硫化罐群控等效硫化过程的智能温控研究.doc

硫化罐群控等效硫化过程的智能温控研究Temperature control research on vulcanizer group control of equivalent vulcanization 摘要：应用范特霍夫理论，研究了等效硫化下温度与时间的区间特性，根据等效硫化温度的区间特性，利用温控表的三个报警输出来确定硫化罐所处温度区间，调整等效硫化时间，并与上位机进行实时通讯。文中对现行方案与传统方案进行比较，有效降低了成本，并于实践环节中得到证明。关键词：温控表；等效硫化时间；范特霍夫方程Abstract: This paper proposed a plan to apply Vant Hoff Theory and study the interzone properties of temperature and time under Equivalent Vulcanization. With the properties of Equivalent Vulcanization temperature, three alarming outputs of the Temperature Controller are used to determine temperature interzone of Vulcanization tank, and Equivalent Vulcanization Time is adjusted. This scheme is put into practice, which proves that it lowers the cost effectively.Keywords: Temperature Controller; Equivalent Vulcanization Time; vant Hoff equation1引言本文研究采用三菱PLC及欧姆龙温控表来实现外胎硫化工艺的等效硫化控制。外胎硫化是橡胶厂轮胎生产的最后一个环节，硫化效果将会直接影响到轮胎的产品质量和使用寿命，特别是在日益激烈得市场环境下，其作用显得更加重要。目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间1，由于硫化中所需的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯的按时间计算就可能会产生过硫或欠硫现象，直接影响了轮胎的质量和产量。因此，设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不仅能提高企业的自动化水平，也能降低硫化罐控制装置的维护成本和硫化工的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，确保轮胎的产品质量。2等效硫化时间的算法设计思想根据硫化理论，硫化橡胶的所有性能都取决于硫化程度，亦即交联程度。因此，要在不同硫化条件下获得具有相同物理机械性能的硫化胶，就应使它们获得相同的硫化程度。由于硫化温度和硫化时间是相互制约的两个因素，因此通常采用能反映两者内在联系的等效硫化时间和等效硫化效应的方法来解决。2.1范特霍夫方程所谓等效硫化时间，是指在不同硫化温度下达到相同硫化效果的时间。计算等效硫时间，可用范特霍夫方程或阿累尼乌斯方程。根据范特霍夫方程法则，硫化温度和时间和关系可用下式表示：式中：t1温度为1时的硫化时间； t2温度为2时的硫化时间； K硫化温度系数。2.2硫化强度在此引入硫化强度的概念。硫化强度是胶料在一定温度下，单位时间内所能达到的硫化程度，它与硫化温度系数和硫化温度有关：式中：硫经强度；硫化温度系数；硫化温度，；0规定硫化效应所采用的温度（一般取0=100）2.3硫化效应由范特霍夫方程可以看出：式中：t温度为时的硫化时间；t0温度为0时的硫化时间。硫化效应的定义式为：t式中：硫化效应；硫化强度；t硫化时间。对轮胎硫化过程来说，由于温度随时间的变化而变化，硫化强度也是时间的函数，从而在整个硫化时间内，总硫化效应为：也可将制品的硫化将就换算为胶料试片的等效硫化时间t来检验它是否达到正硫化。换算公式如下：t式中为试片在温度下的硫化强度。计算出t便可直接和由试片测出的正硫化时间进行比较，只要t落在试片的最大和最小正硫化范围之内，就说明该处胶料已达到正硫化。从而可以得到表1的等效硫化温度区间特性，随温度变化来调整等效硫化时间。表等效硫化延长系数降温范围156159151155146150141145136140131135内温延长系数0.100.200.300.500.700.90外温延长系数0.050.100.150.200.253方案设计3.1构造报警区间利用欧姆龙温控表的三个报警区间，根据轮胎硫化时的温度区间特性，可以把三个报警区间加以叠加，从而使有效报警区间由原来的三个变为重组后的七个报警区间如图1，满足轮胎硫化时所处温度区间的特性要求。将温控表的报警一，报警二，报警三分别接到PLC的输入上，通过表2所列出的开关量所处“0”与“1”的状态，来判断当前温度所在温度区间，并由PLC获取在此区间内的时间，以便计算等效硫化时间。如图1所示，当温度范围处于第六区间时，说明硫化罐处于正常硫化状态，即在此温度范围内等效硫化时间为零。等效硫化时间的计算公式为：等效硫化时间=实际温度处于该温度区间内的时间累计值*该温度区间对应的等效延长系数表2 报警输出开关量特性报警区间报警一报警二报警三第一区间100第二区间110第三区间111第四区间011第五区间0013.2温控表与上位机的通讯温控表与上位机的通讯是应用ADAM4000系列4520 RS232 to RS485 Converter进行硬件连接。首先对温控表进行通讯协议的设定，如站点号，波特率，奇偶较验方式，对上位机通讯方式的建立则是基于Delphi7.0的第三方控件PCCOM直接对串口缓冲区进行数据的读取和写入操作，获取温度的实时采集值2，并进行记录和曲线打印。3.3系统硬件构成此时即可将温控表的三个报警输出点按图2方式直接连接到PLC的输入端，而无需将热电阻信号按图3方式通过温度变送器和A/D模-数转换器再传送至PLC内部寄存器3，进而实现对温度变化的感知4，达到等效硫化控制的目的。通过图2与图3两种设计方案的比较可以直观得出结果，现行设计方案能够有效简化中间环节，在数量较多的硫化罐群控现场，可以大量节省硬件成本，并能够保证轮胎硫化质量。应用温控表的通讯功能可直接实现温控表与上位机的通讯，实时监控和记录温度变化情况。4结束语本设计系统文中对现行方案与传统方案进行比较，有效降低了成本，已在时风双星轮胎有限责任公司正式投入运行，运行稳定可靠，特别是在蒸汽不稳的情况下，保证了产品的硫化质量，等效硫化出的产品经应用单位质量、工艺部门的检验，使温度控制缓解实现了智能化。参考文献1周俊.轮胎硫化生产过程的模糊控制.J化工自动化及仪表2004,31(3):11-132周彦,王冬丽,何小阳.仿人智能PID控制的PLC实现及其应用.J微计算机信息2005,21:7-13庞丽萍,曲洪斌,王浚.电加热模糊PID