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1、（情绪管理）基于组态王-PLC的轮胎硫化温度压力控制基于组态王-PLC的轮胎硫化温度、压力控制系统设计摘要近年来，随着我国汽车工业的发展，与之处于同一产业链的轮胎工业也得到了相应的提高，轮胎呈现出种类数目不断增多与剂型不断丰富的局面。轮胎硫化过程是轮胎制造过程中的一道重要工序，其硫化效果是影响轮胎质量的关键因数之一。在轮胎硫化过程中温度和压力是两个重要指标。轮胎硫化控制系统，分为上位机和下位机，上位机采用的是国内的一个比较流行的组态王软件。组态王可以实现在线监控。组态项目中制作了曲线画面、报表画面、报警画面和参数监控画面，用户可方便地查询PLC的运行情况、数据采集和在线控制。下位机采用PLC控
2、制。PLC可独立的实现对两套硫化系统的控制。硫化中的温度数据有铂热电阻Pt100采集来后，经EM231转换，再送到CPU224。压力数据有压力表采集后，经EM235，送CPU224。关键字：温度压力控制；可编程控制器；PID；组态王；TirecuringtemperatureandpressurecontrolsystembasedonkingView-PLCAbstractInrecentyears,asChinasautomobileindustrydeveloping,withthesamechaininthetireindustryhasalsobeenacorrespondingin
3、creaseintireshowingagrowingnumberoftypesofformulationsenrichedwiththesituation.Tirevulcanizingtiremanufacturingprocessisanimportantstepintheprocess,andthecuringeffectisthekeyfactoraffectingthequalityofthetire.Temperatureandpressureinthetirecuringprocessaretwoimportantindicators.Tirecuringcontrolsyst
4、emisdividedintoupperandlowermachine,andthePCusesamorepopulardomesticConfigurationsoftware-KingView.KingViewcanbeachievedonlinemonitoring.Projectproducedacurveconfigurationscreens,reportsscreen,alarmscreenandparametermonitoringscreen,anduserscaneasilychecktheoperationofthePLC,dataacquisitionandonline
5、controlling.LowerpositionmachineusesPLCcontroling.PLCcanachieveindependentcontrollingoftwovulcanizationsystem.VulcanizationtemperaturedataarecollectedtoplatinumRTDPt100,throughEM231conversion,anditthencansenttotheCPU224.Gaugepressuredataarecollected,throughEM235,sendingtoCPU224.Keywords:Temperaturea
6、ndpressurecontrol;programmablecontroller;PID;kingview;目录摘 要IAbstractII第一章 轮胎硫化的概述11.1 轮胎硫化的背景11.2 轮胎硫化的工艺要求11.2.1 技术参数和硫化曲线11.3 轮胎硫化的方式、方法及步骤21.3.1 轮胎硫化的方法21.3.2 轮胎硫化的方式21.3.3 轮胎硫化的步骤31.4 硫化过程的主要问题4第二章 系统的总设计及人机界面62.1 系统总原理图62.2 人机界面介绍62.2.1 人机界面概述62.2.2 人机界面定义72.2.3 人机界面产品的组合及工作原理72.2.4 人机界面产品的特点7第
7、三章 硬件配置83.1 设备生产线要求83.2 实验配置83.2.1 西门子 S7-20083.3 可编程控制器PLC概述83.3.1 PLC特点93.4 PLC的结构103.4.1 CPU的构成103.4.2 I/O模块103.4.3 电池模块113.4.4 传感器113.5 硬件电路133.6 伺服放大器DFC-1100153.6.1 概述153.6.2 主要技术参数163.6.3 工作原理与机构163.7 手操器DFD-0500173.8 电动执行机构DKZ5500M183.8.1 执行机构主要组成部件183.8.2 位置定位器19第四章 PID控制算法描述204.1 PID调节程序设计
8、204.1.1 PID控制算法204.1.2 PID在PLC中的回路指令22第五章 下位机PLC程序设计255.1 软件编程环境255.1.1 STEP 7Micro/WIN32软件介绍255.1.2 安装STEP 7Micro/WIN32软件255.1.3 系统参数设置265.2 程序设计275.2.1 设计思路275.2.2 I/O模块分配表275.2.3 内存地址分配285.2.4 程序流程图295.3 软件仿真32第六章 上位机主控画面设计346.1 组态王软件概述346.2 组态王画面的建立356.2.1 创建项目356.3 组态王软件报警组376.4 组态王报表输出386.5 组态
9、王曲线显示39总结41参考文献42附录A：43致谢57第一章 轮胎硫化的概述1.1 轮胎硫化的背景轮胎硫化是轮胎加工生产过程中很重要的一部分，橡胶在未硫化之前，分子之间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大。当橡胶进行硫化以后，经热处理或其他方式能使橡胶分子之间产生交联，形成三维网状结构，从而使其性能大大改善，尤其是橡胶的定伸应力、弹性、硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大大提高12。1.2 轮胎硫化的工艺要求1.2.1 技术参数和硫化曲线主要技术参数：1、 工业类型：轮胎2、 硫化控制过程：全自动3、 使用条件：电压：220V15%；工频：50Hz；环境温度：0-55工艺
10、要求：（1） 温度控制精度为1（0-160）（2） 蒸汽压力控制精度O.02Mpa（3）测温输入点为9点，即罐体上，中，下各三点（4）罐体上、下的温度差超过输入的设定值时，自动排放灌底冷凝水，保证硫化罐体内的温度平衡性、均匀性。（5）当温度达不到要求时，根据公式自动计算等效硫化时间，自动进行等效硫化。等效硫化公式(其中硫化温度系数可调)公式如下:（1.1）1一温度为t1的硫化时间2一温度为t2的硫化时间K-硫化温度系数(该系数根据产品不同为可变值)图1.1温度压力曲线表1.1时间表时间段1升温段1时间段2保温段1时间段3升温段2时间段4保温段2时间段5升温段3时间段6保温段3时间段7降压段1时
11、间段8保压段1时间段9降压段21.3 轮胎硫化的方式、方法及步骤1.3.1 轮胎硫化的方法传统控制方法:传统控制硫化过程的方法是定时控制，这种方法是假定橡胶硫化的过程中模柜内温度和压力保持恒定，但是由于锅炉蒸汽压力波动以及蒸汽在管道中传输温度递减等因素的影响，硫化温度很不稳定。这样生产出的轮胎，经常出现过硫化和欠硫化现象，另外工人的劳动强度大，资源浪费严重。现代控制方法:现代控制硫化过程的方法是根据蒸汽管道内的温度实时调整硫化时间的等效硫化控制12。1.3.2 轮胎硫化的方式硫化工艺过程根据硫化介质的不同而有明显的区别，硫化介质主要给硫化过程提供温度和压力，硫化中，内温和外温通常不为同一热源，
12、外温介质一般为蒸汽，内温介质一般分为“过热水，“高温蒸汽”，“蒸汽气”和“热氮”四种。国内轮胎厂家一般采用“过热水”和“蒸汽”作为内温介质。下面简要介绍四种内温硫化方式的基本步骤及优缺点。(1)过热水硫化。首先采用低压蒸气使轮胎定型，然后利用高压过热水进行硫化，硫化中温度一般为170-180度，内压一般在2.2-2.6兆帕。它的优点是，硫化效果比较均匀，外观合格率较高，过热水性质稳定，不存在温度衰减等问题;缺点是，硫化温度低，时间长，效率低，设备不易于安装和维护。(2)高温蒸汽硫化。该方式直接将高压饱和蒸汽通入胶囊中，内压一般为1.6-1.9兆帕，内温一般为190-210度。优点是，时间短，硫
13、化效率高，饱和蒸汽使硫化中能耗降低，削减了设各投资；缺点是，对轮胎生产中其它工序的设各和装置有严格的要求，硫化中，内压偏低，容易造成局部压力不足。(3)蒸汽/氮气硫化。首先向胶囊中通入低压氮气或蒸汽进行定型，然后在通入190-210度高压饱和蒸汽之后，再向胶囊中通入2.0-2.6兆帕高纯氮气进行增压硫化。优点是，与全蒸汽硫化方式相比，减少了蒸汽耗费，降低了能源消耗，增加了胶囊寿命，提高了合格率。(4)热氮硫化。将经过提纯和干燥后的氮气电加热至180度左右之后，再用压缩机将其加压至3.0兆帕，通过专用循环装置使其在胶囊内循环。目前，后两种硫化方式较前两种有明显的优势和更少,一阔一市场前景。但在实
14、际应用中，它们都有一些共同的问题需要考虑，如气体泄露、温差、温度下降等，其硫化工艺也尚存在一些不完善的地方，有待进一步从理论和实际两个方面着手改进。硫化工艺过程取决硫化介质，而硫化介质的选取必须综合考虑两个方面的因素，一是对轮胎各项物理机械性能的保证，如抓着力,耐久性能和外观质量等;二是要求能在生产过程中降低成本，提高生产效率，减少能耗和环境污染11。1.3.3 轮胎硫化的步骤各轮胎公司采用的硫化步骤不尽相同，但主要由以下步骤组成：(1)通高温饱和蒸汽(2)充填水(看情况而定)(3)通过热水(4)热水回收(5)通冷却水(看情况而定)(6)主排(7)抽真空(8)开模第3步可采用3种方式:循环、半
15、循环或不循环，需根据实际情况进行选取。第4步可采用两种方式:用高压蒸汽把胶囊中的过热水赶回除氧器或设置一热水回收罐。第6和7步可采用单路或双路。第8步的开模压力一般设置为0.03MPa。全蒸汽硫化一般有两种方式:高温蒸汽进加热排或高温蒸汽进，然后主排，再排真空；高温蒸汽进加热排，然后低压蒸汽进，再主排，抽真空。其中热排是为了把胶囊中的冷凝水排出。充氮气硫化还需要增加两个步骤，即放气(排出胶囊下部的低温氮气)和查漏(关闭所有阀门，看内压有无下降，以观察有无阀门泄漏)。由于主排时间的长短直接影响到硫化效率，因此主排管径的设定和走向以及辅助措施(如安装排空管)对主排的效果至关重要。抽真空可采用蒸汽或动力水，只需将胶囊从胎里脱出并适当收缩，以便轮胎能轻松取出即可。若抽真空过度，胶囊会紧贴中心机构，上环下降时容易夹破胶囊（B型硫化机）。1.4 硫化过程的主要问题目前，轮胎生产的硫化过程面临着两个主要问题。（1）如何提高轮胎内部各点硫化程度的均匀性。由于橡胶是热的不良导体，硫化中，靠近热源的轮胎表面温度变化较快，而内部温度变化较慢，造成了轮胎内外硫化程度的不均匀。同时
