專利名稱：密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)及其自動(dòng)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)及其自動(dòng)優(yōu)化方法，屬密煉機(jī)微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)，特別涉及密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控技術(shù)。
目前現(xiàn)有的密煉機(jī)橡膠混煉工藝的優(yōu)化試驗(yàn)過程如下(1)首先確定優(yōu)化哪些工藝條件參數(shù)，如提高可塑性(塑性值，下同)合格率，優(yōu)選最佳填充系數(shù)、最佳冷卻水溫度、投料順序、投料時(shí)間等；(2)然后確定優(yōu)選試驗(yàn)方案并完善各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，如確定優(yōu)選工藝參數(shù)的范圍，如試驗(yàn)冷卻水的溫度，從20℃、30℃、40℃至50℃逐個(gè)試驗(yàn)，確定其它工藝條件，確定試驗(yàn)的次數(shù)，確定在實(shí)驗(yàn)室還是在生產(chǎn)現(xiàn)場試驗(yàn)，確定利用哪些設(shè)備、哪些監(jiān)控儀器、應(yīng)觀察記錄哪些參數(shù)、應(yīng)檢測哪些性能指標(biāo)等；(3)進(jìn)行2～3個(gè)預(yù)備性試驗(yàn)，檢查優(yōu)選方案、參數(shù)記錄等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作是否落實(shí)和完善；(4)進(jìn)行正式試驗(yàn)和記錄各種參數(shù)，并進(jìn)行性能檢測；(5)整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)結(jié)果，寫試驗(yàn)總結(jié)。以上是一個(gè)完整的優(yōu)化試驗(yàn)過程，因此至少要用一個(gè)月時(shí)間，一般要用三個(gè)月，有時(shí)甚至要用半年時(shí)間。例如，優(yōu)選冷卻水溫度一個(gè)參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)，大大小小試驗(yàn)和檢測需要100～200個(gè)項(xiàng)目才能完成。需花費(fèi)消耗大量的人力、物力和時(shí)間。即使這樣，在某條件下找到的最佳參數(shù)，嚴(yán)格說來也只是在這一條件時(shí)的局部最佳參數(shù)，在其它條件下就不一定是最佳參數(shù)，然而在日常生產(chǎn)條件下，各種條件常常會有變化，在某一條件下經(jīng)過試驗(yàn)制訂的工藝規(guī)程，過一段時(shí)間后，工藝規(guī)程的各種最佳條件參數(shù)會隨著各生產(chǎn)條件參數(shù)的變化而變化，原來的最佳條件參數(shù)已不一定是最佳條件參數(shù)了。這是現(xiàn)有密煉機(jī)橡膠混煉工藝的優(yōu)化試驗(yàn)存在的缺點(diǎn)和問題。
本發(fā)明的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有密煉機(jī)橡膠混煉的優(yōu)化試驗(yàn)過程存在需花費(fèi)消耗大量的人力、物力和時(shí)間，并且工藝規(guī)程的各種最佳條件參數(shù)會隨著各生產(chǎn)參數(shù)的變化而變化的缺點(diǎn)和問題，研究設(shè)計(jì)一種能在日常生產(chǎn)條件下采集生產(chǎn)過程中的有關(guān)參數(shù)就能自動(dòng)進(jìn)行混煉工藝優(yōu)化工作，即使有哪些生產(chǎn)條件變化導(dǎo)致最佳工藝條件參數(shù)變化也能優(yōu)化出新的最佳工藝條件來自動(dòng)分析、修改工藝規(guī)程，并使混煉工藝按修改后的新的工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)的一種密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)及其自動(dòng)優(yōu)化方法。
本發(fā)明是通過下述的結(jié)構(gòu)技術(shù)方案和方法方案來實(shí)現(xiàn)的本密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成方框示意圖如

圖1所示，它由信號輸入裝置、計(jì)算機(jī)控制裝置、信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置、打印機(jī)共同電氣連接構(gòu)成，其中信號輸入裝置包括開關(guān)量輸入隔離電路、模擬量輸入隔離電路、瞬時(shí)功率采集電路，計(jì)算機(jī)控制裝置包括下位計(jì)算機(jī)CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)、上位計(jì)算機(jī)IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)，信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置包括開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路、模擬量輸出驅(qū)動(dòng)電路，其相互連接關(guān)系為信號輸入裝置中的開關(guān)量輸入隔離電路通過開關(guān)量輸入信號線與密煉機(jī)相電氣連接；模擬量輸入隔離電路通過模擬量輸入信號線與密煉機(jī)相電氣連接；瞬時(shí)功率采集電路通過電壓電流信號線與密煉機(jī)主電機(jī)相電氣連接；計(jì)算機(jī)控制裝置中的下位計(jì)算機(jī)CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)通過信號輸入裝置的開關(guān)量輸出信號線、模擬量輸出信號線、瞬時(shí)功率輸出信號線與信號輸入裝置相電氣連接；上位計(jì)算機(jī)IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)通過串行接口COM1與下位計(jì)算機(jī)CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)相電氣連接；信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置中的開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路通過開關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸入信號線與下位計(jì)算機(jī)相電氣連接，并通過開關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸出信號線與密煉機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相電氣連接，模擬量輸出驅(qū)動(dòng)電路通過模擬量驅(qū)動(dòng)輸入信號線與下位計(jì)算機(jī)相電氣連接，并通過模擬量驅(qū)動(dòng)輸出信號線與密煉機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相電氣連接；打印機(jī)通過打印信號輸入線與上位計(jì)算機(jī)IBM—PC計(jì)算機(jī)相電氣連接。其作用原理為開關(guān)量、模擬量輸入隔離電路將密煉機(jī)的工作狀態(tài)信號(開關(guān)量、模擬量)經(jīng)隔離后輸入至CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)的開關(guān)量、模擬量輸入口，同時(shí)瞬時(shí)功率采集電路將密煉機(jī)主電機(jī)混煉過程消耗的功率轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的瞬時(shí)功率信號傳送至CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)。CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)根據(jù)這些輸入信號對密煉機(jī)混煉過程狀態(tài)進(jìn)行判斷，作出初步的計(jì)算、整理，并將整理的數(shù)據(jù)資料通過串行口傳送給IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)。IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，它將每個(gè)混煉過程的資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、繪制出混煉過程的瞬時(shí)功率曲線，并根據(jù)工藝配方的設(shè)定值計(jì)算出控制信號的偏移量，再通過串行口將產(chǎn)生的控制偏移量傳送給CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)。CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)根據(jù)控制偏移量產(chǎn)生出相應(yīng)的開關(guān)控制信號及模擬控制信號，并通過輸出口傳遞給信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置，信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置將開關(guān)、模擬控制信號光電隔離放大后，輸出具有一定驅(qū)動(dòng)能力的開關(guān)量信號及模擬量信號用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到控制密煉機(jī)混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化的目的。
混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)電氣電路原理圖如圖2、圖3所示。其中圖2為信號輸入裝置電路原理圖及CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)部分，圖3為信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置電路原理圖及IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)部分。信號輸入裝置由瞬時(shí)功率采集電路、16路相同的開關(guān)量輸入隔離電路、16路相同的模擬量輸入隔離電路相并聯(lián)電氣連接構(gòu)成。其中瞬時(shí)功率采集電路原理圖如圖4所示，它由功率運(yùn)算器W、由紅外發(fā)光二極管D1、紅外光接收管T1組成的光耦合器件TLP1、晶體三極管T2施密特觸發(fā)器IC1、單穩(wěn)態(tài)整形電路IC2、電阻R1～R4、電容C1共同串并聯(lián)電氣連接構(gòu)成；某一路開關(guān)量輸入隔離電路原理圖如圖5所示，它是由紅外發(fā)光二極管D2、紅外光接收管T3組成的光耦合器件TLP2、晶體三極管T4、電阻R5～R7共同串并聯(lián)電氣連接構(gòu)成；某一路模擬輸入隔離電路如圖6所示，它由穩(wěn)壓二極管DW1～DW4、運(yùn)算放大器IC3～I(xiàn)C4、光耦合器件TLP3～TLP4、晶體三極管T5、T6、電阻R8～R15、電容C2～C5、電位器RW1共同并串聯(lián)電氣連接構(gòu)成。上述單元電路的簡單工作原理圖如下圖4所示的瞬時(shí)功率采集電路其作用是將主電機(jī)的電壓、電流信號通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換成瞬時(shí)功率的脈沖信號，經(jīng)隔離整形后輸出。其原理是來自主電機(jī)的電壓、電流經(jīng)功率運(yùn)算器W產(chǎn)生電脈沖信號，光耦合器件TLP1中的紅外發(fā)光二極管D1便有相應(yīng)的脈沖電流流過，紅外光接收管T1的集電極產(chǎn)生相應(yīng)的高低電平變化，而導(dǎo)致三極管T2集電極產(chǎn)生相應(yīng)的高低電平變化，并通過IC1的整形去驅(qū)動(dòng)單穩(wěn)態(tài)電路IC2，IC2輸出一定寬度的脈沖信號。圖5所示的開關(guān)量輸入隔離電路其原理是當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場開關(guān)量接通時(shí)，光耦合器件TLP2中的紅外光二極管D2便有一電流流過，紅外光接收管T3集電極電平便小于0.7V，該低電平使得三極管T4截止、輸出一高電平信號。圖6所示的模擬量輸入隔離電路其原理是電路采用兩個(gè)光耦合器件TLP3、TLP4以推挽方式工作，把兩輸入、輸出特性加以合成，經(jīng)反相放大器IC3放大后改變晶體管T5、T6的射極電流，并以恒流方式驅(qū)動(dòng)TLP3、TLP4，由TLP3、TLP4輸出的電流經(jīng)由放大器IC4構(gòu)成的電流——電壓轉(zhuǎn)換電路后，輸出一模擬電壓信號；信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置由16路相同的開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路、16路相同的模擬量輸出驅(qū)動(dòng)電路相并聯(lián)電氣連接構(gòu)成，其開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路與信號輸入裝置中的開關(guān)量輸入隔離電路完全相同，其模擬量輸出驅(qū)動(dòng)電路與信號輸入裝置中的模擬量輸入隔離電路完全一樣，它們的工作原理也完全相同，不同的只是其輸入為計(jì)算機(jī)輸出的開關(guān)量驅(qū)動(dòng)信號及模擬量驅(qū)動(dòng)信號，其輸出用來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法方案如下(1)首先確定優(yōu)化考察指標(biāo)，利用本發(fā)明的混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)檢測獲取該優(yōu)化考察指標(biāo)；(2)確定優(yōu)化哪些因素，因素取不同值的、水平應(yīng)能自動(dòng)劃分；(3)根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論，選用與因因素和水平數(shù)相對應(yīng)的正交表，對已確定的優(yōu)化考察指標(biāo)進(jìn)行主效應(yīng)與交互作用計(jì)算(主效應(yīng)反映因素對指標(biāo)影響大小，常用其響應(yīng)值的改變量來表示；交互作用表示各試驗(yàn)因素相互配合所產(chǎn)生的作用，從而增強(qiáng)或減弱各個(gè)試驗(yàn)因素對指標(biāo)的單獨(dú)影響)，從而找出各因素對需優(yōu)化考察指標(biāo)的影響程度；(4)根據(jù)正交試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方差分析方法對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以判斷各因素對優(yōu)化考差指標(biāo)的影響程度(這種定量分析的結(jié)論，可以比經(jīng)驗(yàn)判斷準(zhǔn)確、具體)。本橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法，其特征還在于除采用瞬時(shí)功率、能量消耗、混煉時(shí)間、混煉膠溫度為因素外，還可采用段平均功率、段能量消耗，如投生膠等段、投填充料到投油料段、投填充料到排料段、投油料到排料段等和整過程平均功率為因素進(jìn)行優(yōu)化。水平除可定義為某數(shù)值外，還可將水平定義為區(qū)間，便于統(tǒng)計(jì)調(diào)優(yōu)計(jì)算。如兩水平、取平均值為界、水平1≥平均值，水平2＜平均值，三水平、取平均值為中心的一個(gè)對稱區(qū)間為一水平，大于或小于該區(qū)間的左右區(qū)間，分別為另兩水平，如水平1≤(平均值－標(biāo)準(zhǔn)差)，(平均值－標(biāo)準(zhǔn)差)＜水平2＜(平均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)，水平3≥(平均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)。本橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法的程序流程圖如圖7所示。其具體的混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化過程和步驟如下(1)使用本發(fā)明的密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)檢測采集數(shù)據(jù)。從下頂栓關(guān)閉、上頂栓提起時(shí)起投生膠、中料、膠粉或再生膠并投炭黑或非炭黑填料后加壓，投油料后加壓、掃粉或提上頂栓空翻后加壓，最后打開下頂栓，提起上頂栓，排料結(jié)束記錄每一個(gè)檢測點(diǎn)的時(shí)間、膠料溫度、瞬時(shí)功率、累積消耗能量，上頂栓壓力以及生膠、填料、油料等的每次實(shí)際投料量、每次開始混煉和排料時(shí)的冷卻水溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)；(2)確定試驗(yàn)批數(shù)(一般以50次或100次為一批，最少不得少于20次為一批)，由操作者輸進(jìn)混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)；(3)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，確定優(yōu)化指標(biāo)，一般首先是提高合格率的優(yōu)化，其次為縮短時(shí)間、節(jié)約能量的優(yōu)化(有時(shí)為提高合格率，還需要延長時(shí)間或增加能量消耗)；(4)根據(jù)已確定的優(yōu)化指標(biāo)的需要來確定影響優(yōu)化指標(biāo)的因素和各因素不同試驗(yàn)水平的劃分，對兩水平的試驗(yàn)，一般取平均值為界，對三水平的試驗(yàn)取平均值為中心的一個(gè)對稱區(qū)間值為一水平，大于該區(qū)間或小于該區(qū)間的左右兩個(gè)區(qū)間的值的分別為另兩水平；(5)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方差分析方法進(jìn)行方差分析和顯著性檢測，判斷因素對優(yōu)化指標(biāo)的影響程度。用正交試驗(yàn)的方差分析法確定最佳因素水平組合；(6)進(jìn)行方差分析適宜性檢驗(yàn)包括試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗(yàn)、獨(dú)立性檢驗(yàn)等方差性檢驗(yàn)。若適宜性檢驗(yàn)通過，即方差分析的基本假設(shè)成立，則方差分析的結(jié)果可以接受，混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化完成。本混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法具體實(shí)施步驟和過程程序流程方框圖如圖8所示。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本系統(tǒng)采用兩臺計(jì)算機(jī)責(zé)任分工，工業(yè)現(xiàn)場的信號采集、信號控制、選用控制能力強(qiáng)、工業(yè)性能佳的CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)。而大量數(shù)據(jù)的存儲、計(jì)算、模型建立等，采用運(yùn)算能力強(qiáng)、容量大、控制能力欠佳的IBM—PC總線工業(yè)計(jì)算機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算、分析是在脫機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行的，避免了單臺機(jī)超負(fù)荷運(yùn)算引起的系統(tǒng)崩潰及計(jì)算錯(cuò)誤，使得整個(gè)系統(tǒng)具有很高的可靠性及良好的工作界面；(2)CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)地址、數(shù)據(jù)、控制三總線均采用光電隔離，使得在惡劣的環(huán)境中能抵御各種常態(tài)、共態(tài)干擾；IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)，采用通用的PC總線，無源母板及相應(yīng)的功能化模板，使得計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝、密封、維修；(3)二臺計(jì)算機(jī)采用串行異步通訊方式，使得互通資源更加可靠，且可根據(jù)現(xiàn)場安裝情況將二臺機(jī)放在不同地點(diǎn)，也可進(jìn)行超長距離通訊；(4)本系統(tǒng)所有信號輸入、輸出均采用光電隔離，使得工業(yè)現(xiàn)場的各種干擾不可能通過信號線來影響計(jì)算機(jī)的正常工作；(5)本發(fā)明的實(shí)施可免除橡現(xiàn)有技術(shù)那樣為進(jìn)行工藝優(yōu)化工作要進(jìn)行的大量試驗(yàn)工作；(6)由于傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)出成品膠后再檢驗(yàn)其質(zhì)量，而本發(fā)明技術(shù)采用混煉工藝過程參數(shù)為優(yōu)化指標(biāo)，并能及時(shí)監(jiān)控，使得產(chǎn)品未出前面知道其質(zhì)量情況，且可適時(shí)自動(dòng)調(diào)整，防范質(zhì)量事故于未然，故本發(fā)明更為直接有效；(7)應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)可隨時(shí)掌握實(shí)時(shí)工藝規(guī)程是否為最佳工藝條件，并可實(shí)時(shí)自動(dòng)使工藝規(guī)程保持在最佳工藝條件狀態(tài)下；(8)應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)控制生產(chǎn)過程，可使每次混煉產(chǎn)出的膠料均為合格品，可大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
下面對說明書附圖進(jìn)一步說明如下圖1為本密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化臨控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成方框示意圖；圖2、圖3為本密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的電路原理圖，其中圖2為本系統(tǒng)的信號輸入裝置的電路原理圖及CM—85工業(yè)計(jì)算機(jī)部分，圖3為本系統(tǒng)的信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置電路原理圖及IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)部分；圖4為本混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施例之一的信號輸入裝置的瞬時(shí)功率采集電路原理圖；圖5為某一路開量輸入隔離(或輸出驅(qū)動(dòng))電路原理圖；圖6為某一路模擬量輸入隔離(或輸出驅(qū)動(dòng))電路原理圖；圖7為本發(fā)明的混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法程序流程框圖；圖8為本發(fā)明的混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法具體實(shí)施步驟和過程程序流程方框圖。圖2的A、B、C、D、E點(diǎn)分別與圖3的A、B、C、D、E點(diǎn)對應(yīng)連接。
本發(fā)明的實(shí)施方式如下本發(fā)明中的密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施方式可以是這樣(1)按圖2～圖3所示的電路繪制印刷電路板，然后篩選元器件進(jìn)行安裝和簡單調(diào)試，便可制成信號輸入裝置箱和信號輸出驅(qū)動(dòng)箱。本實(shí)施例中TLP1可選6N136型光耦合器件，TLP2可選TTL117型光耦合器件，TLP3～TLP4可選TLP521型光耦合器件，IC1可選74LS132、IC2可選74LS221，IC3、IC4可選LF356N；(2)然后按圖1所示及上面說明書所述的連接關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的電氣連接，便可實(shí)現(xiàn)本混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)；(3)本發(fā)明方法——混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法的具體實(shí)施只要參照圖7所示的程序流程圖，并按上面說明書所述的具體的混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法和步驟，便能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)方法。下面是本發(fā)明方法的幾個(gè)具體實(shí)施例實(shí)施例1提高可塑性合格率。(1)使用本發(fā)明的密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)采集到96批混煉膠的有關(guān)參數(shù)；(2)從排料點(diǎn)的瞬時(shí)功率得知該批混煉膠可塑性(用戶給定的按傳統(tǒng)工藝的合格指標(biāo)為0.20±0.04)合格率只有75％，自動(dòng)優(yōu)化的目標(biāo)為提高其合格率；(3)問題的分析如下表1
表1中標(biāo)準(zhǔn)誤即是可塑性變量值的子樣標(biāo)準(zhǔn)差與子樣下均值的比值，其一般計(jì)算公式為
；T值是為了檢驗(yàn)優(yōu)化后的可塑性合格率效果是否顯著提高而使用的一個(gè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。其計(jì)算公式為T=y--0.2Snn-1]]>P值是為了判別T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量是否顯著，以95％置信度服從T分布檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，其值大于|T|的概率臨界值，是根據(jù)T分布概率表中查得的；整批數(shù)據(jù)可塑性的平均值為0.183，比合格指標(biāo)0.20顯著偏小，因而整批混煉的總能量消耗也可能偏?。?4)排料點(diǎn)的優(yōu)化，以排料時(shí)消耗的總能量為因素A，可塑性合格率PY1為目標(biāo)，水平的劃分如下水平1＜15.04KH，水下2＞15.04KH，方差分析如下表2
表2是對可塑性在不同水平(范圍)時(shí)，對煉膠能量消耗的方差分析表。其中，F(xiàn)值是為了檢驗(yàn)不同水平對能量消耗影響是否顯著的一個(gè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，其計(jì)算公式為F=mS1m2nS2n2.n-1m-1]]>。(對于顯著水平a＝0.05來說，因素A對Py1有顯著影響，顯著水平a是為了確定檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，是根據(jù)實(shí)際需要而確定的一個(gè)允許判斷錯(cuò)誤的概率，在生產(chǎn)中一般均定為5％)，各水平的Py1列于下表3
從表3可見能量消耗高的水平2的可塑性合格率Py1有顯著提高。各觀察值排料時(shí)消耗的總能量如下表4
從表4可見，可取平均值15.93時(shí)，排料較優(yōu)；(5)投填料點(diǎn)的優(yōu)化，以投填料點(diǎn)的能量消耗為因素A，可塑性Y1為目標(biāo)，水平的劃分如下表5
方差分析如下表6
從表5、表6可見，投填料時(shí)的能量消耗對Y1值有顯著影響。各水平的Y1值如下表7
從表7可見，水平2的平均Y1最接近合格德中值0.20(中值是所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)中排位居中的一個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù))。水平2各投填料點(diǎn)的能耗如下表8
從表8可見平均能耗3.073時(shí)較優(yōu)。(6)進(jìn)行綜合分析將整批數(shù)據(jù)中排料點(diǎn)和投填料點(diǎn)的能耗為上述優(yōu)化區(qū)間的觀察值的Y1和PY1，總結(jié)如下表9
從表9可見，Y1與合格中值(0.20)非常接近，因此整體合格率PY1已大大提高；(7)進(jìn)行適宜性校驗(yàn)，因已通過，故上述結(jié)果可以接受；(8)若要進(jìn)一步提高合格率，可用本優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)到一定批量(20次以上)再進(jìn)行優(yōu)化以進(jìn)一步提高合格率。
實(shí)施例2提高效率和節(jié)省能耗。(1)使用本發(fā)明的密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)采集166批混煉膠的有關(guān)數(shù)據(jù)；(2)采用三因素兩水平析因試驗(yàn)。因素A、B、C分別代表投填料點(diǎn)、投油料點(diǎn)和排料點(diǎn)的時(shí)間，水平的劃分如下10
(3)對耗能統(tǒng)計(jì)分析如下表11～表14表11
表12
表13
表14
從表11可見，因素對指標(biāo)的影響是顯著的。對表13、表14，在選取顯著水平a值為0.05時(shí)，可以認(rèn)為B因素和A因素的交互作用是顯著的，其中類型1SS和類型3SS分別表示第一類和第三類可估函數(shù)對應(yīng)的平方和，而各水平組合的耗能情況如表14。從耗能角度看A因素水平1、B因素水平2與C因素水平1的因素水平組合和A因素水平1、B因素水平2與C因素水平2的因素水平組合比較節(jié)能，分別為21.87KWH和21.67KWH；(4)對耗時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析如下表15～表18表15
表16
表17
表18
從表15～表17可見A、B、C三因素及其交互作用都非常顯著，而從表18各水平組合的耗時(shí)情況可見耗時(shí)最短的是水平組合1-2-1，也就是耗能次小的那個(gè)水平組合；(5)為了選出最優(yōu)的水平組合，應(yīng)進(jìn)行如下處理(即以某種水平組合進(jìn)行操作)。
一、耗能的比較如下表19
Ho方差相等，F(xiàn)′＝1.56，自由度＝(5，8)(P值＞F′)＝0.5477由表19比較結(jié)果可知，無論兩個(gè)處理的方差相等與否，其均值并無顯著差別，且經(jīng)檢驗(yàn)，兩個(gè)處理的方差并無顯著差別。
二、耗時(shí)的比較如下表20
從表20比較可見，無論兩個(gè)處理的方差相等與否，其均值均有顯著差別；(6)綜上所述，可知處理1-2-1為最好，對處理1-2-1的6個(gè)觀察值的投填料點(diǎn)、投油料點(diǎn)和排料點(diǎn)的時(shí)間平均值如下表21
從而得到優(yōu)化的時(shí)間控制值為15秒投填料，90秒投油料、165秒排料。按此優(yōu)化規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)將可比原傳統(tǒng)工藝(平均總消耗能量22.15KWH，總時(shí)間176.5秒)生產(chǎn)，每批混煉膠節(jié)約能量0.28KWH，節(jié)時(shí)11.5秒；(7)對模型進(jìn)行適宜性校驗(yàn)通過，上述優(yōu)化結(jié)果可以接受。
實(shí)施例3優(yōu)化混煉工藝，縮短混煉時(shí)間、減少能耗。(1)使用本發(fā)明的密煉機(jī)混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)采集64批混煉膠的有關(guān)參數(shù)；(2)采用兩因素兩水平每個(gè)處理重復(fù)8次的析因試驗(yàn)。因素A、B分別代表投油料點(diǎn)和排料點(diǎn)的時(shí)間，其水平劃分如下表22
(3)以時(shí)間為因素進(jìn)行水平劃分處理，所以優(yōu)化以能量為指標(biāo)，其方差分析的結(jié)果如下表23
由表22、表23可見只有因素A是顯著的，再看因素A各水平的耗能情況，可見因素A取水平1耗能較少，從而得到優(yōu)化的投油料時(shí)間為61秒；(4)進(jìn)行模型適宜性校驗(yàn)通過，模型假設(shè)成立；(5)再采用兩水平重復(fù)數(shù)不等的試驗(yàn)，因素A、B分別代表加油時(shí)間的能量消耗和排料時(shí)間的瞬時(shí)功率。水平劃分如下表24
(6)由于用能量進(jìn)行因素A、B的劃分，所以以時(shí)間為指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，其方差分析結(jié)果如下表25～表27表25
表26
表27
從表25～表27可見，A、B因素各水平時(shí)間均有顯著差異，但其交互作用并不顯著。優(yōu)化的結(jié)果是加油時(shí)的能量為9.59KWH，排料時(shí)的瞬時(shí)功率為0.42KWH。
實(shí)施例4雙指標(biāo)(可塑性、分散性)優(yōu)化。(1)使用密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，在GK—270型密煉機(jī)中，采集胎面膠混煉過程的溫度、時(shí)間、瞬時(shí)功率和能量消耗等參數(shù)50批以上；(2)將檢測的可塑性與分散性結(jié)果輸入本系統(tǒng)；(3)通過相關(guān)分析找到對混煉膠質(zhì)量可塑性和分散性有顯著影響的混煉過程參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，將分析混煉過程總時(shí)間(T)、排料時(shí)的混煉膠溫度(K)、排料時(shí)瞬時(shí)功率(P)和消耗的總能量(N)對可塑性影響的顯著性。上述四因素按50車膠統(tǒng)計(jì)的基本統(tǒng)計(jì)量如下表28
將上述四因素根據(jù)每因素的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差劃分為三個(gè)區(qū)間、A1≤(均值－標(biāo)準(zhǔn)差)，(均值－標(biāo)準(zhǔn)差)＜A2＜(均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)，A3≥(均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)將這三個(gè)區(qū)間定義為因素的三個(gè)水平如下表29
對四因素進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果如下表30
從表30可知總時(shí)間和溫度對可塑性的影響沒有總的能量消耗和排料時(shí)的瞬時(shí)功率顯著，這就是說要控制混煉膠的科塑性，關(guān)鍵在于控制好混煉過程的總能量消耗和排料時(shí)瞬時(shí)功率；(b)自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)將分析混煉過程總時(shí)間(T)、排料時(shí)混煉膠溫度(K)、排料時(shí)瞬時(shí)功率(P)、消耗總能1量(N)對混煉膠分散性影響的顯著性四因素的基本統(tǒng)計(jì)量如下表31
根據(jù)每因素的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差劃分為三個(gè)區(qū)間，A1≤(均值－標(biāo)準(zhǔn)差)、(均值－標(biāo)準(zhǔn)差)＜A2＜(均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)、A3≥(均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)，將這三個(gè)區(qū)間定義為因素的三個(gè)水平，它們?nèi)缦卤?2
對四因素進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果如下表33
從表33可知，總的能量消耗對分散性的影響最顯著，其次，總時(shí)間和排料時(shí)瞬時(shí)功率的影響也顯著，而混煉膠的溫度影響最不顯著，因此要控制分散性，最主要是控制總能量，其次是控制排料點(diǎn)瞬時(shí)功率和總時(shí)間。(4)排料時(shí)參數(shù)(時(shí)間、瞬時(shí)功率、能量)的優(yōu)化(a)對于混煉膠可塑性指標(biāo)的優(yōu)化，考慮到影響可塑性的因素主要是排料時(shí)的瞬時(shí)功率和總的能量消耗，而時(shí)間的影響不顯著，所以在前兩因素取得最優(yōu)值的前提下，時(shí)間取最小值；排料時(shí)瞬時(shí)功率(P)對可塑性的優(yōu)化將瞬時(shí)功率的三個(gè)水平下的可塑性與耗時(shí)、耗能等參數(shù)值的計(jì)算整理列于下表34
因?yàn)榇四z可塑性的合格范圍為0.28～0.36，均值為0.32，所得P的水平A3，即瞬時(shí)功率0.66KWH時(shí)，可塑性接近均值，且耗能最少，耗時(shí)最短；總能量消耗(N)對可塑性的優(yōu)化同樣將N的三個(gè)水平下的可塑性與耗時(shí)、耗量等參數(shù)值計(jì)算整理列于下表35
從表35可見，總能量N取A1水平，可塑性均值剛好與合格均值重合。綜合P和N對可塑性優(yōu)化結(jié)果如下表36
(b)相對于混煉膠分散性指標(biāo)的優(yōu)化，因?yàn)橛绊懛稚⑿缘囊蛩貫榕帕蠒r(shí)的時(shí)間(T)和瞬時(shí)功率(P)，消耗的總能量(N)，所以對這三因素進(jìn)行優(yōu)化對時(shí)間T的優(yōu)化，按時(shí)間T的三個(gè)水平對分散性的耗時(shí)耗能進(jìn)行整理列于下表37
從表37可見，總時(shí)間在水平A1下，分散性最大，且耗能最少，時(shí)間也最短；對排料時(shí)的瞬時(shí)功率(P)的優(yōu)化按P的三個(gè)水平對分散性的耗時(shí)、耗能進(jìn)行整理如列于下表38
從表38可見，瞬時(shí)功率(P)、水平A3均值為0.6537KWH時(shí)，分散性最大，且耗時(shí)、耗能最省；對總能量(N)的優(yōu)化按N的三個(gè)水平對分散性的耗時(shí)、耗能進(jìn)行整理列于下表39
從表39可見，總能量消耗最小(均值19.784KWH)時(shí)，分散性均值最大，且耗時(shí)也短。T、P、N對分散性的優(yōu)化結(jié)果如下表40
(c)根據(jù)對可塑性和分散性為指標(biāo)的優(yōu)化結(jié)果整理列于下表41
從表41可見，分別以不同指標(biāo)，對有關(guān)因素進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)果基本相同。
權(quán)利要求
1.一種密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于它由信號輸入裝置、計(jì)算機(jī)控制裝置、信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置、打印機(jī)共同連接構(gòu)成，其中信號輸入裝置包括開關(guān)量輸入隔離電路、模擬量輸入隔離電路、瞬時(shí)功率采集電路，計(jì)算機(jī)控制裝置包括下位計(jì)算機(jī)CM-85工業(yè)計(jì)算機(jī)、上位計(jì)算機(jī)IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)，信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置包括開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路、模擬量輸出驅(qū)動(dòng)電路，其相互連接關(guān)系為信號輸入裝置中的開關(guān)量輸入隔離電路通過開關(guān)量輸入信號線與密煉機(jī)連接；模擬量輸入隔離電路通過模擬輸入信號線與密煉機(jī)相連接；瞬時(shí)功率采集電路通過電壓電流信號線與密煉機(jī)主機(jī)相連接；計(jì)算機(jī)控制裝置中的下位計(jì)算機(jī)CM-85工業(yè)計(jì)算機(jī)通過信號輸入裝置的開關(guān)量輸出信號線、模擬量輸出信號線、瞬時(shí)功率輸出信號線與信號輸入裝置相連接；上位計(jì)算機(jī)IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)通過串行接口COM1與下位計(jì)算機(jī)CM-85工業(yè)計(jì)算機(jī)相電氣連接；信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置中的開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路通過開關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸入信號線與下位計(jì)算機(jī)相電氣連接，并通過開關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸出信號線與密煉機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相電氣連接，模擬量輸出驅(qū)動(dòng)電路通過模擬量驅(qū)動(dòng)輸入信號線與下位計(jì)算機(jī)相電氣連接，并通過模擬量驅(qū)動(dòng)輸出信號線與密煉機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相電氣連接；打印機(jī)通過打印信號輸入線與上位計(jì)算機(jī)IBM—PC工業(yè)計(jì)算機(jī)相電氣連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的信號輸入裝置由瞬時(shí)功率采集電路、16路相同的開關(guān)量輸入隔電路、16路相同的模擬量輸入隔離電路相并聯(lián)電氣連接構(gòu)成，信號輸出驅(qū)動(dòng)裝置由16路相同的開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路，16路相同的模擬量輸出驅(qū)動(dòng)電路相并聯(lián)電氣連接構(gòu)成，其中瞬時(shí)功率采集電路由功率運(yùn)算器W，由紅外發(fā)光二極管D1、紅外光接收管T1組成的光耦合器件TLP1、晶體三極管T2、施密特觸發(fā)器IC1、單穩(wěn)態(tài)整形電路IC2、電阻R1～R4、電容C1共同并串聯(lián)電氣連接構(gòu)成；某一路開關(guān)量輸入隔離(輸出驅(qū)動(dòng))電路是由紅外二極管D2、紅外光接收管T3組成的光耦合器件TLP2、晶體三極管T4、電阻R5～R7共同串并聯(lián)電氣連接構(gòu)成；某一路模擬量輸入隔離(輸出驅(qū)動(dòng))電路由穩(wěn)壓二極管DW1～DW4、運(yùn)算放大器IC3～I(xiàn)C4、光耦合器件TLP3～TLP4、晶體三極管T5、T6、電阻R8～R15、電容C2～C5、電位器RW1共同并串聯(lián)電氣連接構(gòu)成。
3.一種密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法，其特征在于(1)首先確定優(yōu)化考察指標(biāo)，利用本發(fā)明的混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)檢測獲取該優(yōu)化考察指標(biāo)；(2)確定優(yōu)化哪些因素，因素取不同值的、水平應(yīng)能自動(dòng)劃分；(3)根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論，選用與因素和水平數(shù)相對應(yīng)的正交表，對已確定的優(yōu)化考察指標(biāo)進(jìn)行主效應(yīng)與交互作用計(jì)算，從而找出各因素對需優(yōu)化考察指標(biāo)的影響程度；(4)根據(jù)正交試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方差分析方法對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以判斷各因素對優(yōu)化考察指標(biāo)的影響程度；本方法的特征還在于除采用瞬時(shí)功率、能量消耗、混煉時(shí)間、混煉膠溫度為因素外，還可采用段平均功率、段能量消耗，如投生膠等段、投填充料到投油料段、投填充料到排料段、投油料到排料段等和整過程平均功率為因素進(jìn)行優(yōu)化，水平除可定義為某數(shù)值外，還可將水平定義首尾連接的區(qū)間的統(tǒng)計(jì)調(diào)優(yōu)方法，如兩水平、取平均值為界，水平1≥平均值，水平2＜平均值，三水平、取平均值為中心的一個(gè)對稱區(qū)間為一水平，大于或小于該區(qū)間的左右區(qū)間分別為另兩水平，如水平1≤(平均值－標(biāo)準(zhǔn)差)，(平均值－標(biāo)準(zhǔn)差)＜水平2＜(平均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)，水平3≥(平均值＋標(biāo)準(zhǔn)差)。
4.按權(quán)利要求3所述的一種密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化方法，其特征還在于其具體的優(yōu)化過程和步驟如下(1)使用本發(fā)明的密煉機(jī)橡膠混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)檢測采集數(shù)據(jù)，從下頂栓關(guān)閉、上頂栓提起時(shí)起投生膠、中料、膠粉或再生膠并投炭黑或非炭黑填料后加壓，投油料后加壓、掃粉或提上頂栓空翻后加壓，最后打開下頂栓，下壓上頂栓，排料結(jié)束記錄每一個(gè)檢測點(diǎn)的時(shí)間、膠料溫度、瞬時(shí)功率、累積消耗能量、上頂栓壓力以及生膠、填料、油料等的每次實(shí)際投料量，每次開始混煉和排料時(shí)的冷卻水溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)；(2)確定試驗(yàn)批數(shù)，由操作者輸入混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)；(3)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，確定優(yōu)化指標(biāo)，一般首先是提高合格率的優(yōu)化，其次為縮短時(shí)間、節(jié)約能量的優(yōu)化；(4)根據(jù)已確定優(yōu)化指標(biāo)的需要來確定影響優(yōu)化指標(biāo)的因素和各因素不同試驗(yàn)水平的劃分，對兩水平的試驗(yàn)，一般取水平均值為界，對三水平的試驗(yàn)取平均值為中心的一個(gè)對稱區(qū)間值為一水平，大于該區(qū)間或小于該區(qū)間的左右兩個(gè)區(qū)間值分別為另兩水平；(5)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方差分析方法進(jìn)行方差分析和顯著性檢測，判斷因素對優(yōu)化指標(biāo)的影響程度，用正交試驗(yàn)的方差分析方法確定最佳因素水平組合；(6)進(jìn)行方差分析適宜性檢驗(yàn)包括試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗(yàn)、獨(dú)立性檢驗(yàn)等方差性檢驗(yàn)，若適宜性檢驗(yàn)通過，即方差分析的基本假設(shè)成立，則方差分析的結(jié)果可以接收，混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化完成。
全文摘要
本發(fā)明是混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)及其自動(dòng)優(yōu)化方法。監(jiān)控系統(tǒng)由信號輸入裝置、計(jì)算機(jī)控制裝置、信號輸出裝置、打印機(jī)連接構(gòu)成，它們通過相應(yīng)信號線與密煉機(jī)及其主電機(jī)相連，計(jì)算機(jī)控制裝置通過信號線與信號輸入裝置相連，上、下位計(jì)算機(jī)通過串行接口相連，信號輸出裝置通過信號線分別與下位計(jì)算機(jī)及密煉機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。優(yōu)化方法包括確定優(yōu)化指標(biāo)、優(yōu)化因素并找出因素對優(yōu)化指標(biāo)的影響，并進(jìn)行方差分析來判斷其影響程度。本發(fā)明可實(shí)時(shí)自動(dòng)使工藝保持最佳工藝條件，大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。
文檔編號G05B15/00GK1145294SQ9610746
公開日1997年3月19日 申請日期1996年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月24日
發(fā)明者張海, 賀德化, 馬鐵軍 申請人:華南理工大學(xué)