雙模硫化機故障智能診斷及報警推送淺析

鄭萬利，李剛，王忻國，陳偉，樓鑫，林元表

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

硫化機是將生胎胚轉換為成品輪胎的設備。在輪胎企業各制造工序中，硫化機數量最為眾多，設備點巡檢需要耗費大量人力和時間。在應對集中突發設備問題時，有限的保養人員往往顧此失彼、疲于應付，并且故障問題只能通過人為診斷，其診斷結果難免出現疏漏和錯誤，容易造成故障時間延長、硫化輪胎出現病疵等問題。因此，如何提高設備故障診斷的時效性和準確性，從被動搶修轉化為主動預防、從問題摸排轉化為信息指引，這在硫化設備運維管理中顯得尤為重要。因此硫化設備故障的診斷分析由人工轉為智能化、信息化也成為必然趨勢。

我公司老線硫化生產工序180余臺B型熱板式全鋼機械式雙模硫化機，所用控制系統為三菱Q系列PLC，總線連接式三菱GT系列觸摸屏。通過CC_link協議組網使用硫化群控系統實時收集機臺硫化溫度、壓力、時間等工藝信息并存儲至公司服務器。我們在此基礎上經過一系列改造，建立了硫化設備部分故障智能診斷及定向推送系統，邁出機械式硫化機智能故障診斷信息化的第一步。

1 電機剎車系統故障

1.1 故障原因和處理難點

該故障主要由開合模電機剎車盤磨損、電機聯軸器損壞引起。剎車盤及聯軸器完好性無法直接目視檢查或測量。出現故障時，容易造成橫梁制動失控或引發合模過位的故障現象。如果合模過位停止后曲柄連桿剛好處于死點位置，往往需要人為盤動電機，處理難度大，故障修復時間通常在幾個小時以上。

1.2 故障預判診斷

在電機剎車抱死時，利用PLC對開合模編碼器數據做出監測。如果在剎車抱死情況下，開合模編碼器數值仍在繼續變化（超出其自身靜態誤差），即可認為電機剎車系統存在問題。PLC在人機界面中彈窗（見圖1），提示維保人員需要拆開電機確認剎車盤厚度及聯軸器完好性。

圖1 剎車失靈預警

2 外溫疏水異常

我公司硫化設備外溫疏水采用疏水罐液位節點控制方式，板、模溫兩路疏水管路系統。疏水管路布置見圖2、控制原理見圖3。

圖2 外溫疏水管路

圖3 外溫疏水控制原理

2.1 外溫疏水主要異常情況及原因

△T關=疏水切斷閥關閉，冷凝水液位從下電極上升至上電極時間；

△T開=疏水切斷閥打開，冷凝水液位從上電極下降至下電極時間；

（1）外溫冷凝積水過于緩慢，△T關的數據偏大。主要原因是疏水管路切斷閥內漏或疏水旁通球閥未關死，該異常引發蒸汽能耗上升。

（2）外溫冷凝水排放過于緩慢，△T開的數據偏大。主要原因是疏水管路閥門堵，該異常引發冷凝水積水過多，外溫下跌不符工藝要求。

（3）外溫冷凝積水過于快速，△T關和△T開的兩個數據均偏小。主要原因是疏水罐液位上電極短路。該異常造成疏水閥頻繁開啟，影響排水閥的使用壽命。

2.2 異常診斷思路和方法

我們通過PLC監控現場所有生產當中模具外溫疏水閥△T關，選取9種大小不同的模具（目前輪胎生產規格中，215/75R17.5最小；14.00R20最大）采集20組△T關數據，見表1。現場對應機臺拆卸模溫疏水切斷閥末端法蘭時，沒有發現蒸汽外排。

從圖4數組中，發現模溫正常疏水情況下△T關均在500～800 s區間。通過同樣的方法，得出板溫正常疏水情況下△T關均在600～900 s區間，△T開的正常數據區間在5～9 s（板、模溫疏水罐體積及上下電極點高度差相同）。

圖4 不同模具規格模溫△T開采樣數組

在PLC數據區中設定板、模溫△T關和△T開正常疏水對應的區間值（見圖5），并對每次實際△T關和△T開進行監測（保留近兩次數據）見圖6。一旦出現數據超出設定區間范圍，PLC給出報警信號鎖定機械手并在人機界面彈窗頁面（見圖7）。

圖5 外溫疏水報警相關時間設定

圖6 外溫疏水相關時間監測

圖7 疏水報警彈窗

3 設備動作超時預警

雙模硫化機在正常運作時，主要分為硫化過程和開合模生胎胚進缸過程。硫化過程時間取決對應的硫化工藝條件要求；進缸過程時間取決各機臺設備狀況。所以進缸分步驟時間的受控，是提升硫化設備有效運轉率的另一重要手段。

機械式硫化機的進缸操作過程動作步驟為：開模→下環升→小車進→上環升→下環降→小車升（卸胎）→小車降→小車退→機械手轉入→機械手下降→定型→上環降→機械手閉合→機械手上升→機械手轉出→合模。

通過PLC對各個步序動作設定相應的標準時間，并在PLC數據區中記錄本次各分步序動作時間（保留近兩次數據）。當記錄的分步動作時間超出標準值時，進行標紅提示（見圖8）。在維護人員對機械動作超時機臺做維修時，能快速查詢超時步驟和超時情況，便于針對性修復。

圖8 動作分步序時間記錄

4 開合模動作停止故障

4.1 故障原因及影響

該類故障由開合模關聯的限位開關狀態不能滿足程序邏輯條件引發。出現故障時，設備通常處于合模進缸狀態，排查故障原因點繁瑣，且容易造成胎胚報廢。

4.2 故障診斷和信息指引

羅列開合模動作條件限位開關點，并在開合模過程中利用PLC監控這些限位點的狀態。如果出現限位開關狀態不能滿足程序邏輯條件，人機界面彈窗報警畫面（見圖9）。通過彈窗顯示限位開關點狀態的信息指引，保養人員能夠直觀快速知曉故障點并予以修復。

圖9 開合模限位故障信息指引

5 開合模編碼器故障

我公司機械式硫化機采用角位移、絕對值、分辨率位數256的編碼器接入PLC輸入模塊來實現開合模位置控制。

5.1 故障原因及影響

編碼器故障主要有編碼器本身元器件故障和編碼器連接電纜故障。當出現該類故障時，造成橫梁位置編碼錯誤，引發機械動作錯亂和硫化過程步序停止等狀況。由于編碼器數值跳變很快，故障難以捕捉，維修人員往往無從查起。

5.2 故障監測及預警

現場實際機臺開模極限位編碼器位數26，合模極限位編碼器位數195。整個開模過程為勻速運動，時間為46 s。可得出，橫梁運動時編碼器正常跳變率約為0.275 s/位。PLC程序掃描周期為毫秒級別，完全可以勝任監測編碼器每一個位數的跳變。利用PLC數據區讀取編碼器即時位數并加以監測，并在程序中設定每個程序掃描周期讀取的編碼器位數變化絕對值不得大于1，否則PLC給出界面鎖定并顯示報警信息見圖10。維修人員可通過預警提示信息針對查處修復問題。

圖10 編碼器故障提示

6 故障信息定向推送及查詢

當現場機臺有相應故障發生時，故障信息代碼保存在機臺PLC數據區故障信息數據字中。硫化群控系統通過掃描獲取該數據字，將故障代碼翻譯為相應的故障信息。通過釘釘系統提供的群機器人接口，將機臺故障信息定向推送到相應的包機責任保養工作群（見圖11），提醒相關保養人員進行故障排查和修復，同時群控系統將故障信息存儲在服務器中（見圖12）。另外，我們自己又開發專用軟件可對所有故障信息進行查詢匯總及導出，方便故障信息收集與數據分析（見圖13）。

圖11 故障報警信息釘釘推送

圖12 故障信息推送主網

圖13 故障信息查詢軟件

7 結語

在上述設備故障之外，我們還實現了工藝溫壓報警、壓力開關故障、潤滑缺失、硫化泄壓步序內壓過高、模塊宕機、硫化結束悶缸等故障智能診斷。由于受篇幅限制，這里不做一一闡述。在智能診斷、推送信息、查詢平臺投入應用后，維護人員反響良好。現場設備故障時間、次數、大故障均同比前一年大幅下降。雖然我們取得了些許成果，但是在設備故障智能診斷的轉型工作上依然任重道遠。