厦门西门子中国授权代理商触摸屏供应商

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 卧螺离心机因为具有运行平稳、分离、效果好、能够连续自动进料、分离、卸料等优异特点,被广泛应用于化工、制、食品和环保领域（主要应用于污水处理领域里的污泥脱水）。同时，又由于能耗较大，在污泥的脱水中，只在大型的污水处理厂得到了广泛的应用。
1 卧螺式离心脱水机的工作原理和技术特点
     卧螺式离心脱水机主要作用是把固体从液体中分离出来。（见图1）其主要结构是由转鼓，内置的螺旋输送器，进料管，排渣口，排液口和驱动装置，润滑装置组成。外置输送泵将含水率较高的污泥和高分子絮凝剂通过进料管送入离心机内，由于转鼓的高速旋转和摩擦，污泥在转鼓内和转鼓一起高速旋转，形成一个同心的液层，离心力的作用使固体沉降到转鼓内壁而液体通过排液口流出，因为转鼓被做成圆锥体，在圆锥体的小端留有排渣口，这样就保证了液体不会从排渣口流出。同时螺旋输送器以与转鼓略有差异的转速旋转，将固体推向转鼓的排渣口。螺旋输送器与转鼓的差速决定了固体在转鼓内的停留时间。而这个停留时间决定了排出固体的干固率。
 

                      图1
      石家庄桥东污水处理厂项目采用了FLOTTWEY公司的Z73型离心脱水机，是FLOTTWEY公司的多级行星齿轮变频驱动技术SIMP DRIVE的新成功应用，这项技术使转鼓和螺旋的驱动相互立，从而把操作变得加简单，停机时也一样可以启动螺旋进行排泥。
      Z73型离心脱水机的转速可达2800rmp/min,高速的旋转使得转鼓轴承的润滑尤为重要。Z73型的离心脱水机的润滑系统采用了自动润滑系统，所有需要加注润滑油的点，通过管道和润滑系统的柱塞泵分布器相连接，从而避免了人工注油润滑不及时造成的机械故障。附1   Z73型离心脱水机的技术参数
        （1） 转子   转鼓：大速度           2800rpm/min
                        大固体密度       1.6g/cm3
                        转鼓内径           725mm
                        排放直径           465mm
                        转鼓材质           1.4463
                        大允许温度       40℃
                  螺旋： 保护      螺旋      碳化钨
                                       进料室    冷铸件衬套
       （2）  运行        运行方式              参数指导值
                      转鼓速度               2792rpm/min
                      差速                   0.5-10.9 rpm/min
                      堰板直径               470mm

2 卧螺式离心脱水机电气控制系统介绍
      卧螺式离心脱水机的电气控制系统主要由操作屏操控部分，PLC控制部分，驱动部分，紧急停车控制构成。
2.1 操作屏操控部分由一台Simatic  OP170B装载相应的操控软件组成，如图2。OP170B是西门子基于bbbbbbs CE操作系统开发的性价比的功能出色的图形∕文本键控操作面板，其图形显示区是一款5.7英寸液晶显示屏，可编程的键有24个，可用ProTool或 WinCC flexible软件组态。离心脱水机的所有运行参数设定和设备的动作选择以及工作状态选择都在操作屏进行，污泥和絮凝剂的流量也在显示屏上有所显示，并且报警菜单可把设备所有发生的故障信息，以列表的形式按照故障发生的先后顺序予以显示，需要特别注意的是，在故障排除后，也要在操作屏上予以故障复位响应，才可以重新正常开机。
 

                              图2
   2.2 PLC的控制部分和驱动部分，FLOTTWEY公司的Z73型离心脱水机控制PLC 使用了Simatic 紧凑型 PLC CPU314C-2DP , PS307 2A各一个和两个16点S7300的I/O模块组成，如图3。Simatic CPU314C-2DP自身集成了数字量和模拟量的输入和输出，并集成有MPI接口和Profibus-DP主从通讯接口，CPU314C-2DP的程序库里集成了为强大的过程控制功能块，可以完成具有特殊功能的任务，使编程加简单，节省大量的编程时间。而用户程序存储在存储器卡MMC中，使硬件的换不再受软件的制约而加方便。PLC控制着转鼓和螺旋的驱动变频器。变频器采用了DANFOSS的无传感器矢量控制型VLT5000系列。该系列变频器有着控制精度高，对指令反应和转速的修正（只有毫秒级），自动电机适配功能，使用操作编程简单等特点，变频器的设定参数见表2。变频器的速度给定模拟信号和启动信号都在操作屏上设定和操作，经过PLC程序处理后传送给变频器，并由变频器反馈给PLC实际运行的速度模拟信号，PLC调用FB41‘CONT-C’连续控制器功能块，连续控制器功能基于模拟信号采样控制器的PID控制算法，以输出连续的恒值信号给变频器，保持设备平稳匀速的运行

二、远程控制系统的设计与实现
      为了改变压舱水提升泵房现场操作这种落后的生产模式，提高压舱水回收效率，决定对压舱水提升泵房控制系统进行改造。通过建立压舱水提升泵房控制系统与东辅建区泵房控制系统的ControlNet网络通讯和软件程序的编制，实现提升泵房4台潜水泵，6个电动阀，2台清水搅拌机的远程监视和控制，并在上位机画面中反应出5个浮球液位计动作及压舱水池水位的变化情况，并提供实时的报警信息，这样提高了生产作业的自动化水平，大的提升了压舱水回收效率，方便了设备的使用和维护。
1.原有控制系统情况
      压舱水提升泵房控制系统为CompactLogix System，主机1769－L32C，东辅建区泵房控制系统为ControlLogix System，主机为1756-L55。CompactLogix系统作为Logix集成控制平台的重要组成部分，采用与ControlLogix一脉相承的Logix多功能控制引擎。CompactLogix系统为中小型应用系统提供的控制解决方案，可以取代现在普遍应用的传统PLC和多回路控制器，并通过网络集成伺服控制，实现真正意义上的一体化中小型控制系统。ControlLogix系统在简单易于使用的环境下，实现了的性能，支持过程密集型的应用和快速运动控制应用。ControlLogix系统多种处理器、多种通讯模块和I/O可以混合使用，不受限制，不需要处理器执行I/O的桥接和路由，随着系统的增大，可用网络把控制分布到另外的机架。ControlLogix系统优点包括，适合顺序、过程、传动和运动控制的模块化、控制平台，不加限制地混合多个处理器、网络和I/O，通用的编程环境和Logix控制引擎，连接到NetLinx开放式网络结构，I/O模块种类繁多[1]。
2.改造后远程控制系统的结构
     根据压舱水提升泵房及东辅建区泵房两套控制系统的特点，经充分论证，决定采用ControlNet网络，建立压舱水提升泵房控制系统与东辅建区泵房控制系统的控制网通讯，通过软件程序的编制，实现压舱水提升泵房远程控制。
      ControlNet 网络是面向关键应用地高度稳定、高度确定、的I/O网络，是开放、技术的控制网络，满足实时性、高吞吐量应用的要求。ControlNet 网络采用 在工业通讯领域广为证实的通用工业协议CIP（Common Industrial Protocol, 原控制和信息协议）， 融合了I/O控制和对等通讯的网络功能，并为这两种网络功能提供高速、的网络通讯。ControlNet网络的特色为，开放现场总线IEC61158和欧洲标准EN50170，在同一链路上完整实现网络浏览、程序上载/下载、诊断、控制器间的互锁，I/O控制等全部网络通讯要求，并且不会影响对时间要求较高的I/O数据通讯。灵活的通讯选择 (同轴电缆、光缆、光纤环网)，介质冗余，支持本质（intrinsically-safe）高速的数据吞吐能力（5Mbps恒定网络速率），优异的 I/O 传送和控制器间互锁性能。单个网络大支持99个站点，节点间没有小距离限制。可选通用介质、柔性介质，多种防护方式，满足阻燃型、地埋型、架空型、铠装型、防腐型安装要求。从网络上任何节点都可以访问到控制器和整个网络，方便进行编程（需通过密码检验）和系统故障排查。支持I/O数据和对等数据的多路发送（Multicast），提升网络效率。可组态、性能预知、可保证的、可重复的离散和模拟I/O数据网络刷新性能（支持RPI设定）。生产者/消费者（Producer / Consumer）网络服务支持您在同一链路上完整实现设备组态（configure）、实时控制（control）、信息（collect）等全部网络功能。支持对FF基金会现场总线的集成。
       由于压舱水提升泵房PLC柜与东辅建区泵房的PLC柜之间的敷线距离过1.5公里，为保证较高的通讯质量，系统采用光纤通讯，因此在压舱水提升泵房PLC柜和东辅建区泵房的PLC柜中各增加了一套光电转换装置，由1756-RPA光纤中继适配器和1756-RPFM光纤中继模块组成。

3.控制网络的设置
      原压舱水提升泵房控制系统为CompactLogix，东辅建区泵房控制系统为ControlLogix 。无论是适合OEM控制的CompactLogix，还是集离散、过程、运动、传动控制于一身的ControlLogix，均是具有新一代控制理念的Logix控制平台。所有的Logix将基于统一的Logix控制引擎, 并使用统一的组态软件，同时整个Logix集中体现NETLINX的理念，可以在Logix平台上实现各种控制应用，并可为电子化制造提供现场控制层的基础。由于CompactLogix、ControlLogix同属于Logix控制平台，故采用RSLogix 5000软件对远程控制网络进行了配置。
      RSLogix 5000用于Logix产品家族的编程，是纯32位的，灵活性和易用型的PLC编程工具软件，拥有具易用性的操作界面，可以大大的节省培训和开发的时间。软件除了编程以外，还提供了强的诊断功能和的通讯[1]。
      在控制网络的设置中利用了RSLogix 5000软件将压舱水提升泵房CompactLogix系统CPU的FirmWare版本号13刷新到与东辅建区泵房ControlLogix系统CPU的FirmWare版本号15一致，并将将工程文件转换到15版，确保了双方能够通讯。
      通过RSLogix 5000对压舱水提升泵房控制系统工程文件中I/O系统进行组态，在I/O Configuration中设置1769-L32C的ControlNet Port，在其下的ControlNet网络中添加东辅建区泵房ControlLogix系统通讯模块，对CNB/E模块版本号进行相应设置，并配置好远程东辅建区泵房ControlLogix系统CPU版本信息。同理，对东辅建区泵房ControlLogix系统进行组态，终完成远程控制ContorlNet网络的配置。
4.远程控制系统的软件设计
4.1 PLC程序的设计
       压舱水提升泵房的PLC程序利用RSLogix 5000编程软件进行了逻辑编辑，实现了检测控制系统之间通信、对浮球信号进行防抖动处理，阀、泵、搅拌机的故障判断，一号泵与二号泵选择切换，阀的开启和关闭，泵、搅拌机的启和停，上位机命令的复位等逻辑控制功能。
4.2 上位机程序的设计
        压舱水提升泵房的上位机程序设计采用了RSView32软件。RSView32是基于bbbbbbS软件程序，用于创建和运行数据采集，监视及控制的应用程序。RSView32是为在Microsoft bbbbbbs2000，bbbbbb NT及bbbbbbs9x环境下使用而设计的。它的工具可供建立所有人机界面的外观,包括实时动画图形显示,趋势及警报汇总．RSView32容易与Rockwell Software，Microsoft及其它三者产品相结合，从而大限度地发挥ActiveX，VBA，OLE，ODBC，OPC及DDE技术的功能。
       通过上位机程序的开发操作界面，使操作者对泵、阀、搅拌机、设备的远程就地、设备的手动自动、指示灯和警铃的状态显示以及水池液位的实时显示一幕了然，对泵、阀、搅拌机等设备的手动、自动控制等操作简单易行。在此基础上，还实现了一些如报警、故障复位、警铃启停、清洗程序手动控制、液位显示及趋势图功能、浮球状态显示等辅助功能

    污水厂采用“微曝氧化沟”工艺，其就是氧化沟型式的“厌氧池+缺氧池+好氧池”一体化构筑物。
        微曝氧化沟工艺是在氧化沟的基础上，引入微孔曝气，同时曝气设施在布置上做了改进，从而使总氧转移量增大，有效地解决了提高氧利用率并降低能耗的问题。在氧化沟的推流方式上，采用潜水推进器，由叶轮产生的水流推动直接作用到水中，被推动的水流由下层向上层传递，降低能耗。

二、控制系统介绍

1、硬件构成
        根据总体自控要求和工艺特点及平面布置，就近采集和单元控制为划分区域的原则，中山污水处理厂采用计算机＋PLC方式构成的分布式控制系统（DCS系统），设1个控制室，4个监控主站。监控主站是由预处理站（PLC02）、生化处理站（PLC01）、鼓风机站（PLC03）和脱水机站组成。PLC站采用西门子S7-300和S7-200系列控制器，通过以太网通讯模块（CP 434-1或 CP 243-1）直接接入以太网络，成为以太网络通讯节点。过程监控站由两台DELL计算机（HIS01和HIS02）、两台打印机和一台投影仪组成，设在中控室内。系统网络由工业以太网和PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA现场总线组成。工业以太网采用的是环型拓扑结构，通讯介质为多模光纤，具有抗干扰，带宽高的特点。现场总线采用总线拓扑结构，链接各PLC远程分站。
        预处理站PLC控制器为CPU 315-2 DP，通过PROFIBUS-DP总线链接11个远程分站，各分站分别为：粗隔栅控制单元、粗隔栅液位差仪表、提升泵井1#液位计和2#液位计、1#提升泵西门子变频器和2#提升泵西门子变频器、细隔栅控制单元、细隔栅液位差仪表、进水PH计、沉砂器控制单元以及由鼓风机压力表、进水流量计和回流流量计组成的一个远程分站。鼓风机压力表、进水流量计和回流流量计使用PROFIBUS-PA通讯方式，通过远程分站模块IM153-2和偶合器FDC157-0接入PROFIBUS DP总线。
        生化处理站PLC控制器采用CPU 315-2 DP，由于该系统挂接仪表较多，所以在主站上增加了PROFIBUS-DP总线模块CP342-5，形成两支PROFIBUS-DP总线，分别挂接各个远程分站，PROFIBUS(1)挂接的分站有：两台用于控制1#和2#回流泵的变频器、回流泵井液位计、吸刮泥机控制单元XM301、由远程分站模块IM153-2和偶合器FDC157-0链接的3台回流泵和2台剩余污泥回流泵出口压力计组成的分站、出水COD仪、出水PH表、出水机系统、清水泵控制单元XM401、远程分站模块IM153-2和偶合器IM153链接的两台清水泵出口压力计组成的分站、由远程分站模块EM200和偶合器FDC157-0链接的2台清水泵出口压力计和出水流量计组成的分站以及鼓风机总出口压力表组成的分站。PROFIBUS(2)总线挂接的分站主要是氧化沟上面的在线监测仪：1#ORP仪、2#ORP仪、1#缺氧池溶氧表、2#缺氧池溶氧表、1#好氧池MLSS表、2#耗氧池MLSS表、1#好氧池溶氧表和2#好氧池溶氧表。
        鼓风机单元主站PLC也采用CPU 315-2 DP，其PROFIBUS总线链接着控制3台ABS磁悬浮鼓风机的伟肯变频器，主要控制各风机的启动停止，风机风量的给定，以及监测各运行参数。
 脱水机站采用CPU 226控制器，通过以太模块CP 243-1接入以太环网，监控脱水机系统工作。

2. 系统软件
 控制系统软件为两部分。
(1)监控组态软件。
监控组态软件为IFIX4.0，具有实时数据趋势和实时图表、历史数据趋势、模拟画面、报警管理、数据库巡航等功能，软件采用汉化界面，设计有工艺流程图、各工艺单元流程图、趋势图、报表、报警、各种电量参数图、各种设备的操作、报警操作查询和参数设定画面。操作员通过菜单命令或鼠标点击，可浏览所有工艺过程画面，显示当前状态并按顺序记录、输出；能完成各类数据的记录、存盘、报警，处理打印各种生产报表、曲线图和站图表(显示出泵/阀的状态，提供重要的值和报警)，以及对各阶段的反应时间和设定值的调整等。同时，全厂所有可操作设备均可由操作员在工作站上通过鼠标和权限进行遥控操作，完成生产指挥调度过程。
由于污水处理厂自控系统需经过长期运行，获得经验数据，然后重新调整控制系统，所以各种可能需要调整的参数均可在上位机进行设定，如提升泵、回流污泥泵、剩余污泥泵的工作频率，粗细隔栅的运行周期等。这样，操作人员可随时根据现场情况调整控制参数，优化工艺运行效果。
(2)编程工具软件。
PLC编程工具为SIMATIC Step7，该软件可在bbbbbbs操作系统上运行，多种编程语言可供使用。可对I/O设备进行组态和参数化，能对任何连接到控制总线的节点进行测试和启动，可在线修改系统中任一点的用户程序。并包括的系统诊断能力、过程诊断工具和远程维护等。
3、控制方案介绍
       整个系统采用4种控制模式即现场手动操作、现场自动运行、PLC 远程遥控手动操作、PLC 远程自动操作4种方式。
 3．1预处理站
3.1.1   粗隔栅单元
       粗隔栅前后装有水位计，PLC根据水位计检测到的水位差值和运行时间周期设定，自动控制隔栅清污机的工作。开启条件：栅前栅后的水位差值过粗隔栅启动水位差设定值或时间到达预定运行设置值。停止条件：水位差值再次降到粗隔栅停止水位差设定值，粗隔栅完成预设的运行时间且限位开关检测到停机位置；或定时开启的情况下，完成了运行的时间。目前我厂基本上是采用现场自动运行方式按时间周期控制粗隔栅的工作。
3.1.2 提升泵单元
       提升泵房装有3台潜水式提升泵，其中两台采用变频控制，一台采用软启动控制。目前自动控制程序是采用水位的高低控制水泵的启动和停止。根据预先设定好的水泵控制顺序，当水位升高到预定水位值时，自动控制水泵按照预先编制的程序依次逐台启动；当水位减低到预定水位值，则按预先编制的程序依次逐台关闭。当水位降到设定下限水位时，干运转保护起动，自动控制水泵全部停止运行，以保证水泵。
由于我厂管网进水受潮位影响较大，提升泵集水井水位波动大，而且工艺上对氧化沟进水流量要求尽可能稳定，保证污水处理量，这样目前提升泵的控制方案是不能满足的，因此采用了远程手动控制方式。
3.1.3 细隔栅单元
       细隔栅自动控制原理同粗隔栅一样，也采用时间周期和水位差控制。考虑到栅渣缠绕在耙齿上不容易掉落，细隔栅机每次运行，运转5次，每转完一周，反转大概60度。螺旋输送机则按时间控制运行，待机时间结束开始运行，运行时间结束停止运行。
3.1.4 沉砂池单元
旋流沉砂器连续工作。
       两台抽砂鼓风机根据时间控制，当一台鼓风机运行时，砂水分离器跟着运转，鼓风机停止时，砂水分离器也停止。两台鼓风机不同时工作，而是先运行1#鼓风机，1#鼓风机停止5分钟后，2#鼓风机再运行。当2#鼓风机运行结束。则进入待机时间。待机时间结束，进行下一轮工作。  
3.2  生化处理站
3.2.1 氧化沟单元
 氧化沟设有8台推流器，推流器是连续工作的，所以控制仅需要手动控制方式。
       厌氧段设有ORP仪各一台，缺氧段设溶氧仪各一台，好氧段各设有溶氧仪和污泥浓度仪两台。它们通过PROFIBUS总线将检测到的数据传送到其主站。
3.2.2 污泥回流泵
        回流泵房里装有3台污泥回流泵，其中1#、2#污泥回流泵是变频控制，3#污泥回流泵是软启动控制。在自动控制上，3台污泥回流泵在预先设置好顺序的情况下，根据预设定的污泥回流比，启动级别的污泥回流泵，如果单台泵不能满足流量要求，则启动下一级别的泵，同时如果某台正在运行的泵出现故障，则下一级别的水泵是否运行，如果处于待机状态，则判断该泵为备用泵，否则继续检查下一级别的泵，如果检测不到备用泵，则无法启用备用方案。污泥回流泵井水位计检测水位高低，保护污泥回流泵，避免其干运转。目前污泥回流泵仅采用远程手动控制。
3.2.3 二沉池单元
 吸刮泥机连续工作，其转速由减速机控制，就地设有过力矩保护装置。
3.2.4 出水单元
       我厂出水采用的是紫外线，目前采用的是远程手动控制各组紫外线灯管的开关。可以考虑采用自动控制方式，并采用出水流量值和机温度进行联锁控制。出水池设有两台清水泵，主要是供应脱水机房用水，但脱水机目前并不是有中控室操作，而是脱水机主站也没有做清水泵控制，所以目前清水泵是由脱水机操作人员就地控制的。
 出水池设有COD表、PH表、TP仪、NH3-N仪、浊度仪监测出水水质。
3.3  鼓风机站
       鼓风机采用的是芬兰ABS磁悬浮风机，一共3台，全部使用变频控制。在自动控制设计上，该主站通过以太网络读取生化处理站上的好氧段DO，采用PID闭环控制，控制风机风量，以达到调节好氧段的溶氧量。由于1#、2#好氧池进水不均，系统设计上采用母管制统一给两个好氧池进行风量分配，DO的迟滞性等原因，鼓风机的PID自动控制是不适用的。
3.4 脱水机站
       脱水机房的设备包括两台脱水机、一套自动加溶药装置、两台药液泵、两台污泥螺杆泵、两台清洗泵等。在自动控制的情况下，系统采用顺控方式操作设备。启动顺序：启动空压机，经过一段时间气压正常后，启动冲洗泵，接着启动浓缩段、压滤段，脱水机空运转。后启动污泥泵、加药泵。停机顺序：先停止污泥泵、加药泵，经过一段时间，等滤带冲洗干净，浓缩段、压滤段、冲洗泵停止工作，后空压机停止工作。

分析总结
 
       微曝氧化沟污水处理工艺流程较为简单，构筑物和机械设备较少，分布较散且广。西门子控制系统性较高，运行管理方便，为设备稳定运行提供了良好的。自从控制系统投运以来，其作用是相当显著的，对机械设备的实时监控、对在线仪表数据的实时监测，大大的提高了污水的处理质量。PLC对设备的自动控制，大大的减少了操作人员的工作量，降低了操作人员的工作强度。软件的数据报表和数据历史曲线，使得污水处理管理加科学化，为污水处理工艺的提高提供了很好的数据依据。但是，不可否认，由于种种原因，控制系统还需要改善，这就需要我们在日常的污水处理的管理上总结经验，为控制系统提供良好的工艺运行支持，对设备自动控制设计出加科学的算法，逐渐完善我们的系统。同时，我们还可以扩展我们的控制系统，增加工厂信息管理系统，通过以太网把控制系统的设备运行信息、数据报表、数据历史曲线等传送到工厂决策层和化验室，使我们的控制系统加科学化、现代化

引 言

近年来，随着轮胎行业的发展，各轮胎企业纷纷要求以信息化为基础对传统生产线进行改造以提高综合效率和决策的性，但又要避免过大的一次性投资给企业带来负担和风险，因此，在现有设备基础上对生产线进行网络信息化改造成为当务之急。炼胶是轮胎生产过程一个非常重要的环节，炼胶生产线的运行质量直接影响到轮胎的质量、成本以及效率，为了满足炼胶生产的高质量、、率的要求，改善操作和监控环境，实现远程实时跟踪和工艺优化，提高密炼机生产管理水平，加大对炼胶生产线底层信息系统的网络化建设有着其重要的意义。

1 问题及要求

图1 炼胶生产线流程

炼胶生产线一般包括上辅机（包括胶料、粉料和油料的称量及投送系统）、胶料混炼设备（密炼机）和下辅机（胶片挤出、冷却和称量系统）三大部分（如图1所示）。传统生产线这三部分的控制系统基本相互立，控制也相对较简单，信息“孤岛”化严重，系统难以实现工艺优化调整、生产过程在线监控和故障在线诊断预警。同时，炼胶生产环境为恶劣：环境温度较高、大功率设备较多、粉尘及噪音严重、每一个炼胶周期较短（一般2～5分钟），并且生产线上设备分布相对较分散。为了改变这种局面，需要将三部分进行的整合，加强生产线子系统间的信息交换、进行智能化数据融合的研究是炼胶生产线改造的。

针对炼胶生产线的特点及传统系统存在问题，在构建底层信息交换网络的时候应具有如下特点：（1）在干扰与被交换数据并存的环境下保信息交换的实时性和性;（2）改造过程需要保留绝大部分现有旧设备，但不同厂家不同时期的电气设备，其通信能力和通信方式参差不齐;（3）系统具备故障自诊断和预警功能，保交换数据的性和物理系统的性;（4）为了在线跟踪胶料质量，对胶料质量进行在线预测;（5）为了提高系统的综合性能，需要加大子系统间的信息交换能力;（6）需要考虑系统未来的可扩充性，尤其是与管理层进行信息交换。

2 系统硬件架构

2.1 系统通信方式的确定

目前，工业生产中信息交换的基本技术主要有以通用串口为基础的串行通信（如RS-232C通信、RS-422/485通信）、现场总线通信以及工业以太网。工业以太网虽然具有很大魅力，但由于小信息传输费用比较高、支持设备还不多、时间确定性和可重复性还没有根本解决等原因[1]，因此目前在底层信息交换网络中以前两种为主。RS-422/485由于采用了平衡差分电路，可以实现多点通信，并且抗干扰能力强、通信距离远、通信速度较高，因此在工业数据通信中使用得比较多[2]。现场总线（FieldBus）技术是近20年来发展起来的一项工业IT基础技术，它是一种双向、串行、多节点的数字通信系统，以OSI参考模型为基础[3]，连接在总线上的智能设备共享信道，进行数据和信息交换。目前，现场总线几乎成了工业数据通信与控制网络的代名词[1]。Profibus现场总线是一个多种协议并存的现场总线技术，不同协议的数据在系统内透明传输[4]，是众多现场总线中能够真正实现制造业自动化、过程自动化、楼宇自动化、电力自动化的一个综合解决方案，支持的设备越来越多，具有很好的扩展能力。

在炼胶生产线基于网络化的控制系统改造中，我们选择了Profibus-DP作为底层控制网络的主体骨架，同时根据通信数据量、成本等多方面综合考虑，部分设备采用了基于RS-485的串行通信方式。

2.2 系统硬件架构

炼胶生产线需要处理信号主要包括：数字输入信号（如设备状态信号、手动控制信号等）、数字输出信号（如设备运行的开关控制信号等）、模拟输入信号（如密炼机胶料温度、系统液压压力、上栓压力、粉料重量、油料重量、胶料重量、电机转速、主电机功率等信号）、模拟输出信号（如上栓压力、电机转速等）。在生产现场一般需要的仪表有：多个重量显示仪表、多个温度显示仪表、压力显示仪表、功率显示仪表、电流表等。这些仪表多数具有一定的数字通信功能，所具有的通信方式如：RS-422/485、Profibus-DP等。

在炼胶生产线的底层控制系统设计上以Siemens S7-300为主要控制器，以工控计算机（IPC）作为监控站，并通过以太网与管理层相联。现场控制层以Profibus-DP为纽带连接现场主要智能仪表和智能设备，少部分设备由于通信功能的限制或基于改造成本等综合考虑采用RS-485串行通信，加强现场各工位人员对生产信息的直观了解和交互功能。主站PLC负责与上级监控级IPC进行信息交换，同时通过Profibus与其它智能设备（包括另外两台PLC）通信，各S7-300控制器具有相对立性，分别处理相应子系统的数字信号和模拟信号。同时，由于炼胶过程的复杂性，目前还难以实现无人自动化，而生产线一般分布在四个楼层，为了提率，减少不必要的故障，现场增加两个LED显示屏（通过RS-485通信）、一个显示器（或触摸屏），以方便不同的现场人员对生产信息的了解和交互需要，并与IPC直接通信。具体如图2所示。

图2 炼胶生产线底层硬件架构

3 系统的软件架构

讨论了基于网络的底层网络系统架构，这是本文研究的基础，而系统的智能化实现是本文研究的又一主要任务，包括进行系统的故障诊断、主要质量指标的在线预测、友好的人机交互以及强大的数据库管理、工艺管理和与管理层接口等。为此，需要建立基于门尼粘度等反映混炼胶质量主要指标的预测模型以及故障诊断模型。软件系统的具体框架如图3所示。

图3 系统软件架构图

系统IPC中的整个应用软件系统自主开发，通过该软件系统实现IPC对生产线工艺配方的管理、对底层控制系统下达生产计划、在线监控、生产过程数据库的管理、数据分析、远程现场信息的显示与交互（对触摸屏）、工艺优化建模和生产质量的在线预测、在线事故诊断及预警、与管理层进行信息交换。IPC通过CP5611卡与PLC主站（Master）通过MPI接口进行通信。

整个IPC系统软件我们采用Delphi 7.0在bbbbbbs XP环境下开发，数据库采用SQL Server2000管理。

4 系统功能及特点

通过应用本系统对传统炼胶生产线进行改造，炼胶生产线控制系统的综合性能得到了提高：

（1）具有内容丰富的多点监控画面，并且能够进行远程交互（例如可以在中控室也可在现场进行生产计划的下达等）;

（2）加大了必要信息的，子系统间信息交换和协调能力得到了大大加强，提高整个系统的运作效率和性，有效降低了系统由于信息“孤岛化”带来的生产风险;

（3）上辅机系统（即胶料、粉料和油料称量系统）实现了手动、自动称量，并且配方修改方便、灵活;

（4）混炼系统除具备手动和普通的自动控制外，能够进行以质量为的智能控制，通过建立的门尼粘度在线预测模型在对质量进行预测，进而对混炼过程进行控制;

（5）通过对通信网络、设备运行状态、过程控制状况以及主要工艺数据进行实时跟踪，达到对系统的故障诊断和预警;

（6）具备了与管理层进行信息交换的能力，走出了传统系统信息孤岛的局面;

（7）同时系统具有较强的数据库管理和工艺配方编辑能力。

5 结束语

在以信息化带动传统产业的工业化进程中，对于环境恶劣、生产相对复杂的轮胎炼胶生产线进行网络化的应用研究，从软硬件系统的构建上提供了一种切实有效的解决方案，并且综合考虑了质量的在线预测、系统故障的在线诊断及预警、远程交互和与管理层接口等当前工业生产和技术发展迫切需要的问题，相对于传统系统而言，系统的智能化和开放性得到了大大提高，为其它传统生产线的信息化改造提供了一种参考。