中國橡膠機(jī)械網(wǎng) 近年來，隨著輪胎行業(yè)的迅速發(fā)展，各輪胎企業(yè)紛紛要求以信息化為基礎(chǔ)對傳統(tǒng)生產(chǎn)線進(jìn)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(yè)帶來負(fù)擔(dān)和風(fēng)險(xiǎn)，因此，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上對生產(chǎn)線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息化改造成為當(dāng)務(wù)之急。煉膠是輪胎生產(chǎn)過程一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，煉膠生產(chǎn)線的運(yùn)行質(zhì)量直接影響到輪胎的質(zhì)量、成本以及效率，為了滿足煉膠生產(chǎn)的高質(zhì)量、低成本、高效率的要求，改善操作和監(jiān)控環(huán)境，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)跟蹤和工藝優(yōu)化，提高密煉機(jī)生產(chǎn)管理水平，加大對煉膠生產(chǎn)線底層信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)有著極其重要的意義。
1、問題及要求
煉膠生產(chǎn)線一般包括上輔機(jī)（包括膠料、粉料和油料的稱量及投送系統(tǒng)）、膠料混煉設(shè)備（密煉機(jī)）和下輔機(jī)（膠片擠出、冷卻和稱量系統(tǒng)）三大部分（如圖1所示）。傳統(tǒng)生產(chǎn)線這三部分的控制系統(tǒng)基本相互獨(dú)立，控制也相對較簡單，信息“孤島”化嚴(yán)重，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化調(diào)整、生產(chǎn)過程在線監(jiān)控和故障在線診斷預(yù)警。同時(shí)，煉膠生產(chǎn)環(huán)境極為惡劣：環(huán)境溫度較高、大功率設(shè)備較多、粉塵及噪音嚴(yán)重、每一個(gè)煉膠周期較短（一般2～5分鐘），并且生產(chǎn)線上設(shè)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(jìn)行有機(jī)的整合，加強(qiáng)生產(chǎn)線子系統(tǒng)間的信息交換、進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)融合的研究是煉膠生產(chǎn)線改造的重點(diǎn)。
針對煉膠生產(chǎn)線的特點(diǎn)及傳統(tǒng)系統(tǒng)存在問題，在構(gòu)建底層信息交換網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）在干擾與被交換數(shù)據(jù)并存的環(huán)境下保證信息交換的實(shí)時(shí)性和可靠性;
（2）改造過程需要保留絕大部分現(xiàn)有舊設(shè)備，但不同廠家不同時(shí)期的電氣設(shè)備，其通信能力和通信方式參差不齊;
（3）系統(tǒng)具備故障自診斷和預(yù)警功能，保證交換數(shù)據(jù)的可靠性和物理系統(tǒng)的安全性;
（4）為了在線跟蹤膠料質(zhì)量，對膠料質(zhì)量進(jìn)行在線預(yù)測;
（5）為了提高系統(tǒng)的綜合性能，需要加大子系統(tǒng)間的信息交換能力;
（6）需要考慮系統(tǒng)未來的可擴(kuò)充性，尤其是與管理層進(jìn)行信息交換。
2、系統(tǒng)硬件架構(gòu)
2.1系統(tǒng)通信方式的確定
目前，工業(yè)生產(chǎn)中信息交換的基本技術(shù)主要有以通用串口為基礎(chǔ)的串行通信（如RS-232C通信、RS-422/485通信）、現(xiàn)場總線通信以及工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)雖然具有很大魅力，但由于小信息傳輸費(fèi)用比較高、支持設(shè)備還不多、時(shí)間確定性和可重復(fù)性還沒有根本解決等原因[1]，因此目前在底層信息交換網(wǎng)絡(luò)中以前兩種為主。RS-422/485由于采用了平衡差分電路，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，并且抗干擾能力強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)、通信速度較高，因此在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中使用得比較多[2]?，F(xiàn)場總線（FieldBus）技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的一項(xiàng)工業(yè)IT基礎(chǔ)技術(shù)，它是一種雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)，以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ)[3]，連接在總線上的智能設(shè)備共享信道，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換。目前，現(xiàn)場總線幾乎成了工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)的代名詞[1]。Profibus現(xiàn)場總線是一個(gè)多種協(xié)議并存的現(xiàn)場總線技術(shù)，不同協(xié)議的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)透明傳輸[4]，是眾多現(xiàn)場總線中能夠真正實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動化、過程自動化、樓宇自動化、電力自動化的一個(gè)綜合解決方案，支持的設(shè)備越來越多，具有很好的擴(kuò)展能力。
在煉膠生產(chǎn)線基于網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)改造中，我們選擇了Profibus-DP作為底層控制網(wǎng)絡(luò)的主體骨架，同時(shí)根據(jù)通信數(shù)據(jù)量、成本等多方面綜合考慮，部分設(shè)備采用了基于RS-485的串行通信方式。
2.2系統(tǒng)硬件架構(gòu)
煉膠生產(chǎn)線需要處理信號主要包括：數(shù)字輸入信號（如設(shè)備狀態(tài)信號、手動控制信號等）、數(shù)字輸出信號（如設(shè)備運(yùn)行的開關(guān)控制信號等）、模擬輸入信號（如密煉機(jī)膠料溫度、系統(tǒng)液壓壓力、上頂栓壓力、粉料重量、油料重量、膠料重量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、主電機(jī)功率等信號）、模擬輸出信號（如上頂栓壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）。在生產(chǎn)現(xiàn)場一般需要的儀表有：多個(gè)重量顯示儀表、多個(gè)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(shù)具有一定的數(shù)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(chǎn)線的底層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上以Siemens S7-300為主要控制器，以工控計(jì)算機(jī)（IPC）作為監(jiān)控站，并通過以太網(wǎng)與管理層相聯(lián)?，F(xiàn)場控制層以Profibus-DP為紐帶連接現(xiàn)場主要智能儀表和智能設(shè)備，少部分設(shè)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(qiáng)現(xiàn)場各工位人員對生產(chǎn)信息的直觀了解和交互功能。主站PLC負(fù)責(zé)與上級監(jiān)控級IPC進(jìn)行信息交換，同時(shí)通過Profibus與其它智能設(shè)備（包括另外兩臺PLC）通信，各S7-300控制器具有相對獨(dú)立性，分別處理相應(yīng)子系統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號。同時(shí)，由于煉膠過程的復(fù)雜性，目前還難以實(shí)現(xiàn)無人自動化，而生產(chǎn)線一般分布在四個(gè)樓層，為了提高效率，減少不必要的故障，現(xiàn)場增加兩個(gè)LED顯示屏（通過RS-485通信）、一個(gè)顯示器（或觸摸屏），以方便不同的現(xiàn)場人員對生產(chǎn)信息的了解和交互需要，并與IPC直接通信。
3、系統(tǒng)的軟件架構(gòu)
前面討論了基于網(wǎng)絡(luò)的底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，這是本文研究的基礎(chǔ)，而系統(tǒng)的智能化實(shí)現(xiàn)是本文研究的又一主要任務(wù)，包括進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷、主要質(zhì)量指標(biāo)的在線預(yù)測、友好的人機(jī)交互以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)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(zhì)量主要指標(biāo)的預(yù)測模型以及故障診斷模型。
系統(tǒng)IPC中的整個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)自主開發(fā)，通過該軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)IPC對生產(chǎn)線工藝配方的管理、對底層控制系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃、在線監(jiān)控、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)庫的管理、數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程現(xiàn)場信息的顯示與交互（對觸摸屏）、工藝優(yōu)化建模和生產(chǎn)質(zhì)量的在線預(yù)測、在線事故診斷及預(yù)警、與管理層進(jìn)行信息交換。IPC通過CP5611卡與PLC主站（Master）通過MPI接口進(jìn)行通信。
整個(gè)IPC系統(tǒng)軟件我們采用Delphi7.0在Windows XP環(huán)境下開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000管理。
4、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)
通過應(yīng)用本系統(tǒng)對傳統(tǒng)煉膠生產(chǎn)線進(jìn)行改造，煉膠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的綜合性能得到了提高：
（1）具有內(nèi)容豐富的多點(diǎn)監(jiān)控畫面，并且能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程交互（例如可以在中控室也可在現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá)等）;
（2）加大了必要信息的采集，子系統(tǒng)間信息交換和協(xié)調(diào)能力得到了大大加強(qiáng)，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作效率和安全可靠性，有效降低了系統(tǒng)由于信息“孤島化”帶來的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn);
（3）上輔機(jī)系統(tǒng)（即膠料、粉料和油料稱量系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了手動、自動稱量，并且配方修改方便、靈活;
（4）混煉系統(tǒng)除具備手動和普通的自動控制外，能夠進(jìn)行以質(zhì)量為中心的智能控制，通過建立的門尼粘度在線預(yù)測模型在對質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而對混煉過程進(jìn)行控制;
（5）通過對通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過程控制狀況以及主要工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，達(dá)到對系統(tǒng)的故障診斷和預(yù)警;
（6）具備了與管理層進(jìn)行信息交換的能力，走出了傳統(tǒng)系統(tǒng)信息孤島的局面;
（7）同時(shí)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫管理和工藝配方編輯能力。
5、結(jié)束語
在以信息化帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程中，對于環(huán)境惡劣、生產(chǎn)相對復(fù)雜的輪胎煉膠生產(chǎn)線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用研究，從軟硬件系統(tǒng)的構(gòu)建上
1、問題及要求
煉膠生產(chǎn)線一般包括上輔機(jī)（包括膠料、粉料和油料的稱量及投送系統(tǒng)）、膠料混煉設(shè)備（密煉機(jī)）和下輔機(jī)（膠片擠出、冷卻和稱量系統(tǒng)）三大部分（如圖1所示）。傳統(tǒng)生產(chǎn)線這三部分的控制系統(tǒng)基本相互獨(dú)立，控制也相對較簡單，信息“孤島”化嚴(yán)重，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化調(diào)整、生產(chǎn)過程在線監(jiān)控和故障在線診斷預(yù)警。同時(shí)，煉膠生產(chǎn)環(huán)境極為惡劣：環(huán)境溫度較高、大功率設(shè)備較多、粉塵及噪音嚴(yán)重、每一個(gè)煉膠周期較短（一般2～5分鐘），并且生產(chǎn)線上設(shè)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(jìn)行有機(jī)的整合，加強(qiáng)生產(chǎn)線子系統(tǒng)間的信息交換、進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)融合的研究是煉膠生產(chǎn)線改造的重點(diǎn)。
針對煉膠生產(chǎn)線的特點(diǎn)及傳統(tǒng)系統(tǒng)存在問題，在構(gòu)建底層信息交換網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）在干擾與被交換數(shù)據(jù)并存的環(huán)境下保證信息交換的實(shí)時(shí)性和可靠性;
（2）改造過程需要保留絕大部分現(xiàn)有舊設(shè)備，但不同廠家不同時(shí)期的電氣設(shè)備，其通信能力和通信方式參差不齊;
（3）系統(tǒng)具備故障自診斷和預(yù)警功能，保證交換數(shù)據(jù)的可靠性和物理系統(tǒng)的安全性;
（4）為了在線跟蹤膠料質(zhì)量，對膠料質(zhì)量進(jìn)行在線預(yù)測;
（5）為了提高系統(tǒng)的綜合性能，需要加大子系統(tǒng)間的信息交換能力;
（6）需要考慮系統(tǒng)未來的可擴(kuò)充性，尤其是與管理層進(jìn)行信息交換。
2、系統(tǒng)硬件架構(gòu)
2.1系統(tǒng)通信方式的確定
目前，工業(yè)生產(chǎn)中信息交換的基本技術(shù)主要有以通用串口為基礎(chǔ)的串行通信（如RS-232C通信、RS-422/485通信）、現(xiàn)場總線通信以及工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)雖然具有很大魅力，但由于小信息傳輸費(fèi)用比較高、支持設(shè)備還不多、時(shí)間確定性和可重復(fù)性還沒有根本解決等原因[1]，因此目前在底層信息交換網(wǎng)絡(luò)中以前兩種為主。RS-422/485由于采用了平衡差分電路，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，并且抗干擾能力強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)、通信速度較高，因此在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中使用得比較多[2]?，F(xiàn)場總線（FieldBus）技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的一項(xiàng)工業(yè)IT基礎(chǔ)技術(shù)，它是一種雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)，以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ)[3]，連接在總線上的智能設(shè)備共享信道，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換。目前，現(xiàn)場總線幾乎成了工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)的代名詞[1]。Profibus現(xiàn)場總線是一個(gè)多種協(xié)議并存的現(xiàn)場總線技術(shù)，不同協(xié)議的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)透明傳輸[4]，是眾多現(xiàn)場總線中能夠真正實(shí)現(xiàn)制造業(yè)自動化、過程自動化、樓宇自動化、電力自動化的一個(gè)綜合解決方案，支持的設(shè)備越來越多，具有很好的擴(kuò)展能力。
在煉膠生產(chǎn)線基于網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)改造中，我們選擇了Profibus-DP作為底層控制網(wǎng)絡(luò)的主體骨架，同時(shí)根據(jù)通信數(shù)據(jù)量、成本等多方面綜合考慮，部分設(shè)備采用了基于RS-485的串行通信方式。
2.2系統(tǒng)硬件架構(gòu)
煉膠生產(chǎn)線需要處理信號主要包括：數(shù)字輸入信號（如設(shè)備狀態(tài)信號、手動控制信號等）、數(shù)字輸出信號（如設(shè)備運(yùn)行的開關(guān)控制信號等）、模擬輸入信號（如密煉機(jī)膠料溫度、系統(tǒng)液壓壓力、上頂栓壓力、粉料重量、油料重量、膠料重量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、主電機(jī)功率等信號）、模擬輸出信號（如上頂栓壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）。在生產(chǎn)現(xiàn)場一般需要的儀表有：多個(gè)重量顯示儀表、多個(gè)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(shù)具有一定的數(shù)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(chǎn)線的底層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上以Siemens S7-300為主要控制器，以工控計(jì)算機(jī)（IPC）作為監(jiān)控站，并通過以太網(wǎng)與管理層相聯(lián)?，F(xiàn)場控制層以Profibus-DP為紐帶連接現(xiàn)場主要智能儀表和智能設(shè)備，少部分設(shè)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(qiáng)現(xiàn)場各工位人員對生產(chǎn)信息的直觀了解和交互功能。主站PLC負(fù)責(zé)與上級監(jiān)控級IPC進(jìn)行信息交換，同時(shí)通過Profibus與其它智能設(shè)備（包括另外兩臺PLC）通信，各S7-300控制器具有相對獨(dú)立性，分別處理相應(yīng)子系統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號。同時(shí)，由于煉膠過程的復(fù)雜性，目前還難以實(shí)現(xiàn)無人自動化，而生產(chǎn)線一般分布在四個(gè)樓層，為了提高效率，減少不必要的故障，現(xiàn)場增加兩個(gè)LED顯示屏（通過RS-485通信）、一個(gè)顯示器（或觸摸屏），以方便不同的現(xiàn)場人員對生產(chǎn)信息的了解和交互需要，并與IPC直接通信。
3、系統(tǒng)的軟件架構(gòu)
前面討論了基于網(wǎng)絡(luò)的底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，這是本文研究的基礎(chǔ)，而系統(tǒng)的智能化實(shí)現(xiàn)是本文研究的又一主要任務(wù)，包括進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷、主要質(zhì)量指標(biāo)的在線預(yù)測、友好的人機(jī)交互以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)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(zhì)量主要指標(biāo)的預(yù)測模型以及故障診斷模型。
系統(tǒng)IPC中的整個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)自主開發(fā)，通過該軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)IPC對生產(chǎn)線工藝配方的管理、對底層控制系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃、在線監(jiān)控、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)庫的管理、數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程現(xiàn)場信息的顯示與交互（對觸摸屏）、工藝優(yōu)化建模和生產(chǎn)質(zhì)量的在線預(yù)測、在線事故診斷及預(yù)警、與管理層進(jìn)行信息交換。IPC通過CP5611卡與PLC主站（Master）通過MPI接口進(jìn)行通信。
整個(gè)IPC系統(tǒng)軟件我們采用Delphi7.0在Windows XP環(huán)境下開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000管理。
4、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)
通過應(yīng)用本系統(tǒng)對傳統(tǒng)煉膠生產(chǎn)線進(jìn)行改造，煉膠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的綜合性能得到了提高：
（1）具有內(nèi)容豐富的多點(diǎn)監(jiān)控畫面，并且能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程交互（例如可以在中控室也可在現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá)等）;
（2）加大了必要信息的采集，子系統(tǒng)間信息交換和協(xié)調(diào)能力得到了大大加強(qiáng)，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作效率和安全可靠性，有效降低了系統(tǒng)由于信息“孤島化”帶來的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn);
（3）上輔機(jī)系統(tǒng)（即膠料、粉料和油料稱量系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了手動、自動稱量，并且配方修改方便、靈活;
（4）混煉系統(tǒng)除具備手動和普通的自動控制外，能夠進(jìn)行以質(zhì)量為中心的智能控制，通過建立的門尼粘度在線預(yù)測模型在對質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而對混煉過程進(jìn)行控制;
（5）通過對通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過程控制狀況以及主要工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，達(dá)到對系統(tǒng)的故障診斷和預(yù)警;
（6）具備了與管理層進(jìn)行信息交換的能力，走出了傳統(tǒng)系統(tǒng)信息孤島的局面;
（7）同時(shí)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫管理和工藝配方編輯能力。
5、結(jié)束語
在以信息化帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程中，對于環(huán)境惡劣、生產(chǎn)相對復(fù)雜的輪胎煉膠生產(chǎn)線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用研究，從軟硬件系統(tǒng)的構(gòu)建上