陳小霞，都虎林，郭建國，王日瓏，常 偉，孫學(xué)杰

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠 265400）

密煉機上輔機智能控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器（PLC）采用計算機網(wǎng)絡(luò)控制，多臺計算機通過網(wǎng)絡(luò)進行連接。PLC的主要任務(wù)是完成炭黑和油料等物料輸送、自動稱量、自動投料，配方維護，密煉機控制（包括工藝條件控制等）以及報表存儲、打印等，具有動態(tài)在線監(jiān)視和故障判斷報警等功能[1-2]。該系統(tǒng)可根據(jù)需要單獨操作其中一部分，也可在不停止整個系統(tǒng)和沒有上輔機的情況下進行現(xiàn)場手動、半自動、全自動等多種方式工作，其優(yōu)點是一部分出現(xiàn)故障并不影響其他部分的工作[3-4]。PLC具備故障判斷報警功能，能夠使操作人員和設(shè)備維護人員迅速排除故障并恢復(fù)生產(chǎn)[5-6]。

油料自動稱量系統(tǒng)是PLC的重要組成部分，上位機將稱量配方傳給下位機，啟動油料稱量操作，備好油料后，密煉機接收PLC程序的注油命令進行自動注油。本文針對密煉機注油發(fā)生故障后，如何通過PLC程序進行故障判斷報警和防錯進行探討。

1 密煉機注油系統(tǒng)介紹

油料輸送、儲存主要由輸油泵和儲油罐完成。根據(jù)輸送距離長短，輸油泵可選擇齒輪泵（適于短距離）或螺桿泵（適于長距離）；儲油罐數(shù)量由工藝配方確定。

油料秤多由不銹鋼材料制成，可有效防止秤體腐蝕。油料秤通常采用斗式結(jié)構(gòu)，秤斗下方安裝一個備料斗。備料斗進油口裝有氣動截止閥或氣動球閥。油料秤和備料斗均置于保溫室內(nèi)。通過蛇形蒸汽管或電加熱板加熱保溫室，加熱溫度由熱電阻或其他溫度控制儀表控制。油料秤由一臺置于保溫室頂部的臺秤懸掛，也可采用3或4只拉力傳感器吊裝。進油管路采用粗細兩種規(guī)格，分別由其上的氣動截止閥或球閥控制進油速度。進油管路數(shù)量取決于油品種的數(shù)量。料位計安裝在油泵進口管路上，控制油泵注油。油泵出口裝有單向閥、排氣閥、空氣清掃管等。注油結(jié)束后，通過壓縮空氣清掃油管中的殘余油，以保證添加油料的質(zhì)量準確。

注油系統(tǒng)（見圖1）通過PLC程序控制，按當前生產(chǎn)配方備好物料，密煉機開始進料，按照混煉工藝進行到注油步驟：加油開始→注油電動機動作→低料位確認（2～5 s）→注油電動機停止→吹油閥動作（吹油2～5 s）→注油完成。

圖1 注油系統(tǒng)示意

2 密煉機注油故障分析

生產(chǎn)過程中，密煉機發(fā)生注油壓力過低、管路堵塞、單向閥故障、料位計故障、注油電動機故障等問題時，會導(dǎo)致注油過程異常。某些故障還會導(dǎo)致密煉機持續(xù)執(zhí)行工藝步驟中的加油動作，無法復(fù)位執(zhí)行下一步混煉步驟，直至觸發(fā)PLC程序“超時排膠時間”命令（“超時排膠時間”是為了保護密煉機在生產(chǎn)過程中因異常導(dǎo)致混煉時間過長、膠料過煉甚至引起火災(zāi)而設(shè)定的保護功能）后進行卸料，影響該車膠料質(zhì)量。由于目前密煉機無監(jiān)控防范功能，在工人不能及時發(fā)現(xiàn)的情況下，該注油故障會持續(xù)發(fā)生，最終導(dǎo)致產(chǎn)生批量膠料質(zhì)量事故。

常見注油故障類型及對膠料質(zhì)量的影響如表1所示。

表1 常見注油故障類型及對膠料質(zhì)量的影響

2.1 注油壓力過低

在設(shè)備和工藝參數(shù)不變的情況下，注油壓力大小直接決定注油時間長短以及油料注入量。注油壓力過低和正常狀態(tài)下的注油時間如圖2所示。

由圖2可知，注油壓力過低時的注油時間在15～65 s之間波動，注油壓力正常時的注油時間在16～17 s之間波動。

圖2 注油壓力過低和正常狀態(tài)下的注油時間

通過跟蹤試驗，得到注油壓力過低和正常狀態(tài)下膠料的最小轉(zhuǎn)矩，如圖3所示。

由圖3可知：注油壓力正常狀態(tài)下，膠料最小轉(zhuǎn)矩在2.12～2.25 dN·m之間波動，均值為2.18 dN·m，變異系數(shù)僅為1.4%；注油壓力過低時，膠料最小轉(zhuǎn)矩在2.34～2.49 dN·m之間波動，均值為2.41 dN·m，變異系數(shù)為5.1%，說明注油壓力過低導(dǎo)致油量加入不足，注油時間延長，從而降低了膠料的加工性能。

圖3 注油壓力過低和正常狀態(tài)下膠料的最小轉(zhuǎn)矩

2.2 料位計信號故障

生產(chǎn)過程中油料加完與否，通過管路中的料位計進行判斷，料位計感應(yīng)不到油料，說明加油過程已完成。料位計信號故障和正常狀態(tài)下的注油時間如圖4所示。

圖4 料位計信號故障和正常狀態(tài)下的注油時間

由圖4可知：料位計信號正常時的注油時間在14～16 s之間波動；料位計信號故障時的注油時間在8～32 s之間波動。注油時間較短，說明管路中油料未加完，但料位計給出的信號為管路中油料已加完，造成管路中油料積壓，導(dǎo)致該車次少加油；注油時間過長，說明將前幾車次管路中積壓的油料全部加入該車次中，導(dǎo)致加油量過多。注油時間的長短可表征該車次加油量的多少，由此可知料位計信號故障會嚴重影響生產(chǎn)過程中的實際注油量。

料位計信號故障和正常狀態(tài)下膠料的門尼粘度如圖5所示。

由圖5可知，在同一機臺上（原材料、工藝等均不變），料位計信號正常狀態(tài)下膠料的門尼粘度在54～56之間波動，料位計信號故障時膠料的門尼粘度在43～61之間波動，說明料位計信號故障嚴重影響膠料的質(zhì)量，這與上述分析料位計信號故障時影響實際注油量的結(jié)論相對應(yīng)。

圖5 料位計信號故障和正常狀態(tài)下膠料的門尼粘度

2.3 注油電動機故障

注油電動機故障和正常狀態(tài)下的注油時間如圖6所示。

由圖6可知，注油電動機正常時的注油時間在10～13 s之間波動，注油電動機故障時的注油時間在19～130 s之間波動，當注油時間約為130 s時將觸發(fā)“超時排膠時間”命令。因該工藝設(shè)定為提壓砣注油，導(dǎo)致該車次膠料持續(xù)保持在提壓砣注油狀態(tài)下直至超時排膠（混煉曲線見圖7），嚴重影響膠料的質(zhì)量。

圖6 注油電動機故障和正常狀態(tài)下的注油時間

圖7 注油電動機故障導(dǎo)致該車次膠料在提壓砣狀態(tài)下超時排膠的混煉曲線

不同類型的注油故障均有可能導(dǎo)致批量膠料質(zhì)量隱患，必須對其進行監(jiān)控防范，從而在生產(chǎn)管理上予以杜絕。但上述注油故障的發(fā)生具有偶然性，這就造成在生產(chǎn)管理上不能人工對其進行實時監(jiān)控。因此，從電氣運行的角度上設(shè)計一套能夠?qū)ψ⒂凸收线M行實時監(jiān)控的防范方案，以杜絕批量膠料質(zhì)量事故的發(fā)生。

3 PLC程序設(shè)計注油故障監(jiān)控防范方案

3.1 設(shè)定“注油最長時間”復(fù)位功能

由于注油系統(tǒng)發(fā)生故障時，密煉機一直執(zhí)行工藝步驟中的加油動作，直至觸發(fā)“超時排膠時間”命令，導(dǎo)致該車次膠料出現(xiàn)散料（提壓砣注油時）或過煉問題（壓壓砣注油時）。

鑒于此，我公司在PLC程序上設(shè)定“注油最長時間”復(fù)位功能對加油動作超時進行限定，從接收到密煉機注油命令開始計時，達到PLC程序設(shè)定的“注油最長時間”（例如50 s）后，默認加油動作完成，動作復(fù)位，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)混煉步驟。執(zhí)行“注油最長時間”復(fù)位功能后膠料的混煉曲線見圖8。該功能設(shè)定后，可以大大降低膠料散料或過煉超高溫的風(fēng)險。

圖8 執(zhí)行“注油最長時間”復(fù)位功能的混煉曲線

3.2 設(shè)定“注油超時阻料”功能

當注油系統(tǒng)發(fā)生故障時，設(shè)定PLC程序“注油最長時間”命令可以降低該車次膠料散料或過煉的風(fēng)險，但不能提醒在線生產(chǎn)人員及時發(fā)現(xiàn)問題、排除故障。因此，我公司在PLC程序上增加了“注油超時阻料”命令，注油故障發(fā)生后，一旦觸發(fā)了“注油最長時間”命令，PLC將發(fā)出報警提示和接通報警鈴提示在線生產(chǎn)人員，并且執(zhí)行“注油超時阻料”命令，直至維保人員完成故障排除。

4 結(jié)論

通過在PLC程序上設(shè)定“注油最長時間”復(fù)位功能和“注油超時阻料”功能，實現(xiàn)了對密煉機注油故障的實時監(jiān)控與防范，從而降低了因注油故障導(dǎo)致膠料散料或膠料過煉超高溫的風(fēng)險，并可預(yù)防故障延續(xù)、批量膠料質(zhì)量事故的發(fā)生。