專利名稱：密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)及其智能控制方法
技術領域：
本發(fā)明是密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)及其智能控制方法，屬密煉機智能控制技術，特別涉及密煉機橡膠混煉智能控制技術。
現有的密煉機橡膠混煉控制系統(tǒng)已能實現可以自動稱量“炭黑、油料并自動投料；可以自動操作密煉機的投料門，提起或壓下壓砣，打開或關閉排料門；可按時間、溫度和能量參數以及它們的組合參數設置混煉過程順序并進行控制。一般小量配合劑用人工稱量或另有自動稱量設備稱量。除生膠等由皮帶秤稱量和投料外，其他都可按選擇的參數、數值、投料順序等自動操作控制，總之基本實現機械化、自動化生產。但是，由于密煉機橡膠混煉沒有真正的理論指導，沒有完全掌握其混煉規(guī)律，現有的混煉工藝規(guī)程只是經驗的總結，無法保證生產的每批產品質量都能滿足要求，不合格率有時還較大，有時混煉膠質量差或不穩(wěn)定，總之對產品質量無法保證。一個新配方膠料密煉機的混煉工藝規(guī)程的制定，主要是參考已有經驗，再進行試驗。如現有某種膠料填充系數是0.69，混煉工藝用溫度控制，膠料達90℃時投入炭黑，125℃時投入油料，155℃時結束混煉；根據新配方膠料的特點，如填料較多、油料較多等，制定一混煉工藝試驗計劃來進行試驗，觀察混煉過程情況，密煉機電機電流變化情況是否超負荷，壓砣到位情況以及混煉膠的外觀，再對混煉膠檢查門尼粘度或者可塑性、分散度、硫化儀試驗等質量指標。然后再對硫化膠進行各種力學性能試驗，根據這些試驗結果進行整理分析，選擇性能最好的方案看是否滿足成品等的質量要求，若不滿足經過分析再制定方案試驗。如已有較好的方案，可確定進行試生產若干批，再進行各項質量檢測，如果都合格，則可投入正式生產。即使經過這樣復雜過程獲得的工藝，還不一定是最優(yōu)工藝。
由于現有的混煉工藝結束后并不知道混煉膠的質量如何，因此對混煉膠要進行各種質量指標的檢測，如檢測門尼粘度、可塑性、分散度、比重、硬度、硫化儀、焦燒等。為此，混煉好的膠料一般要經過24小時才能進入下一道工序。進行各種檢查后，如合格即可進入下道工序，如不合格，有的需要返工，有的需要取樣重檢，有的需要進行處理，或降級為其他用途，有的還可能要報廢。如上所述費了大量時間，費了大量人力、物力，研究產生的混煉工藝，投入正式生產后，就當時來說可能是最好的工藝。但經過一段時間后，由于某些條件的變化，混煉膠存在較多質量問題，如有些批次的混煉膠炭黑分散較差，有的粘度波動較大，需要對混煉工藝重新進行調整試驗。但所需時間和人力、物力等都有問題，因此只能暫時按老工藝繼續(xù)生產或未經試驗對其工藝進行修改，這樣可能舊的問題解決了，新的問題又產生了，更有甚者，越改問題越多，越改質量越差。為此，發(fā)明人曾發(fā)明利用日常生產過程的參數，對混煉工藝過程進行了自動優(yōu)化，而不需進行試驗。它可以判斷目前使用的工藝規(guī)程是否最優(yōu)，如不是最優(yōu)，應如何修改，它可提供具體參數。然而這種優(yōu)化，主要是一些具體數值的改變，填充系數、投料順序等就不可能改變，存在一定局限性；為了改變混煉結束后不知道混煉膠的粘度、分散度等，而需要進行大量的檢測工作，發(fā)明人曾發(fā)明按每種膠料建立的混煉膠粘度、分散度預測數學模型；后又發(fā)明了按不同密煉機建立的預測數學模型，其預測精度很相近，這樣按密煉機建模預測不僅大大減少了建模工作量，而且只要條件在建模范圍內，任何膠料在該臺密煉機上混煉都可進行預測。
本發(fā)明的目的就是為了克服和解決現有密煉機橡膠混煉控制系統(tǒng)及其控制方法無法保證產品質量、質量波動性大、往往造成大量不合格品，甚至廢品、造成浪廢原材料、并影響后續(xù)工序半成品加工的質量、影響到輪胎的動平衡性能和高速行駛的安全性、舒適性、輪胎的耐磨性能等的缺點和問題，研究、發(fā)明一種能對混煉工藝進行智能控制、優(yōu)化混煉工藝、能完全保證產品質量、質量穩(wěn)定、產品合格率高、能保證橡膠輪胎的動平衡性能和高速行駛的安全性、舒適性的密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)及其智能控制方法。
本發(fā)明是通過下述技術方案來實現的密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)的結構示意圖如

圖1所示，其工作原理及電路方框圖如圖2所示。密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)是由機箱1、無源母板2、PC104工業(yè)總線控制計算機主板3、PC104總線輸入輸出板4、輸入輸出信號調理板5、串口擴展板6、硬盤驅動器7、軟盤驅動器8、232/485轉換器9、打印機10、顯示器11共同連接構成，其相互連接關系為無源母板2固定在機箱內，PC104總線輸入輸出板4通過PC104總線嵌套于PC104工業(yè)總線控制計算機主板3上，PC104工業(yè)總線控制計算機主板3再通過ISA總線接插于無源母板2上，輸入輸出信號調理板5通過扁平電纜與PC104總線輸入輸出板4相電氣連接，串口擴展板6通過ISA總線接插于無源母板2上擴展出串行通信口COM3、COM4，232/485轉換器9與擴展出的串行通信口COM3相電氣連接，硬盤驅動器7、軟盤驅動器8、打印機10、顯示器11分別通過標準扁平電纜與PC104工業(yè)總線控制計算機主板3相電氣連接。其作用原理為輸入輸出信號調理板5將密煉機生產過程中的開關量信息、密煉機主電機混煉所作的有功功率信息、膠料溫度變化信息，經光電隔離、緩沖放大后，輸入到PC104總線輸入輸出板4，再經PC104總線輸入輸出板4輸入到PC104工業(yè)總線控制計算機主板3。計算機根據這些輸入信息對密煉機的密煉過程進行分析記錄，回歸出相應的數學模型，計算出粘度、分散度的預測值，并計算出預測值的偏差量將該偏差量與記錄的過程曲線進行相關分析，得出控制量對混煉過程進行控制，以達到混煉過程的智能控制，控制量的輸出是通過串口擴展板6擴展出的串行通訊口COM4與密煉機的可編程邏輯控制器(PLC)串行口相連，再通過可編程邏輯控制器(PLC)來控制密煉機動作，串口擴展板6擴展出的COM3口通過232/485轉換器9使密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)成為485現場總線上的一控制設備。
密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)的電路原理圖如圖3所示，輸入輸出信號調理板5由24路光電隔離輸入電路、24路光電隔離輸出電路、8路模擬量輸入緩沖電路、2路V/F轉換電路電氣連接構成，其中光電隔離輸入電路由電阻R19～R20、光電耦合器件GDQ2共同電氣連接構成，光電隔離輸出電路由電阻R21～R23、光電耦合器件GDQ3、晶體三極管T1、T2、二極管D4共同電氣連接構成；模擬量輸入緩沖電路由電阻R1～R7，運算放大器U1A、U2A、可調電阻RW1、穩(wěn)壓二極管DW1、DW2共同電氣連接構成；V/F轉換電路由電阻R8～R18、運算放大器U3A、U4A、V/F轉換器器件U5、可調節(jié)器電阻RW1～RW3、穩(wěn)壓二極管DW3、DW4、二極管D1～D3、電容C1～C3，光電耦合器件GDQ1共同電氣連接構成。上述單元電路的簡單工作原理如下圖3所示的開關量輸入輸出隔離電路其工作原理是當工業(yè)生產現場開關量接通時，光電耦合器件GDQ2中的紅外發(fā)光二極管便有電流流過，紅外光敏三極管導通，集電極對計算機輸出一低電平。當要輸出一控制信號時，計算機輸出一低電平，光電耦合器件GDQ3中的紅外發(fā)光二極管便有電流流過，紅外光敏三極管導通，集電極輸出一低電平，該低電平使得晶體三極管T1截止，T1的集電極輸出一高電平，該電平使得晶體三極管T2導通，控制繼電器獲得電，輸出一控制信號；圖3所示的模擬量輸入緩沖電路其工作原理是密煉機現場的模擬電壓信號經電阻R1輸入至運算放大器負端，由于R4＝R1、R5＝R7，該放大器的第一級、第二級放大倍數均為1，模擬量的零點由可調電阻RW1調整，對計算機輸出一個1∶1的電壓信號；圖3所示的V/F轉換電路其工作原理是密煉機現場的模擬電壓信號經OP放大器U3A把該電壓變?yōu)?～10V，模擬量的零點由可調電阻RW4調整，V/F轉換由V/F轉換器件U5完成，為了改變線形，加了OP放大器U4A，它是電流輸入型的，滿量程為0～100μA，為了保證反饋回路的穩(wěn)定，增加了電容C2，V/F轉換器件U5的頻率由R16、C3或可調電阻RW3決定，其對計算機輸出一最高達10KHZ的隔離式頻率信號。
本發(fā)明的智能控制方法包括自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法；混煉膠質量——粘度、分散度的預測與控制方法；混煉工藝自動優(yōu)化與半自動優(yōu)化方法；混煉工藝自動控制方法等；當輸入智能控制系統(tǒng)中沒有混煉工藝規(guī)程的配方膠料生產任務，本智能控制系統(tǒng)就自動獲取新配方膠料的混煉工藝規(guī)程，并把獲得的混煉工藝規(guī)程輸入智能控制系統(tǒng)中的自動控制生產部分中；當輸入配方膠料生產任務時，智能控制系統(tǒng)把原已有混煉工藝規(guī)程和質量預測與控制方法調入而進行生產；在生產出每批混煉膠的同時，給出混煉膠的質量指標——粘度和分散度；給出每批混煉過程曲線圖、有關參數及混煉膠過程主要參數并進行儲存?zhèn)溆茫划斈撤N配方膠料生產一定數量或時間后，本智能控制系統(tǒng)自動取出有關參數，對該配方膠料的混煉工藝進行自動優(yōu)化，并把結果存儲在智能控制系統(tǒng)中備用；當輸入試驗性配方膠料的混煉工藝時，本智能控制系統(tǒng)進行試驗性混煉工藝生產后，就進入半自動優(yōu)化程序，同時把優(yōu)化的混煉工藝規(guī)程存儲在智能控制系統(tǒng)中備用。智能控制方法總控制程序流程框圖如圖4所示。
其中(一)自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法是當需要生產的配方膠料任務輸進智能控制系統(tǒng)中，原并無混煉工藝規(guī)程時，本智能控制系統(tǒng)的屏幕上呈現一個框圖，要求輸入該配方膠料的各種配合劑的種類和數量(基本配方)、所要求的混煉膠的質量指標——即粘度、分散度以及對密煉機的技術特性的要求，例如密煉機的類型、編號、填充系數、密煉機轉數、壓砣壓力等特性，若對密煉機技術特性沒有輸入要求，本智能控制系統(tǒng)將根據所在工廠自身實際情況自動選擇密煉機；當上述該配方膠料的各種參數輸入結束，智能控制系統(tǒng)將自動確定密煉機的編號、類型、填充系數、轉數、壓砣壓力等特性參數，再根據確定的密煉機來決定投料重量、各種生膠和配合劑，每批投料重量可劃規(guī)為五類，即各種生膠、填料(也可分為填料I和填料II)、油料、各種小料、硫化劑和促進劑，再歸類按工藝規(guī)程要求投入密煉機中；并可根據配方膠料性能要求和密煉機的技術特性來選擇確定各段的混煉工藝規(guī)程；到此自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程完成，存儲于智能控制系統(tǒng)中待用。自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法的程序流程方框圖如圖5所示。
(二)混煉膠質量——粘度、分散度預測與控制方法是按每種膠料建立數學模型或按密煉機建立數學模型，在給定生產任務時指定選用某種方法進行混煉膠質量預測與控制，指定后，在生產過程中，即按指定方法進行預測；按每種膠料建立的預測數學模型，在每批混煉結束時，智能控制系統(tǒng)讀取混煉過程的總能量消耗、總時間、結束時的混煉瞬時功率，再經過數學模型的運算即可給出粘度值和分散度值；若要求進行控制，則根據工藝規(guī)程規(guī)定達到某能量值、溫度值或時間值后，智能控制系統(tǒng)不斷的檢測瞬時功率值，達到工藝規(guī)程根據混煉膠性能規(guī)定的某值后，控制系統(tǒng)即結束混煉；按密煉機建立的數學模型預測，則在每批混煉結束時，智能控制系統(tǒng)讀取混煉過程的總能量消耗、總時間、結束時的混煉瞬時功率外，還需根據需要讀取膠料的填充系數、密煉機轉數等參數，經過數學模型運算即可給出粘度值和分散度值；同樣，若要求進行控制，則根據工藝規(guī)程規(guī)定達到某能量值、溫度值或時間值后、智能控制系統(tǒng)不斷的檢測瞬時功率值，達到工藝規(guī)程根據混煉膠性能規(guī)定的某值后，控制系統(tǒng)即結束混煉；混煉膠質量——粘度、分散度預測與控制方法程序流程方框圖如圖6所示。
(三)密煉機橡膠混煉工藝自動優(yōu)化與半自動優(yōu)化方法是在該臺密煉機生產除特別設定外的任何一種膠料，本智能控制系統(tǒng)都確定每周隨機抽取50批數據，若一周內不足50批，則混煉夠50批后才抽取數據，這些數據應包括混煉消耗的總能量、總時間、結束混煉時的瞬時功率、混煉膠溫度以及各投料段或操作時的能量、時間、溫度、瞬時功率等；本智能控制系統(tǒng)對預測的混煉膠的粘度、分散度或輸入的實測的混煉膠粘度、分散度進行基本統(tǒng)計分析和計算質量的合格率，若合格率未達到所輸入的規(guī)定的要求，則以提高合格率為主要優(yōu)化目標，若以達到規(guī)定要求，則以提高效率——節(jié)時或節(jié)能為優(yōu)化目標，確定優(yōu)化目標后與各參數進行相關分析，找出影響優(yōu)化目標的主要參數；本智能控制系統(tǒng)根據主要參數和優(yōu)化目標進行優(yōu)化正交設計，求得優(yōu)化結果，并進行各項指標檢驗，若均獲通過則優(yōu)化結果成立，并將其與現有工藝規(guī)程比較，若基本相同，則現有工藝規(guī)程仍可使用，若優(yōu)化結果不同，則需調整工藝規(guī)程，并將其結果存儲在智能控制系統(tǒng)數據庫中備用或是直接修改工藝規(guī)程；對需要試驗不同操作步驟和參數值的優(yōu)化工藝，需采用半自動優(yōu)化方法，即將試驗性優(yōu)化方案，包括操作步驟、參數數值、試驗批數等輸入智能控制系統(tǒng)，密煉機按試驗性方案進行工藝試驗，并采集混煉試驗過程中的各項參數數值和預測的混煉膠質量——粘度、分散度或輸入的實測質量指標，本智能控制系統(tǒng)根據試驗優(yōu)化目標與采集的參數進行相關分析，找出影響優(yōu)化目標的主要參數，進行優(yōu)化正交設計，求得優(yōu)化結果，并進行各項參數檢驗，若均獲通過，則優(yōu)化結果成立，并將其存儲于本智能控制系統(tǒng)數據庫中備用。密煉機橡膠混煉工藝自動優(yōu)化與半自動優(yōu)化方法程序流程方框圖如圖7所示。
本發(fā)明的工作作用原理本智能控制系統(tǒng)所依據的理論是密煉機流變理論和密煉機橡膠混煉流變理論。國外有人認為密煉機橡膠混煉過程十分復雜，流變理論不適用；有人則認為橡膠混煉過程是粘彈性固體在密煉機的作用下固體由大塊斷裂破碎變成小塊，再由小塊變更小塊的過程，因此運用計算斷裂能的辦法來計算混煉的能量消耗，結果理論計算只有實際消耗能量的39％，因此混煉過程中出現很多問題也不能解釋和解決。根據我們多年的研究，只有在橡膠初投入密煉機時才是固體，才是由大塊斷裂破碎變?yōu)樾K，隨著溫度上升，橡膠就很快粘結成一團，呈現粘彈性流動狀態(tài)，橡膠與固體粒狀填料(如炭黑)主要就是在這一狀態(tài)下混煉的。我們的研究證明密煉機流變理論在橡膠混煉過程中的兩個階段是正確的，并以此指導實現了按每種膠料或按每臺密煉機建立數學模型預測混煉膠粘度；在橡膠和填料混煉段提出了密煉機橡膠混煉流變理論的膠料最佳粘度的觀點，并以此為指導建立了混煉工藝自動優(yōu)化和“半”自動優(yōu)化的方法；并以此為指導按每種膠料或按每臺密煉機建立數學模型預測混煉膠分散度；本智能控制系統(tǒng)依據密煉機橡膠混煉流變理論和實踐經驗相結合，研究發(fā)明一種新配方膠料沒有工藝規(guī)程時，可自動獲取新工藝規(guī)程，解決有關各種問題的新方法。
本發(fā)明與現有技術相比有如下的優(yōu)點和有益效果①本智能控制系統(tǒng)的作用是使其受控的密煉機盡可能的接近密煉機橡膠混煉規(guī)律要求進行混煉，本發(fā)明可自動獲取全自動和半自動優(yōu)化工藝，使混煉工藝經常保持最佳狀態(tài)，因而一般可提高混煉效率10～20％，最高已實現提高效率22.7％；②本發(fā)明可預測混煉膠的質量，進而可控制混煉膠質量，直到達到其質量指標才結束混煉，因而可使所生產的混煉膠質量基本上全部合格；③本發(fā)明可實現混煉膠的高質量，表現為粘度波動縮小，已實現粘度波動從±7、±8個門尼粘度值縮小為±2、±3個門尼粘度值，兩段混煉分散度一般可達6級以上，比現有技術可提高一級以上，為后續(xù)加工創(chuàng)造十分有利的條件，為提高后續(xù)產品質量打下堅實的基礎；④本發(fā)明大大節(jié)省人力，節(jié)省了進行混煉工藝優(yōu)化、質量檢測分析、混煉膠質量快檢的時間、人力、物力的消耗，減少混煉膠返工的時間、人力消耗；⑤本發(fā)明大大減少原材料消耗、能量消耗和機臺占用率。
下面對說明書附圖進一步說明如下圖1是密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)的工作原理及電路方框圖；圖3是密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)的電路原理圖；圖4是密煉機橡膠混煉智能控制方法程序流程總框圖；圖5是本智能控制系統(tǒng)自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法的程序流程方框圖；圖6是本智能控制系統(tǒng)混煉膠質量——粘度、分散度預測與控制方法程序流程方框圖；圖7是本智能控制系統(tǒng)橡膠混煉工藝自動與半自動優(yōu)化方法程序流程方框圖。
本發(fā)明的實施方式可為如下(1)本智能控制系統(tǒng)的實施按圖3所示繪制輸入輸出信號調理板電路板，并篩選元器件進行連接安裝。其中U1A、U2A可選LM324型運算放大器；U3A、U4A可選TL082型運算放大器；U5A可選LM331型V/F轉換器件；GDQ1可選4N25型光電耦合器件；GDQ2、GDQ3可選TL117型光電耦合器件；T1、T2可選5551型晶體三極管；(2)按圖1、圖2所示，選購器件如下機箱1可選ADVANTECH公司IPC-615型19寸標準工業(yè)機箱，也可選用鋁合金材料采用機加工方法自已加工制造；無源母板2可選用ADVANTECH公司的PCA-6120PC；PC104工業(yè)總線控制計算機主板可選用ADVANTECH公司的ACS-6176；PC104總線輸入輸出板可選用盛博公司的ADT200；串口擴展板6可選用MOXA公司的104A；硬盤驅動器7可選用昆騰公司的6.4G；軟盤驅動器8可選SONY公司的1.44M；232/485轉換器9可選威達公司的7520；打印機10可選用NATIONAL公司的1121；顯示器11可選用PHILIPS公司的105S。然后按上面說明書所述的相互連接關系進行安裝連接，便能較好地實現本智能控制系統(tǒng)；(3)智能控制方法的實施；選按圖4～圖7所示，并按上面說明書所述各種智能控制方法，分別編制智能控制方法總軟件程序、自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法軟件程序、混煉膠質量——粘度、分散度的預測與控制方法軟件程序、密煉機橡膠混煉工藝全自動與半自動優(yōu)化方法軟件程序。用這些軟件程序去控制、支持本智能控制系統(tǒng)，便能較好地實現本發(fā)明。發(fā)明人經過多年的研究、實踐，已成功地制出樣機并在工廠中試驗使用，成功地實施了本發(fā)明，其效果非常理想，完全實現了本發(fā)明的目的。下面僅舉幾個實施例加以說明。
實施例1獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程現要混煉一種新的輪胎胎面配方膠料，其基本配方為天然橡膠為100質量份；炭黑A142為43質量份；炭黑RP1338為7質量份；小料1(氧化鋅)為3.5質量份；小料2(硬脂酸)為2質量份；防老劑145A為0.7質量份；促進劑NOBS為1.6質量份；硫磺為1.5質量份；要求混煉膠質量粘度在69～77門尼粘度值范圍。將其輸入本智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)檢索其混煉工藝規(guī)程資料庫，因沒有該配方膠料的混煉工藝規(guī)程，因而進入自動獲取混煉工藝規(guī)程的控制程序。根據該廠實際智能控制系統(tǒng)，確定采用兩段混煉第一段(母煉膠)混煉，選用7號密煉機、轉速為40轉/分，填充系數為0.73，每批投料量天然橡膠為209.502kg；炭黑A142為90.086kg；炭黑RP1338為14.665kg；小料1為7.333kg；小料II為2 4.19kg；防老劑145A為1.467kg；促進劑NOBS為3.7024kg；硫磺為3.085kg。并分為生膠(天然橡膠)、炭黑、促進劑硫磺和其他小料四類投入密煉機混煉。
第一段母煉膠的混煉工藝規(guī)程為此時密煉機下頂栓關閉、壓砣提起、投料門打開。其步驟為(1)啟動生膠皮帶秤，將生膠和小料投入密煉機；(2)壓下壓砣70秒，關閉投料門；(3)升起壓砣；(4)投入炭黑35秒；(5)壓下壓砣50秒；(6)升起壓砣10秒；(7)壓下壓砣至溫度為160℃或功率小于0.6534kw結束混煉，排膠；(8)壓片冷卻，停放待用。
第二段終煉膠仍用7號密煉機，轉速為20轉/分，填充系數為0.73。此時密煉機下頂栓關閉，壓砣提起，投料門打開，密煉室溫度為30±5℃。其步驟為(1)啟動皮帶秤投入母煉膠和促進劑和硫磺；(2)壓下壓砣80秒；(3)升起壓砣10秒；(4)壓下壓砣至溫度100℃或功率小于0.6023kw結束混煉，排膠；(5)壓片、冷卻、停放待用。
至此，新配方膠料混煉工藝規(guī)程獲取完成，智能控制系統(tǒng)設定按此工藝規(guī)程混煉五批，檢測其粘度(預測值)是否在要求的范圍69～77門尼粘度之間；若在其間，則繼續(xù)按此工藝規(guī)程再混煉25批(共混煉30批)。智能控制系統(tǒng)啟動混煉工藝自動優(yōu)化的功能，已達到混煉膠粘度范圍中值73門尼粘度為最優(yōu)。以后便按此最優(yōu)化的工藝為混煉工藝規(guī)程進行生產。
實施例2混煉膠質量——粘度、分散度預測與控制混煉膠質量——粘度、分散度預測與控制是在混煉工藝過程結束前實施，兩者的預測與控制可結合進行。將輪胎胎側膠配方膠料生產任務40批及該膠料編號輸入智能控制系統(tǒng)。并在智能控制系統(tǒng)中確認，在混煉過程中按密煉機建立的數學模型對混煉膠質量——粘度、分散度進行預測與控制。以下過程是智能控制系統(tǒng)自動進行。經智能控制系統(tǒng)自動檢索，該胎側膠配方膠料已有混煉工藝規(guī)程和已建立的預測與控制的數學模型。其混煉工藝規(guī)程為兩段使用密煉機為5號機臺，第一段為母煉膠混煉，密煉機轉速為40轉/分、填充系數為0.64、投料量為生膠有順丁橡膠為71.696kg，天然橡膠為58.661kg；炭黑673為58.661kg；油料1為3.911kg；小料有小料1為4.563kg，小料2為2.607kg，小料3為4.563kg，促進劑NOBS為1.419kg，硫磺為2.579kg。
第一段混煉操作順序為密煉機開始狀態(tài)為機器啟動，排料門關閉，壓砣提起，加料門打開。(1)投入生膠和小料，關閉加料門，壓下壓砣加壓混煉35秒；(2)提起壓砣、投炭黑35秒；(3)壓下壓砣加壓混煉40秒或混煉至溫度達到120℃；(4)提起壓砣，投油料15秒；(5)壓下壓砣加壓混煉，當膠料溫度達到145℃后，智能控制系統(tǒng)不斷檢測，當瞬時功率小于或等于0.4320kw時，即結束混煉，打開排料門排膠。壓片冷卻待用。在混煉過程中智能控制系統(tǒng)的下位機屏幕上不斷顯示有混煉過程的功率和膠料溫度變化曲線。在混煉結束時①給出預測的混煉膠質量，如某一批膠料門尼粘度為74、分散度為4.8級，儲存在智能控制系統(tǒng)備查；②給出在混煉過程中獲取各操作點的功率、溫度、時間、能量等，并傳輸給上位機(供自動優(yōu)化混煉工藝用)；③獲取本批膠料的主要參數、總能量、總時間、排膠溫度等，如某一批內容文件名為TP743010、開始時間為8時45分、能量消耗為37.038kw·h、總時間為160秒、排膠溫度為157℃、與上批間隔時間為30秒、狀態(tài)為自動、功率為0.4310kw、門尼粘度為74；第二段終煉膠混煉操作順序為密煉機開始狀態(tài)為機器啟動、轉速為20轉/分、排料門關閉、壓砣提起、加料門打開。(1)投入第一段混煉母煉膠的2/3后，再投入促進劑硫磺，最后投入第一段混煉母煉膠的1/3；(2)壓下壓砣80秒；(3)提起壓砣10秒；(4)壓下壓砣混煉至膠料溫度為90℃；(5)當檢測到功率小于或等于0.3810kw或膠料溫度為100℃時即打開排料門排料，結束混煉，壓片冷卻待用。
在混煉過程中智能控制系統(tǒng)的下位機屏幕上不斷顯示有混煉過程的功率和膠料溫度變化曲線，在混煉結束時①給出預測的混煉膠質量，如某一批膠料門尼粘度為65、分散度為6.3級；②給出在混煉過程中獲取的各操作點的功率、溫度、時間、能量等并傳輸給上位機(供自動優(yōu)化混煉工藝用)；③并獲取本批的主要參數、總能量、總時間、排膠溫度等，如某一批內容文件名為TP744015，開始時間為12時30分，能量消耗為32.576kw·h，總時間為180秒，排膠溫度為99℃，與上批間隔時間為240秒，狀態(tài)為自動，功率為0.3802kw，門尼粘度為64、分散度為6.5級等；把這些參數儲存在智能控制系統(tǒng)中，班組人員下班時打印出供交接班用。每一批的智能控制系統(tǒng)自動混煉過程到此結束。自動混煉完成40批混煉，整個生產任務完成。
實施例3密煉機橡膠混煉工藝的全自動優(yōu)化混煉工藝的自動優(yōu)化是指對各操作參數的全自動優(yōu)化，由于是全自動優(yōu)化過程，下面是智能控制系統(tǒng)自動進行的優(yōu)化過程。本例配方膠料為胎面基部膠二段混煉任務。其混煉工藝規(guī)程為開始投入第一段混煉母煉膠混煉，在82秒時加油料，到達142秒時進行一次空翻，在溫度達到155℃時排膠，采用全自動混煉，所生產之母煉膠質量指標為65±5個門尼粘度。在胎面基部膠第二段混煉過程中，上位機實時記錄加油料點的功率P1、能量消耗E1、時間T1、溫度K1；空翻點的功率P2、能量消耗E2、時間T2、溫度K2；排膠點的功率P3、能量消耗E3、時間T3、溫度K3等。每批混煉現場數據(由下位機傳送來)，全自動優(yōu)化的周期一般定為一周(特別設定的除外)，滿足優(yōu)化條件后，采用等距抽樣，樣本進入自動優(yōu)化模塊。首先對各因素劃分為三個水平，并通過方差分析，確定一些影響顯著的因素。
表1投油料點四參數的水平劃分
表2投油料點四參數單因素方差分析
表中*表示影響顯著，**表示影響極為顯著，下同)
表3空翻點四參數的水平劃分
表4空翻點四參數單因素方差分析
表5排膠點四參數水平劃分
表6排膠點四參數單因素方差分析
從表1至表6可知，對質量指標影響最顯著的因素是功率。智能控制系統(tǒng)即會采用單指標三因素三水平的正交試驗設計、而忽略交叉影響。
表7正交試驗設計表<
從表7可見，影響粘度的主要因素為空翻功率P2，取第一水平時，粘度達到最佳(最近中值65)，而投油料、排膠點功率取第一水平時，粘度達到最佳；從表7也證實最佳水平組合為A1B1C1，即P1為0.2507，P2為0.2362，P3為0.2069。智能控制系統(tǒng)能全自動優(yōu)化，最后就會得到上述結果。
實施例4混煉工藝的半自動優(yōu)化混煉工藝的半自動優(yōu)化是指對各操作參數進行人為的設定，然后密煉機才按設定的混煉工藝生產混煉膠。從混煉過程中獲取有關參數，計算整理等全部工作則由智能控制系統(tǒng)自動進行?；鞜捁に嚨陌胱詣觾?yōu)化為胎面膠的兩段混煉過程的第一段混煉過程，共有四個操作；投生膠和小料、投炭黑、投油料，結束混煉排膠。若以時間為控制參數，投生膠和小料后開始計算時間，根據可塑性的預測數學模型結束混煉排膠功率為0.083366/N、可塑性N即為合格。本實施例人為設定①投炭黑點(A)、選取三個水平；分別為投生膠和小料后，壓砣加壓混煉0秒(A1)，20秒(A2)，40秒(A3)后投炭黑；②投油料點(B)選取三個水平分別為加炭黑后，壓砣加壓混煉30秒(B1)，40秒(B2)，50(B3)后投油料③結束混煉排膠，即為投油料后壓砣加壓混煉達到設定功率后排膠。每個水平混煉四批膠料。
優(yōu)化目標為保證質量的前提下，總時間和總能量最小。上述設定輸入智能控制系統(tǒng)后，以下全為智能控制系統(tǒng)自動進行。(一)智能控制系統(tǒng)按每個水平組合，混煉四批，從混煉過程中獲取每操作點的有關參數；(二)按優(yōu)化目標對因素A、B進行顯著性分析，總時間和總能量與因素A、B的顯著性分析如表8和表9所示。
表8總時間與因素A、B的顯著性分析
表8中兩種臨界值分別對應置信度0.95和0.99；若F值≥F0.99(k，m)，(K，m為自由度)，在顯著性一欄中標以**，表示非常顯著；若F值≥F0.95(k，m)，且F值＜F0.99(k，m)，在顯著性一欄中標以*表示比較顯著；無*號表示不顯著，下同。
表9總能量與因素A、B的顯著性分析
(三)從表8和表9可以看出總時間和總能量受投炭黑點和投油料點的影響是非常顯著。因此可進行優(yōu)化。
表10二因素三水平的正交優(yōu)化結果
從表10可見消耗時間最短、消耗能量最少的水平組合是A1B1，四批的平均值總時間只用159.25秒，總能量消耗20.815KWH；(四)根據上述優(yōu)化結果，可見混煉工藝條件為投入生膠和小料后即投入炭黑，壓砣加壓30秒后投入油料，壓砣下壓加壓混煉達到設定功率便排膠，結束混煉。把上述優(yōu)化結果儲存于智能控制系統(tǒng)，半自動優(yōu)化到此結束。結束混煉總時間和總能量將在159.25秒和20.815KWH左右，與現有規(guī)程相比，節(jié)省時間11.5％，節(jié)約能量15.0％。
權利要求
1.一種密煉機橡膠混煉智能控制系統(tǒng)，其特征在于它由機箱(1)、無源母板(2)、PC104工業(yè)總線控制計算機主板(3)、PC104總線輸入輸出板(4)、輸入輸出信號調理板(5)、串口擴展板(6)、硬盤驅動器(7)、軟盤驅動器8、232/485轉換器(9)、打印機(10)、顯示器(11)共同連接構成，其相互連接關系為無源母板(2)固定在機箱內，PC104總線輸入輸出板(4)通過PC104總線嵌套于PC104工業(yè)總線控制計算機主板(3)上，PC104工業(yè)總線控制計算機主板(3)再通過ISA總線接插于無源母板(2)上，輸入輸出信號調理板5通過扁平電纜與PC104總線輸入輸出板(4)相電氣連接，串口擴展板(6)通過ISA總線接插于無源母板(2)上擴展出串行通信口COM3、COM4，232/485轉換器(9)與擴展出的串行通信口COM3相電氣連接，硬盤驅動器(7)、軟盤驅動器(8)、打印機(10)、顯示器(11)分別通過標準扁平電纜與PC104工業(yè)總線控制計算機主板(3)相電氣連接。
2.一種密煉機橡膠混煉智能控制方法，其特征在于它包括自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法；混煉膠質量——粘度、分散度的預測與控制方法；混煉工藝自動優(yōu)化與半自動優(yōu)化方法；混煉工藝自動控制方法等；當輸入智能控制系統(tǒng)中沒有混煉工藝規(guī)程的配方膠料生產任務，本智能控制系統(tǒng)就自動獲取新配方膠料的混煉工藝規(guī)程，并把獲得的混煉工藝規(guī)程輸入智能控制系統(tǒng)中的自動控制生產部分中；當輸入配方膠料生產任務時，智能控制系統(tǒng)把原已有混煉工藝規(guī)程和質量預測與控制方法調入而進行生產；在生產出每批混煉膠的同時，給出混煉膠的質量指標——粘度和分散度；給出每批混煉過程曲線圖、有關參數及混煉膠過程主要參數并進行儲存?zhèn)溆茫划斈撤N配方膠料生產一定數量或時間后，本智能控制系統(tǒng)自動取出有關參數，對該配方膠料的混煉工藝進行自動優(yōu)化，并把結果存儲在智能控制系統(tǒng)中備用；當輸入試驗性配方膠料的混煉工藝時，本智能控制系統(tǒng)進行試驗性混煉工藝生產后，就進入半自動優(yōu)化程序，同時把優(yōu)化的混煉工藝規(guī)程存儲在智能控制系統(tǒng)中備用。
3.按權利要求2所述的密煉機橡膠混煉智能控制方法，其特征在于所述的自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法是當需要生產的配方膠料任務輸進智能控制系統(tǒng)中，原并無混煉工藝規(guī)程時，本智能控制系統(tǒng)的屏幕上呈現一個框圖，要求輸入該配方膠料的各種配合劑的種類和數量、所要求的混煉膠的質量指標——即粘度、分散度以及對密煉機的技術特性的要求，如密煉機的類型、編號、填充系數、密煉機轉數、壓砣壓力等特性，若對密煉機技術特性沒有輸入要求，本智能控制系統(tǒng)將根據所在工廠自身實際情況自動選擇密煉機；當上述該配方膠料的各種參數輸入結束，智能控制系統(tǒng)將自動確定密煉機的編號、類型、填充系數、轉數、壓砣壓力等特性參數，再根據確定的密煉機來決定投料重量、各種生膠和配合劑每批投料重量可劃規(guī)為五類，即各種生膠、填料——填料I和填料II、油料、各種小料、硫化劑和促進劑，再歸類按工藝規(guī)程要求投入密煉機中；并可根據配方膠料性能要求和密煉機的技術特性來選擇確定各段的混煉工藝規(guī)程；到此自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程完成，存儲于智能控制系統(tǒng)中待用。
4.按權利要求2所述的密煉機橡膠混煉智能控制方法，其特征在于所述的混煉膠質量——粘度、分散度預測與控制方法是按每種膠料建立數學模型或按密煉機建立數學模型，在給定生產任務時指定選用某種方法進行混煉膠質量預測與控制，指定后，在生產過程中，即按指定方法進行預測；按每種膠料建立的預測數學模型，在每批混煉結束時，智能控制系統(tǒng)讀取混煉過程的總能量消耗、總時間、結束時的混煉瞬時功率，再經過數學模型的運算即可給出粘度值和分散度值；若要求進行控制，則根據工藝規(guī)程規(guī)定達到某能量值、溫度值或時間值后，智能控制系統(tǒng)不斷的檢測瞬時功率值，達到工藝規(guī)程根據混煉膠性能規(guī)定的某值后，控制系統(tǒng)即結束混煉；按密煉機建立的數學模型預測，則在每批混煉結束時，智能控制系統(tǒng)讀取混煉過程的總能量消耗、總時間、結束時的混煉瞬時功率外，還需根據需要讀取膠料的填充系數、密煉機轉數等參數，經過數學模型運算即可給出粘度值和分散度值；同樣，若要求進行控制，則根據工藝規(guī)程規(guī)定達到某能量值、溫度值或時間值后、智能控制系統(tǒng)不斷的檢測瞬時功率值，達到工藝規(guī)程根據混煉膠性能規(guī)定的某值后，控制系統(tǒng)即結束混煉。
5.按權利要求2所述的密煉機橡膠混煉智能控制方法，其特征在于所述的密煉機橡膠混煉工藝自動優(yōu)化與半自動優(yōu)化方法是在該臺密煉機生產除特別設定外的任何一種膠料，本智能控制系統(tǒng)都確定每周隨機抽取50批數據，若一周內不足50批，則混煉夠50批后才抽取數據，這些數據應包括混煉消耗的總能量、總時間、結束混煉時的瞬時功率、混煉膠溫度以及各投料段或操作時的能量、時間、溫度、瞬時功率等；本智能控制系統(tǒng)對預測的混煉膠的粘度、分散度或輸入的實測的混煉膠粘度、分散度進行基本統(tǒng)計分析和計算質量的合格率，合格率未達到所輸入的規(guī)定的要求，則以提高合格率為主要優(yōu)化目標，若以達到規(guī)定要求，則以提高效率——節(jié)時或節(jié)能為優(yōu)化目標，確定優(yōu)化目標后與各參數進行相關分析，找出影響優(yōu)化目標的主要參數；本智能控制系統(tǒng)根據主要參數和優(yōu)化目標進行優(yōu)化正交設計，求得優(yōu)化結果，并進行各項指標檢驗，若均獲通過則優(yōu)化結果成立，并將其與現有工藝規(guī)程比較，若基本相同，則現有工藝規(guī)程仍可使用，若優(yōu)化結果不同，則需調整工藝規(guī)程，并將其結果存儲在智能控制系統(tǒng)數據庫中備用或是直接修改工藝規(guī)程；對需要試驗不同操作步驟和參數值的優(yōu)化工藝，需采用半自動優(yōu)化方法，即將試驗性優(yōu)化方案，包括操作步驟、參數數值、試驗批數等輸入智能控制系統(tǒng)，密煉機按試驗性方案進行工藝試驗，并采集混煉試驗過程中的各項參數數值和預測的混煉膠質量——粘度、分散度或輸入的實測質量指標，本智能控制系統(tǒng)根據試驗優(yōu)化目標與采集的參數進行相關分析，找出影響優(yōu)化目標的主要參數，進行優(yōu)化正交設計，求得優(yōu)化結果，并進行各項參數檢驗，若均獲通過，則優(yōu)化結果成立，并將其存儲于本智能控制系統(tǒng)數據庫中備用。
全文摘要
本發(fā)明是密煉機混煉智能控制系統(tǒng)及其智能控制方法,該系統(tǒng)由機箱、無源母板、計算機主板、總線輸入輸出板、輸入輸出信號調理板、串口擴展板、軟、硬盤驅動器、232/485轉換器、打印機、顯示器通過各自信號線共同電氣連接構成;本智能控制方法包括自動獲取新配方膠料混煉工藝規(guī)程方法;混煉膠質量——粘度、分散度預測與控制方法,混煉工藝自動優(yōu)化和半自動優(yōu)化方法。本發(fā)明能對混煉工藝進行智能控制、自動獲取并優(yōu)化混煉工藝、保證產品質量,產品合格率高。
文檔編號B29B7/20GK1255425SQ99117248
公開日2000年6月7日 申請日期1999年11月26日 優(yōu)先權日1999年11月26日
發(fā)明者張海, 賀德化, 馬鐵軍, 鮑舟波 申請人:華南理工大學