引言
硫化是輪胎生產中的一道關鍵工序，其生產設備硫化機的控制對提高輪胎的硫化質量，保證設備的連續運轉，提高生產效率具有極其重要的意義。同時硫化工序的軟件系統負責將MES 設定的工藝條件和生產指令下達，將生產反饋信息上傳。
在輪胎企業，早期硫化罐的控制方式主要是手動操作，操作人員主要靠經驗進行生產，對硫化罐內、外腔的蒸汽壓力和溫度缺乏定量控制，對液壓站、蒸汽管路的壓力、溫度缺乏甚至沒有相應的監控管理。一些硫化機采用三菱或者歐姆龍的PLC進行過程控制，沒有配備上位機系統，設備在更換輪胎規格時修改PLC 中的工藝參數比較麻煩，需要在現場用編程器直接對下位機程序中的數據區進行更改，可操作性差。近幾年生產的硫化機大都配備上位機軟件進行生產管理，但由于缺乏網絡化，形成了一個個自動化孤島，管理人員在查詢生產信息時需要到現場進行數據拷貝，而且不能對設備進行遠程監控，無法將采集到的數據及時上傳給ERP 管理層。
因此，在輪胎硫化工序的生產管理迫切需要一種全新的系統來填補空白。本文提出的硫化工序軟件系統模型實現后能夠實時的將設備信息、生產信息通過車間以太網傳輸到管理者的PC 中，為PKS（過程知識系統）、MES（制造執行系統）和企業ERP 的建立和實施提供第一手數據支持。
1 硫化工序軟件系統模型的形式和特點
在輪胎生產中，MES 系統需要對硫化設備狀況和生產情況進行監控，而硫化機則需要從MES層獲取生產計劃和生產工藝，這樣出現了信息的互換和關聯。硫化工序軟件系統位于MES 層和PCS層之間，實現了硫化上位系統和MES 之間信息的相互關聯和交互，消除了兩者之間存在的信息脫節情況。圖1 描述了硫化軟件系統（群控系統）和MES、硫化機上位系統之間的關聯關系。
圖1 硫化軟件系統和MES、硫化機之間的信息交互
硫化工序軟件系統主要有如下特點：
a.實時對蒸汽管路的壓力、溫度，硫化設備的各個關鍵作用部位的蒸汽壓力、溫度進行監控和記錄，并將生產過程數據與生產批次進行自動綁定，以便后期查詢和質量追溯。
b.實時對硫化設備的運轉情況進行監控，并同時對單個或多個硫化設備進行現場控制和I/O 信號監測。
c.實現生產計劃和工藝配方的嵌入式管理，規范生產過程，確保工藝條件的正確執行。
d.提供生產過程數據的查詢、統計、分析，提供報表打印等功能，實現自動控制和生產管理一體化，并為MES 提供接口，實現輪胎生命周期管理。
e.根據等效硫化理論和模糊控制理論，動態調整硫化過程，以達到提高硫化質量的目的。
圖2 列出了硫化工序軟件系統的功能模型。
圖2 硫化工序軟件系統功能模型
根據現場生產條件的不同，輪胎硫化工序軟件系統在具體實施時有以下幾種形式：
1.1 硫化罐集群控制
對硫化罐的簡易操作系統進行改造，在蒸汽主管路和硫化罐的內、外腔增設壓力、溫度數字傳感器，數臺硫化罐為一組將現場信息接入PLC 輸入模塊中。以一臺工控機為核心，上位機通過串行通信將工藝配方等控制信息寫入PLC中，同時從PLC中讀取現場信息，通過車間以太網對外發布，完成對現場生產的實時監控。上位機可以讀取的數據進行處理后，按照生產批次或其他規則進行存儲，形成各種報表。
硫化罐集群控制的特點是：系統自動化程度顯著提高，對生產過程可以全面的監控，提高了生產效率，節約了能源。
1.2 早期硫化機集群控制
早期硫化機在進行集群控制時，比較關鍵的是對圓盤記錄儀等模擬量采集部件的改造。在實施集群控制時，需要選取適當型號的數字儀表以實現模擬信號轉換到數字信號，然后輸入到PLC 中。但在實際操作中，可能存在系統PLC 型號陳舊，數字信息號無法順利接入的情況。需要選取支持標準通訊協議的儀表（如modbus 協議），以便組成現場總線網絡，通過多串口卡直接與PC 進行通訊。
早期硫化機集群控制的特點是：通過實施現場上位系統，加強了生產工藝和計劃的控制，解決了傳統硫化生產中紙質數據無法長期、方便保存的問題，實現了方便、靈活的查詢和統計。
圖3 給出了硫化工序軟件系統的硬件結構模型。
圖3 硫化軟件系統的硬件拓撲圖
1.3 目前硫化機集群控制
目前硫化機集群控制的一個突出問題是對現場安裝的工控機如何處理，基于工控機的控制軟件和上位軟件是隨設備一起安裝的，已初步實現了簡單的過程控制。集群控制的硬件信號可以直接從PLC 中提取，不需要進行額外的改造。一種方案是繞開隨機裝備的軟硬件環境，采用早期硫化機的集群控制方案，這樣可以保證現場生產的持續、穩定進行，而且也達到了自動化孤島聯網的目的，但是需要進行PLC 組網的硬件布線和軟件開發工作；另一種方案對隨機的控制系統和上位機進行解讀，在不影響設備運行的前提下，重新開發一套上位機來實現聯網的功能，這需要進行車間以太網的布線工作。兩種方案各有優缺點，需根據實際情況加以選擇。
在這個階段的硫化機集群控制應該加強軟件功能，除了必需的實時監控，計劃管理，工藝配方管理，報表處理功能外，應著重實現遠程實時監控，等效硫化控制和歷史數據庫的線性壓縮功能?，F場上位機系統應提供OPC Server 的功能，以便提供與MES 或者第三方軟件工具的標準接口，減少二次開發的工作量。
2 硫化工序軟件系統模型的關鍵技術
2.1 PLC 組網通信技術
硫化機的控制系統屬于小型控制系統，I/O 點不是很多，故設備生產廠家大都選擇三菱或者歐姆龍小型PLC，這兩種PLC 的上位機讀取方式都比較簡單。開發人員只需按照手冊上提供的上位機連接指令，通過API 函數將組合好的指令串發送到與硬件連接的端口，然后讀取緩沖區中的數據就完成了一次讀寫。三菱和歐姆龍PLC 都支持485 總線組網技術，有相應的參數可以設置總線地址，上位機可以利用該參數對數個PLC 進行互斥讀寫操作。
圖4 以三菱Q 系列PLC 為例，給出了其站號設置。
圖4 三菱Q 系列PLC 站號設置
2.2 OPC 技術
OPC 規范是由OPC 基金會制定的一個工業通信標準，它規范了自動化軟件與工業現場設備之間的數據接口。
在硫化軟件系統中集成OPC Server 可以方便的進行遠程控制，無需為網絡數據傳送開發相應的程序，在客戶端只需按照OPC 協議讀取需要的信息即可。實現OPC Server 可以通過以下方式：
a.利用一些軟件廠商提供的OPC 開發工具包，可以方便的實現服務端的建立和客戶端的連接。
b. 利用一些自動化廠商開發的獨立OPC Server，可與多種硬件設備進行通訊，只需稍作配置就可以獨立運行了， 如ROCKWELL 的Kepserver 等。
2.3 數據壓縮技術
輪胎硫化時，蒸汽壓力、溫度，硫化模具內外的壓力、溫度需要進行實時監控，這些數據都是需要保存的，為以后的質量追溯提供依據。隨著生產進行，需要存儲的數據量將是海量的，這就需要進行數據壓縮。實際在輪胎硫化的中間階段，如果蒸汽管路沒有異常情況出現，模具內的壓力、溫度是穩定在一定水平上的，為了數據壓縮提供了有利條件。
一些自動化廠商推出的面向生產過程的軟件包大都提供了歷史數據庫的功能，內部已經嵌入了線性數據壓縮的功能。GE，Siemens，ROCKWELL等在其MES 解決方案中都有提到過提供歷史數據庫的壓縮功能。
3 軟件系統模型應用情況
輪胎制造企業實施輪胎硫化軟件系統后，可實現對硫化機臺的遠程實時監控和生產計劃與工藝的遠程下達，并且可以通過系統的綜合查詢功能查詢歷史記錄中的生產信息。圖5 該系統運行時的監控頁面，用戶可以通過對應的人機界面監視設備當前狀態信息、工藝參數的變化趨勢以及實時報警信息等。
圖5 硫化工序軟件系統運行界面
某大型輪胎廠的硫化工序應用了該軟件系統模型后取得了以下效果：
a.通過輪胎條碼掃描驗證，硫化工藝配方控制，設備報警等功能使輪胎合格率至少提高0.1%左右。
b.硫化配方切換下達時間縮短10 分鐘，設備故障維修等待縮短50%，提高了設備有效運轉率，每鍋輪胎裝胎時間縮短約10 秒鐘。
c.現場生產管理的軟件化，使得員工的績效考核、設備管理、工藝管理、計劃管理等準確可靠，節省了工作時間。
這些效果的取得為企業帶來了巨大的管理效益和經濟效益，說明輪胎硫化工序軟件系統模型具有一定的科學性和代表性，能夠切實解決生產中存在的問題。
4 結束語
本文針對輪胎生產的硫化工序存在的信息脫節及自動化孤島問題，設計了硫化工序軟件系統模型并著重介紹了系統表現的形式特點和模型實現的相關關鍵技術。系統在現場的運行結果表明，能有效提高PCS 層和MES 層的信息交換有效率，加強企業管理層對現場生產的控制，對企業信息化建設具有重要意義。
：鞏經理
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：南京塞姆泵業有限公司
