基于串口服務(wù)器的膠囊硫化機的監(jiān)控系統(tǒng)

劉鶴　王化建　趙聰聰　張剛曲阜師范大學(xué)工學(xué)院

?

基于串口服務(wù)器的膠囊硫化機的監(jiān)控系統(tǒng)

劉鶴王化建趙聰聰張剛
曲阜師范大學(xué)工學(xué)院

摘要：針對輪胎膠囊硫化各車間所用PLC生產(chǎn)廠家不同、通信協(xié)議具有排他性等問題，本設(shè)計采用先進的標準工業(yè)以太網(wǎng)對控制系統(tǒng)實現(xiàn)組網(wǎng)。本文主要介紹膠囊硫化機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成、上位機監(jiān)控設(shè)計和基于串口服務(wù)器的組網(wǎng)方式。運行結(jié)果證明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性高，易于操作，大大提高了輪胎膠囊硫化效率。

關(guān)鍵字：PLC 串口服務(wù)器 組網(wǎng) 膠囊硫化機

在輪胎生產(chǎn)中，輪胎膠囊的質(zhì)量對于輪胎的質(zhì)量和壽命至關(guān)重要。而溫度、壓力和時間是生產(chǎn)過程中影響輪胎膠囊質(zhì)量的3個關(guān)鍵因素.所以對于輪胎膠囊硫化過程中的關(guān)鍵因素的實時監(jiān)控就變得極為重要。通常采用分布式PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控輪胎膠囊硫化過程，由于各PLC生產(chǎn)廠家通信協(xié)議具有排他性，而且采用串口組網(wǎng)方式存在傳輸距離短、通信速率低、維護困難等問題，因此我們采用先進的標準工業(yè)以太網(wǎng)對控制系統(tǒng)實現(xiàn)組網(wǎng)。這提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，也使得硫化工藝參數(shù)得到精確的控制。

1　輪胎膠囊生產(chǎn)工藝介紹

若想要得到優(yōu)質(zhì)輪胎使用性能，膠囊硫化是最重要的一道工序。在硫化過程中，膠囊需經(jīng)過反復(fù)不斷的拉伸和膨脹、收縮等變形，還得經(jīng)受劇烈的升溫與冷卻。其過程為先將膠料通過一定加工制成半成品，再經(jīng)過一段時間的化學(xué)作用，將其半成品制成所需輪胎膠囊。就輪胎硫化膠囊生產(chǎn)工藝來說，在國內(nèi)，現(xiàn)行膠囊生產(chǎn)工藝主要有：（1）單囊模壓生產(chǎn)工藝流程為：橡膠原材料→煉膠→壓片→裁斷→模具→裝模→硫化機硫化→產(chǎn)品。（2）單囊注射生產(chǎn)工藝流程為：橡膠原材料→煉膠→壓片→裁斷 →注射到模具成型→硫化→產(chǎn)品。（3）移模注生產(chǎn)工藝流程為：橡膠原材料→密煉→壓片→裁斷→ 注射到模具成型→移模集中硫化→產(chǎn)品。

2　系統(tǒng)的總體概述

控制柜實現(xiàn)對于各個生產(chǎn)過程中壓力、溫度、 時間進行實時采集處理然后將數(shù)據(jù)進行上傳。系統(tǒng)底層通過單線連入串口服務(wù)器完成串口協(xié)議到 TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號經(jīng)高性能交換機集線后傳輸?shù)娇刂浦行模?jīng)組態(tài)軟件解析后完成對生產(chǎn)信息的監(jiān)控。

3　系統(tǒng)組成與硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括輸入部分、輸出部分、控制部分、通訊部分。（1）輸入部分：硫化機輸入有按鈕，行程開關(guān)，控制面板，傳感器等。工作人員可以通過控制 面板上的按鈕，來直接控制硫化機的生產(chǎn)過程。傳感器采得的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后，為PLC對溫度和壓力進行控制和顯示提供模擬輸入。（2）輸出部分：硫化機輸出有電磁閥、指示燈和報警電鈴等。通過PLC的輸出信號，控制動作元件，實現(xiàn)硫化機的動作。LCD可以顯示硫化機內(nèi)部的壓力、溫度等工作狀態(tài)，使操作人員能夠監(jiān)控硫化機的工作。（3）控制部分：包括A/D轉(zhuǎn)換單元、PLC控制單元、輸入輸出擴展單元三部分。A/D轉(zhuǎn)換單元：能將傳感器傳送來的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送給PLC 處理。PLC控制單元：通過內(nèi)部程序的運算，將輸出控制信號。利用上位機、下位機通訊模塊，PLC 把現(xiàn)場采集到的各項數(shù)據(jù)傳送給上位機進行處理，并從上位機處接收執(zhí)行命令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，啟動自動控制過程或直接控制現(xiàn)場的設(shè)備。輸入輸出擴展單元：擴展PLC控制單元的輸入輸出點數(shù)。（4）通訊部分：采用串行通信方式，分散的 PLC通過RS485接口連接到串口服務(wù)器組上，再將串口服務(wù)器通過高性能交換機連接到控制中心的計算機上，利用軟件可方便地對硫化機進行程序輸入、輸出、修改、監(jiān)控等。上位機將會循環(huán)采集下位機的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并將其實時顯示在監(jiān)控畫面中。

4　系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1上位機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的上位機監(jiān)控程序選用組態(tài)程序軟件包KINGVIEW6.55，畫面為256色Windows平臺。這個軟件包由TOUCHEXPLORER、TOUCHVIEW、 DDE服務(wù)程序等主要部分組成，分別負責(zé)、系統(tǒng)工程的建立、監(jiān)控畫面的制作，監(jiān)控畫面的運行，以 及系統(tǒng)中工控機和PLC之間的數(shù)據(jù)通訊。監(jiān)控系統(tǒng)分為設(shè)置部分、監(jiān)控部分與數(shù)據(jù)庫查詢部分三個部分。

（1）在設(shè)置畫面中，系統(tǒng)管理人員可以進行參數(shù) 設(shè)定、實時數(shù)據(jù)的收集處理和顯示及命令控制界面。

（2）在監(jiān)控畫面中，會將上位機采集的每臺硫化機的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時顯示在畫面中，完成數(shù)據(jù)的采集、處理；并以報表的形式輸出采集到的數(shù)據(jù)。

（3）在數(shù)據(jù)庫查詢畫面中，用可以針對控制系統(tǒng)投入運行以來的硫化生產(chǎn)情況，完成歷史數(shù)據(jù)的收集處理。可以查詢歷史數(shù)據(jù)曲線和實時數(shù)據(jù)曲線，同時也可以查詢在曲線上某一時刻的具體值。

4.2下位機軟件設(shè)計

4.2.1PLC軟件實現(xiàn)

PLC采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC程序采用結(jié)構(gòu)化編程方式編制。正常工作時執(zhí)行自動程序，由編寫的PLC程序自動控制硫化過程，以實現(xiàn)對硫化溫度、壓力和時間的實時監(jiān)控和自動調(diào)整。當換模具或發(fā)生異常情況時，啟動切換至手動程序，以此保證生產(chǎn)過程的正常進行，也提高生產(chǎn)的安全保障。考慮到硫化車間有多個，且各個車間的PLC型號或許不一，通訊方式或許不一， 所以需要串口服務(wù)器來連接并與上位機連接。

4.2.2 基于串口服務(wù)器的組網(wǎng)方式

基于串口服務(wù)器是業(yè)內(nèi)新興的一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案。串口服務(wù)器其實是種協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。它能夠提供1、2、4、8或16口的RS232或RS422/485串口界面，還有一個10M/100M的以太網(wǎng)接口，可在TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中接入RS232/422/485串行設(shè)備，主計算機便可通過以太網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議訪問被接入的終端設(shè)備。該方案結(jié)合了串口通訊的簡單方便，又利用了以太網(wǎng)的高效穩(wěn)定，同時為后續(xù)生產(chǎn)信息跟蹤預(yù)先搭建了部分網(wǎng)絡(luò)，是一種性價比較高的組網(wǎng)方式。

將串口服務(wù)器網(wǎng)口端與交換機相連，通過對串口服務(wù)器IP地址的設(shè)置，就能形成以太網(wǎng)節(jié)點。串口服務(wù)器可以連接不同型號的PLC，所以通過這種方式，不同型號的PLC可以方便的連接到以太網(wǎng)上。本系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)1個主控站與多個PLC車間之間的遠程傳輸。主控站對全場實施集中管理，控制現(xiàn)場由多個PLC車間和現(xiàn)場儀表對各過程進行分散控制。串口服務(wù)器選用的是臺灣MOXA的NPort-5630。

目前，它被廣泛應(yīng)用于各類串口設(shè)備和以太網(wǎng)連接方案中，提供了16個RS422/485串口，用以設(shè)備拓展。使用時，用RS485連接線將串口服務(wù)器連接到各個PLC的通訊口，用網(wǎng)線將NPort-5630和HUB 連接，完成硬件安裝。串口服務(wù)器的屬性設(shè)置可以利用NPort-5630所帶的軟件包來完成。這樣 NPort-5630為串口設(shè)備提供了便捷的傳輸方式以連接到以太網(wǎng)，且兼容性較強，還有很強的網(wǎng)絡(luò)擴展性能。此外，NPort-5630最方便的地方是能夠在串口和以太網(wǎng)接口之間直接進行雙向傳輸數(shù)據(jù)。通過 NPort-5630，能夠同時集中管理分散的主機系統(tǒng)和 串口設(shè)備，并且有效地解決了相對分散的各個其它 輔助系統(tǒng)與主裝置DCS的通訊問題。

5　結(jié)束語

本文設(shè)計的膠囊硫化機的監(jiān)控系統(tǒng)在山東西水 永一橡膠有限公司已投入使用，到目前為止系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)一年多，實踐證明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，提高了生產(chǎn)過程的安全性，大大降低了勞動強度，并為輪胎膠囊CIMS奠定了基礎(chǔ)，具有顯著的現(xiàn)實意義。

參考文獻

［1］林禮貴.輪胎硫化膠囊的制造［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2008

［2］張華，邢建國，苗岱江.輪胎膠囊硫化機主從控制系統(tǒng)開發(fā)［J］.機電工程，2009（11）：71-75.

［3］王艷芬，侯益坤.PLC應(yīng)用與組態(tài)監(jiān)控技術(shù).［M］.北京理工大學(xué)出版社，2012

［4］宋伯生.PLC編程理論、算法及技巧［M］.機械工業(yè)出版社，2011

［5］陳平，郝繼飛，周曉飛.基于串口服務(wù)器的供水控制器遠程控制系統(tǒng)［J］.工礦自動化， 2011，（5）： 44-47.