橡膠件硫化工藝參數(shù)控制系統(tǒng)研究

■ 朱浩然 郭立宇 李志新 欒宗/大連長(zhǎng)豐實(shí)業(yè)總公司

0 引言

橡膠硫化屬于特殊工藝過程。硫化過程中應(yīng)記錄各原始參數(shù)（溫度、壓力和時(shí)間）作為質(zhì)量記錄，并且各參數(shù)應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。

目前，硫化過程的工藝參數(shù)設(shè)定及參數(shù)記錄填寫全部由操作人員完成，參數(shù)的準(zhǔn)確性以及硫化參數(shù)的全過程記錄都不具備可追溯性（實(shí)際僅記錄個(gè)別時(shí)刻的工藝參數(shù)）。對(duì)于已填裝材料的模具，在升溫至規(guī)定硫化溫度前應(yīng)測(cè)量模具的溫度，以判斷是否能繼續(xù)硫化，進(jìn)而判斷是否應(yīng)增加硫化時(shí)間。而目前使用的平板硫化機(jī)的PLC控制器不具備以上功能，而是僅憑操作人員控制硫化參數(shù)和記錄硫化過程，這是一個(gè)亟待解決的問題。

為解決上述問題，研制了一套控制系統(tǒng)，使其具備工藝參數(shù)的防差錯(cuò)設(shè)定、全過程記錄工藝參數(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)并判斷硫化補(bǔ)償時(shí)間等功能，從而確保硫化過程“零差錯(cuò)”，大大減少了質(zhì)量成本。

1 控制系統(tǒng)研制方案

該系統(tǒng)分為兩部分。一是上位機(jī)控制部分，主要通過回溯管理軟件建立硫化參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，在硫化過程中將硫化參數(shù)下放到下位機(jī)PLC，并實(shí)時(shí)收集下位機(jī)提取的硫化參數(shù)，對(duì)硫化參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和保存，同時(shí)對(duì)操作人員、硫化設(shè)備以及工作卡片的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。二是下位機(jī)控制部分，主要通過具有通信功能的可編程控制器和觸摸屏實(shí)現(xiàn)整個(gè)硫化過程的參數(shù)控制，并提取相關(guān)參數(shù)記錄，實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏中。

2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理

2.1 上位機(jī)回溯系統(tǒng)

回溯系統(tǒng)采用.net平臺(tái)開發(fā)的Winform應(yīng)用程序，該程序能在Windows XP、Windows7版本的操作系統(tǒng)下運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Sever2005。回溯系統(tǒng)通過ModbusTcp協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)MCGS觸屏進(jìn)行通信，將工藝參數(shù)下傳至各硫化機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)硫化機(jī)的工作狀態(tài)，保存控制過程數(shù)據(jù)，顯示所有監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)。

2.2 下位機(jī)可編程控制器

使用Step7 microwin sp6 v4.0可編程控制程序開發(fā)軟件來(lái)編輯硫化過程中的邏輯運(yùn)算條件。主機(jī)CPU根據(jù)調(diào)用的數(shù)據(jù)對(duì)橡膠硫化機(jī)發(fā)出控溫、控壓指令，硫化設(shè)備在按指令進(jìn)行硫化工作的同時(shí)記錄設(shè)備硫化參數(shù)、派工信息、硫化機(jī)工作狀態(tài)和硫化失敗報(bào)警信息。

2.3 工業(yè)觸屏

通過Mcgs觸摸屏開發(fā)軟件，完成工作界面、管理界面、開機(jī)畫面的編輯設(shè)計(jì)，使觸屏成為可顯示所有控制信息、可獨(dú)立操作設(shè)備硫化功能的控制面板。橡膠硫化數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)原理如圖1所示。

2.4 補(bǔ)償時(shí)間程序設(shè)計(jì)

為滿足工藝規(guī)程對(duì)裝卸模具時(shí)模具溫度降低不允許超過10%的要求，將裝好混煉膠的模具放在硫化機(jī)上，若升溫時(shí)間不超過硫化時(shí)間的15%，則升溫時(shí)間可不考慮；若升溫時(shí)間超過硫化時(shí)間的15%，應(yīng)將硫化時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)到升溫時(shí)間的50%；若升溫時(shí)間超過規(guī)定硫化時(shí)間的二分之一，則按報(bào)廢品處理。

本系統(tǒng)可根據(jù)硫化補(bǔ)償時(shí)間的邏輯關(guān)系編寫判定程序。選用毫秒級(jí)測(cè)量傳感器實(shí)時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行采集，通過可編程控制器實(shí)時(shí)進(jìn)行邏輯關(guān)系判斷，最終確定硫化補(bǔ)償時(shí)間，如圖2所示。

圖1 橡膠硫化數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

圖2 硫化補(bǔ)償時(shí)間邏輯判斷圖

工藝規(guī)程要求“用溫度計(jì)放入測(cè)溫孔內(nèi)測(cè)量模溫”。模具的工作環(huán)境在200℃以下，由于設(shè)備在加工過程中有排氣、加壓動(dòng)作，因此測(cè)溫裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如何防止其在測(cè)溫過程中脫落。采用在測(cè)溫棒一側(cè)焊接一根彎曲鋼絲固定的方法，可以保證測(cè)溫棒在硫化過程中穩(wěn)定不脫落，且拆裝方便。測(cè)溫棒如圖3所示，導(dǎo)熱管部分為直徑Φ3、長(zhǎng)度170mm的鋼管，手柄長(zhǎng)度40mm，可以保證模具在模板中心時(shí)測(cè)溫棒不被加熱。測(cè)溫傳感器固定方式為螺栓旋緊固定方式，可以準(zhǔn)確測(cè)量測(cè)溫孔內(nèi)溫度。

2.5 硫化參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

硫化參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括派工信息、橡膠材料、產(chǎn)品圖號(hào)、操作人員、加工設(shè)備、參數(shù)記錄的管理等，可以實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的采集、保存和提取，用于追溯產(chǎn)品硫化過程。主要包含以下功能模塊。

1）工作卡片信息的管理：編輯派工號(hào)、件數(shù)、膠料批號(hào)、帶料單號(hào)、設(shè)備編號(hào)、操作員信息與系統(tǒng)記錄的硫化參數(shù)，整合為《產(chǎn)品質(zhì)量記錄》，進(jìn)行保存、查詢、打印。

2）材料的管理：添加、編輯、刪除材料的編號(hào)、名稱、規(guī)定溫度、溫度偏差、規(guī)定時(shí)間。

3）圖號(hào)的管理：添加、編輯、刪除圖號(hào)的編號(hào)、名稱、規(guī)定溫度、溫度偏差、規(guī)定時(shí)間。

4）操作員的管理：添加、編輯、刪除操作人員的編號(hào)和姓名。

5）設(shè)備的管理：添加、編輯、刪除設(shè)備編號(hào)。

2.6 Mcgs多功能觸屏設(shè)計(jì)

Mcgs觸屏設(shè)計(jì)原理是通過應(yīng)用可編程控制器編程軟件實(shí)現(xiàn)在觸摸屏上的作業(yè)及作業(yè)過程的動(dòng)態(tài)顯示。開機(jī)畫面中，可以點(diǎn)選工作界面或管理界面進(jìn)行硫化操作或進(jìn)行后臺(tái)管理設(shè)置。當(dāng)選定工作界面后，觸摸屏中將顯示設(shè)備硫化參數(shù)、派工信息、硫化機(jī)工作狀態(tài)以及報(bào)警信息等，如圖4所示。

進(jìn)入管理界面，可以設(shè)置硫化參數(shù)（該功能僅當(dāng)出現(xiàn)上位機(jī)軟件故障或升級(jí)等特殊情況、需在設(shè)備上操作時(shí)使用），包括排氣時(shí)間、排氣次數(shù)、硫化時(shí)間、硫化溫度以及模具傳感器的偏差調(diào)整（用于消除測(cè)溫傳感器測(cè)溫偏差，保證測(cè)量值與實(shí)際溫度的符合性）。

圖3 溫度傳感器示意圖

溫度曲線界面顯示硫化過程各模板的溫控過程。通過查詢控溫曲線，可以直觀地判斷硫化過程中溫度控制是否失效，也可以在硫化失敗后通過查詢控溫曲線初步判斷失敗原因。

3 控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 上位機(jī)操作

由操作人員根據(jù)下發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)，在上位機(jī)中手工錄入派工號(hào)、件數(shù)、膠料批號(hào)、材料編號(hào)（以上質(zhì)量信息為硫化參數(shù)記錄中的不固定部分，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置為手工錄入），錄入后點(diǎn)選操作人員及設(shè)備以及加工產(chǎn)品的圖號(hào)、名稱（點(diǎn)選操作中設(shè)備、人員、圖號(hào)、名稱均為數(shù)據(jù)庫(kù)中信息，并有防差錯(cuò)提示功能）。錄入完成后點(diǎn)擊“生成記錄表”，此時(shí)，系統(tǒng)將再次提示操作人員檢查所有信息的準(zhǔn)確性，確認(rèn)后控制系統(tǒng)將硫化參數(shù)直接發(fā)送至硫化設(shè)備，如圖5所示。

3.2 硫化設(shè)備操作

圖4 觸摸屏工作界面示意圖

圖5 上位機(jī)操作界面示意圖

操作人員在設(shè)備的多功能觸屏中只能點(diǎn)選“工作界面”（管理界面只有軟件開發(fā)者及管理人員有訪問權(quán)限），進(jìn)入工作界面后，再次檢查上位機(jī)傳輸?shù)牧蚧瘏?shù)，若無(wú)誤，則進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，在確定硫化參數(shù)符合硫化條件后，只需按啟動(dòng)鍵即可開始生產(chǎn)。

3.3 質(zhì)量記錄生成操作

設(shè)備開始硫化時(shí)，操作人員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注多功能顯示屏，確保收到硫化成功或者失敗的報(bào)警提示，對(duì)產(chǎn)品是否為合格品進(jìn)行判斷（若硫化成功，只有結(jié)束提示音；若硫化失敗，則報(bào)警提示“硫化失敗”，并有提示音）。當(dāng)該項(xiàng)任務(wù)全部完成后，操作者需通過上位機(jī)操作打印質(zhì)量記錄。點(diǎn)選“回溯表”，在回溯表中依據(jù)圖號(hào)、任務(wù)號(hào)等相關(guān)信息找到需要打印的質(zhì)量記錄打印即可。

3.4 產(chǎn)品性能驗(yàn)證

根據(jù)GJB 9001B-2009《質(zhì)量管理體系要求》、04XJT-01《橡膠模壓件制造》、HG6-407-79《航空工業(yè)橡膠零件及型材用膠料》、QJB/SXS02.103-2000《1140F等防輻射航空橡膠膠料規(guī)范》，對(duì)數(shù)字化控制加工的5860橡膠、1140F膠料的標(biāo)準(zhǔn)試片進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形、硬度、耐液體試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果均符合技術(shù)條件要求。

4 結(jié)論

橡膠硫化參數(shù)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有依有據(jù)地保證橡膠件產(chǎn)品硫化質(zhì)量的可靠性和橡膠件產(chǎn)品的使用性，為橡膠制品的硫化過程提供了新的控制方式，保證了硫化產(chǎn)品符合相關(guān)工藝要求，杜絕出現(xiàn)人為差錯(cuò)，可減少硫化過程的監(jiān)督管理環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。