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工业自动化 孙洪喜 等·智能硫化控制系统的研发及应用

智能硫化控制系统的研发及应用

孙洪喜 , 焦清国 , 王淑波 , 黄晓强
( 青岛弯工信息技术有限公司，山东 青岛 266042)

摘要 ： 由于橡胶是热的不良导体，所以胎坯温度的高低及外界环境温度的高低，对硫化后的轮胎质量存在一定的影响。本系
统采用自动控制技术、计算机信息技术，基于等效硫化的原理建立温控模型，实时采集外界环境温度，针对外界温度和硫化过程
监控数据，对硫化的工艺时间进行在线实时调整，从而大大提高了轮胎硫化过程的均一性，大大降低了环境温度对硫化温度场和
硫化质量的影响，极大地提高轮胎的质量和均一性。
关键词 ： 硫化 ；环境温度 ；自动延时
中图分类号 ： TQ330.47 文章编号 ： 1009-797X(2018)01-0053-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2018.01.011

汽车轮胎的质量关系到行车驾驶安全，所以其质 的，因此需要建立两者之间的关系，搭建温控模型，
量尤为重要。硫化工序是轮胎生产的最后一道工序， 从而实现对硫化过程的智能化控制。其合理的建模流
该工序通过高温、高压使得橡胶部件进行化学反应， 程如图 1 所示。
成为一个整体。其过程是一个复杂的化学反应，影响 建模是一个长期的过程，需要和实际的环境及工
其质量的关键因素是温度、时间、压力。因为硫化前 厂的工艺相结合，由工艺人员通过多次实验确定。首
的胎坯温度和环境的温度在车间的分布是不均匀的， 先根据等效硫化的模型进行理论计算轮胎硫化程度 [3] ，
随着季节的不同，环境的温度变化也会很大，昼夜也 合理划分各品规轮胎的工艺区间，针对每品规轮胎的
会存在比较大的温差， 所以造成了硫化前胎坯的温度 每个工艺区间进行实验，从而确定不同环境条件下，
有一定的差异，而硫化设备到胎坯内部热传导也有一 胎坯温度和环境温度对轮胎硫化程度的影响。从而合
定的速率，其胎坯温度一定程度上也影响了硫化的实 理延长或缩短硫化工艺时间，从而使轮胎硫化程度保
际效应程度，继而影响到产品的质量均一性 [1] 。 持一致，提高轮胎的均一性。
基于上述问题及我们在行业实施 MES 积累的经 基于对硫化温度场的有限元分析等技术和现场实
验，针对性的提出本系统解决方案，通过采用自动化 际的验证进行建模 [4] ，该建模的过程必须严谨，其实
控制技术、计算机信息技术、优化建模方法，增加智 验结果要与外观检验、X 光检验、动平衡、均一性、
能传感装置，实时检测胎坯温度和环境温度，继而控 起泡检测结果，及里程测试等各种实验，并且结合客
制硫化过程的实际工艺步序时间，弥补环境温度对硫 户的实际应用情况进行综合分析并确定。搭建合理的
化效应造成的影响，从而提高产品的质量和硫化反应 控制模型。模型控制标准示例如表 1，其中具体的数
程度的稳定性，保证产品的质量均一性，推动轮胎硫 值和分割区间需要根据各厂家的工艺自行试验确定。
化过程的自动化、数字化、网络化、智能化，为逐步 搭建好模型后，需要建立智能化控制系统，实现
进阶至工业 4.0 奠定基础 [2] 。 胎坯温度和环境温度的实时监控，并根据控制模型调
本文从搭建温控模型、系统控制方案及硬件选型、 整工艺参数，下面对智能化系统的架构进行介绍。
系统功能几个方面进行简要描述，为轮胎制造企业对
优化工艺提供参考。本系统很关键的一步是搭建温控 2 系统架构
模型。 系统整体架构遵循国际 IAS—95 标准，智能化控
制系统分为三层架构（见图 2），分别为 PCS 层、控
1 搭建温控模型
作者简介 ：孙洪喜（1980-），副总工程师，长期从事智能
因为轮胎直径差异较大，全钢和半钢结构不一致，
化装备、MES 系统研发、规划、部署、管理工作。
所以对于胎坯温度对硫化过程的影响程度也是不一致 收稿日期 ：2017-09-25

年
2018 第 44 卷 ·53·