性能；

（7）建立備品備件庫存管理機制，提升庫存效率；

（8）分析備件和機臺的關系，設備維修成品分析，提升備件的最大利用率；

（9）OEE等報表的可視化展示。

5.7 系統管理

（1）系統參數化、平臺化管理；

（2）模塊化參數設置；

（3）系統角色、權限設置，保證系統及數據的安全性；

（4）系統日志全面管理，保證系統的安全，同時保證了故障追溯的及時性。

6 結論

應用軟控股份有限公司自主研發的智能群控管理系統，已經過多個廠家的應用實施，系統能夠自動掃描前工序胎胚的條碼或RFID，獲知數據，避免用錯料，智能分析過程數據，預測產品質量，智能分析各項成品的情況，提出改善措施，形成全新的生產管理模式。使得硫化車間人、設備、模具、成本等信息全面信息互通，搭建質量、設備、工藝、計劃、生產的全過程數據，建立生產的標準化、規范化流程。實現產品質量的全程監控，通過儀表盤、曲線圖等可視化的數據展示方式，預覽全局，實現硫化工序的全程服務和監控。透徹感知工序的制造成本，制造時間、產品質量，感知工人的工作特點、工作能力、特長愛好等，感知硫化的產品質量，建立質量預測模型，感知制造過程的能耗成本。

實踐證明具有良好的應用效果，能夠穩步提升硫化過程的質量，提高產品的均一性。設備的智能化管理與精益生產等思想結合，從而實現硫化工序的透明化、扁平化、精細化、人性化及智能化管理。整個系統融合了無線網、物聯網、自動化、信息化技術，極大提升企業的創新能力、協同制造能力，低碳制造能力及生產管控能力。

［1］ 江永富，廖曉梅.巨胎硫化群控系統設計［J］.工藝?設備.2007（03）： 37～40.

［2］ 楊聚慶，劉嬌月，王光民.攪拌站控制系統的迭代自學習算法設計［J］.制造業自動化，2011（7） ：137～138.

風雨欲來，40年輪胎企業宣告破產

2015年11月14日，來自首創輪胎的知情人士透露來自前中國25家重點輪胎企業的北京首創輪胎有限公司于2015年10月29日已宣告破產；宣破后只有十多人留守處理后續事宜。然而這家后來合并到北汽集團的企業并不安靜，2015年就傳出因為債務問題被法院查封輪胎，后來是員工遣散的合約情況。看來輪胎行業真是個多事之秋，真所謂是風雨欲來風滿樓，就像是多米諾骨牌一樣，一個個的輪胎硫化機會停止冒煙，輪胎倉庫的人員不再繁忙。我們的輪胎企業應該怎么過好難熬的日子？

北京首創輪胎有限責任公司（簡稱首創輪胎），是北京首都創業集團在原北京輪胎廠（始建于1975年）的基礎上，經過資產重組于1999年注冊設立的全資子公司。公司注冊地及原廠址位于北京市海淀區德勝門外西三旗東，后因企業發展需要進行搬遷、升級和改造，現生產基地位于北京市房山區城關街道顧八路二區1號。作為國家24家重點輪胎生產廠家之一，首創輪胎是以研發、生產和銷售乘用、輕卡子午胎和輕卡、載重、工程斜交胎為主的國有大型一類輪胎企業。連續多年躋身世界輪胎75強之列，綜合經濟實力在我國輪胎行業中列15位，半鋼子午胎前5名。產品注冊商標為“BCT”、“京輪”、“盾”、“奧特嘉”等。

“七五”期間，該公司是全國首家從意大利一家知名公司引進年產30萬條輕卡、轎車子午線輪胎生產線的企業，技術引進包括全套生產設備和輪胎設計、制造軟件。“八五”期間，又投資2.5億，進行了年增70萬條子午胎“雙加”技改項目，具備了年產120萬條子午胎的生產能力。公司目前年生產能力為710萬條，年工業產值可達15億元。“十五”期間，公司規劃分別在北京市房山區建設年產子午胎1 000萬條（其中一期項目已建成投產）和在河北徐水建設年產210萬條子午胎60萬條及斜交胎150萬條的新工廠（已建成投產）。房山項目總資產將達到16億元，占地面積630畝。其中一期工程用地373畝，其余為預留二期用地。已于2006年竣工投產的一期項目建筑面積約14萬m2，生產能力年產500萬條半鋼子午胎，年銷售收入12.5億元。二期工程完成后，房山項目年產將達到1 000萬條半鋼子午胎，年平均銷售收入達25億元。

相關人士透露，從開始的北京西三旗轉到北京的房山時，首創輪胎已經有三億多遠人民幣的債務，而轉到房山新工廠基地后，在2011年由國資委作媒把該企業劃歸北汽至今，破產根源是歸北汽前的經營成績一般，包括管理等多方面的原因，再加上目前來自美國的輪胎雙反更是雪上加霜，而國內的銷售也幾乎沒有長進，導致公司難以繼續維持，只得破產。

員工怎么辦？

據說2015年10月29日宣破，現在所有職工已經簽完分流安置意向書，將于18日開始簽字拿錢。對于職工來說，安置其實只有一種選擇，那就是自謀職業（買斷） 其余的選擇都不合適。職工是由農合工、正式工、內退、待崗等幾部分組成，大約有3 000左右，目前農合工已經以裁員方式解決完了，但農合工并不買帳，聽說已經上告。 剩下的還有1 000多正式工和內退職工。

目前仍沒有清晰的信息，但是由于之前的方案是把工廠搬遷到河北的黃驊，并且和來自印度的阿波羅合資成立新工廠，但是后來項目據說已經流產。所以整體的企業最后走向還不明朗。

摘編自“中國輪胎商業網”

（R-03）

TQ330.493

1009-797X（2015）23-0033-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.009

孫洪喜（1980-），男，畢業于青島大學計算數學及應用軟件專業，主要從事橡膠行業控制系統及網絡信息系統的研發開發及應用推廣工作。

2014-03-14