6ES7231-0HF22-0XA0质量保障

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：三角集团有限公司密炼机上辅机自动配料及控制采用了基于西门子控制系统的先进解决方案。该系统采用plc、变频器、工业以太网及现场总线联合控制的结构，可满足密炼生产过程中各种原材料的全程自动输送、贮存、称重配料与投料的工艺要求，在减轻劳动强度的同时实现了经济效益与环境效益双赢的良好效果。

［关键词］：密炼机 上辅机 plc profinet profibus

前言：橡胶机械是汽车等各类运输机械轮胎生产中必不可少的基础环节之一。可以说，汽车离不开轮胎，轮胎生产离不开橡胶机械。改革开放以来，经过三十多年对国外先进技术和应用经验的消化吸收与自主创新，我国的橡胶机械产业取得了飞速发展和令人瞩目的成就，尤其是通过与世界轮胎巨头如米其林、固特异、普利司通等公司的商贸与交流，我国橡胶机械在品种、数量和质量等方面有了一个质的飞跃，已达世界先进水平之列。虽然自2008年以来我国轮胎工业和橡胶机械行业不可避免地受到了金融危机带来的冲击，出口受到严重阻碍，但在国家相关政策的扶植下，行业整体上还是保持了稳步增长的趋势。

密炼机上辅机

         密炼机即密闭式炼胶机，是炼胶机械的一种，它设有一对特定形状并相对回转的转子，在可调温度和压力的密闭状态下间歇性地对聚合物材料进行混炼。随着密炼机的发展，混炼的物料越来越多，转速也越来越快，为了充分发挥密炼机的效率，减轻工人的劳动强度和对环境的污染，迫切需要对密炼机混炼所需物料的运输、贮存、称量、投料等环节实施自动化和信息化。在这样的背景下，上辅机应运而生了，上辅机就是指用于炼胶所需的炭黑、胶料、粉料、油料等的输送、贮存、称量、投料的设备。

密炼机上辅机工作流程示意图

三角集团有限公司简介

        三角集团有限公司（以下简称“三角集团”）始建于1976年，具有30多年生产制造轮胎的历史。主要产品包括轿车和轻卡子午胎、卡客车子午胎、工程子午胎、巨型工程子午胎、巨型斜交工程胎和普通斜交胎等产品，年生产能力2800万套以上，其中子午胎2400万套，同时具备炼胶能力50万吨，轮胎翻新能力50万条，以及独立的研发能力，建有技术开发中心和博士后科研工作站，是全国大的综合性供产销研一体化轮胎企业。在全球轮胎行业排名四强，居2008中国化工500强企业第十五位，六次跻身中国企业500强。

三角集团外景

明智之选

        三角集团在筹建一条新的炼胶生产线时，对于密炼机上辅机的智能化控制系统格外重视。这套系统不仅要满足当前生产工艺、人力配备与环保达标的要求，而且要采用国际先进的技术、创立项目应用。正是基于这些考虑，三角集团对密炼机上辅机的控制系统在设计上提出了以下要求：

性能先进、稳定可靠

        对于轮胎等橡胶制品的生产环节而言，炼胶是整体生产工艺的前道工序，占据首当其冲的位置，与轮胎生产厂的产量产值关系重大，因此相应的控制系统必须能够适应长期连续无差错运行的考验，同时，各种炼制原料的称量、投料等相关参数与自动控制水平息息相关，只有真正具备先进性、可靠性的控制系统才能完全满足实际应用的需要。

网络化控制

        密炼车间一般由炭黑、粉料气力输送与贮存部分、炭黑、粉料自动称重配料、投料部分、油料贮存、脱水、输送、自动称重配料及注射部分和胶料称重与投料部分等工艺段组成，传统的plc控制结构不仅需要耗费大量的电缆、端子及配件，并且在安装、维护方面都遇到了很多难题，而基于现场总线的控制结构恰恰可以解决这些问题，同时给使用者带来更多的便利。此外，本套密炼机上辅机的控制系统还需要与单独设置的炭黑输送系统及全厂计算机网络进行数据交换，在信息层需要采用高速、实时的工业以太网完成信息通讯的重任。

智能化管理

        在密炼机上辅机对原料与各种配合剂进行混炼时，会涉及时间、温度等不同的控制方式，产生重量、转速、压力等关键数据，需要由计算机管理级有效地利用这些大量的过程信息，迅速、准确地掌握生产过程运行情况，正确下达指令以确保生产按计划执行，并在大程度上优化整体生产线的性能。

        终，经过与三角集团多次沟通论证，由北京万向新元科技有限公司负责系统集成的西门子自动化解决方案脱颖而出，担负起了为三角集团密炼机上辅机保驾护航的重任。

系统构成

密炼机上辅机控制系统结构简图

        控制系统采用三级网络控制结构，即现场设备级、系统控制级和管理级。

        现场设备级是整个系统的信息来源和指令的具体执行者，包含各类传感器、现场仪表、电机、变频器等，其中变频器选用了西门子用于控制三相交流电动机速度的标准变频器micromaster440，并作为profibus-dp从站与plc进行通讯。现场设备可对粉料、油料、胶料的供料、称量、投料及主机混炼等各种信号进行采集和执行动作控制，通过参数设定，变频器可根据需要对相应设备进行调速，实现炭黑等原料的快、慢速加料。快速可以缩短称量周期，提高效率，慢速则可以进行精细加料，减少误差。

        系统控制级是上辅机系统的控制核心，采用工业上有着非常广泛应用基础的西门子s7-300系列plc（cpu315-2pn/dp）。除cpu主站外，设有由et200m分布式i/o构成的远程分站，主站与远程站之间采用profibus-dp现场总线进行通讯。plc在运行中按编制的程序和设定参数控制炭黑、粉料、油料和胶料的自动称量配料、投料以及执行密炼机主机的混炼程序。

plc主站控制柜

plc远程分站控制柜

        位于控制系统顶层的为管理级，由工业控制计算机、以太网交换机通过profinet标准组成工业以太网并与全厂计算机系统构成管理网络。管理级的功能主要是完成配方管理（其中包括配方输入、配方修改、配方打印、配方复制等）、配方运行（含配方下传、参数下传、配方运行）、数据报表（含日报表、运行记录、物料统计等）、参数设置（含生产量及相关参数）等，还包括系统运行状态的监视、完成生产量的统计、故障提示报警等功能。

上位机主监控画面

配方修改画面

报表打印画面

报警记录画面

profinet标准

        pno（profibus用户组织）于2001年8月发表了profinet规范。profinet基于工业以太网标准；使用tcp/ip协议和 it标准；能够实现自动化技术与实时以太网技术的统一；无缝集成其他现场总线系统。

        profinet可将所有工厂自动化功能甚至高性能驱动技术应用均包括在内。开放式标准可适用于工业自动化的所有相关要求：工业可兼容安装技术、简单网络管理和诊断、实时功能、通过工业以太网集成分布式现场设备以及高效的与制造商无关的工程与组态等。

        通过profinet，无需任何知识，即可根据“profinet安装指南”实现工业可兼容布线网络。对于地址分配和设备网络诊断等问题，profinet 使用的 it 标准 为dcp（discovery and basic configuration）、snmp（简单网络管理协议，simple networkmanagement protocol）、html 以及xml。所有这些设备的集成为用户在试车和维修等方面提供了更高效、更经济的可能性。

控制效果

        应用密炼机上辅机控制系统后，炭黑、粉料采用连续累计方式计量,可按工艺配方要求自动计量每种物料。计量时贮斗中炭黑或粉料按配方要求经螺旋加料器分快、慢速向炭黑粉料秤加料称量，达到称量值并符合误差要求后停止加料。全部物料按工艺配方要求卸入到中间过渡斗中暂存，炭粉秤可进行另一车料的称量。在暂存过程中,中间斗对物料总重量校核，可防止人为误操作投料．密炼机需投炭粉时，经顺料筒、排错叉道、后装料斗投入密炼机中。

        油料按配方要求称量后，由注油泵将其注入密炼机中。残存在注油管道中的油料在注油泵停止运转后,由压缩空气自动扫入密炼机中。注油泵前设有检验排油阀门,当称错或检验油料称量系统精度时,打开此阀排出油液。

        块状胶料由工人搬至胶料皮带秤上称量，连续的胶片经皮带秤供胶机向胶料秤上加料，胶料秤终端与中央控制室相连，显示屏按配方要求给出需称量的胶料号、胶料名称、预定重量、允许误差、实际称量值、以减少人为误差,方便工人操作。称量好并符合误差要求的胶料转运至投料运输带上暂存，密炼机需加胶料时，运输带将其投入密炼机中。

项目实施

        三角集团密炼机上辅机控制系统项目由万向新元公司从2009年10月份开始进行系统设计工作。由于万向新元公司从事物料气力输送和自动称重配料等系统的开发集成，已经在多年工作中积累了大量的自动化技术资源和行业实践经验，因此从现场安装调试到投入试生产仅用时1个半月，并且于2010年初系统一次试车成功，以出众的产品性能和规范高效的项目实施能力获得了终用户的肯定和。

成功经验

        截至目前，从三角集团密炼车间的运行状况来看，本系统具有结构灵活先进、人机界面友好、集控制和管理于一体等优点。较之过去落后的操作方式，有明显的优势：

1、对密炼车间的环境有很大的改善，达到国家环保标准；

2、上辅机的应用使混炼效率大大提高，节省人力。由于炭黑、粉料、油料均为自动称量投料，不需要人工投运，混炼周期大大缩短。人力可以节省20％左右；

3、对于成品胶的质量有很大的提高。人工投料时，重量精度一般难以及保证，且手动操作对于混炼工艺难以准确执行。在自动称量投料后，此问题得到相应的解决；

4、整个混炼过程具有可追溯性。混炼过程具有实时的曲线和报表，并且可以观看生产回放，有助于更快的解决问题。

        作为国内在橡胶机械领域应用profinet标准网络的控制系统，三角集团密炼机上辅机控制系统为同类型机组做出了卓有成效的有益尝试并获得了实实在在的效益。西门子也将一如既往地关注自动化新技术在所有行业、领域的应用，秉持不断开拓创新的精神，引领行业进步，为我国的可持续发展继续贡献力量。

前言：

        当前，城市化是我国经济发展的必然趋势，伴随着城市化建设，交通拥堵正迅速成为制约我国城市发展的重要问题之一。出于解决城市交通问题的需要，公共交通，特别是轨道交通受到了有关部门及社会各界越来越广泛的关注。“十一五”规划明确提出,“优先发展公共交通,完善城市路网结构和公共交通场站,有条件的大城市和城市群地区要把轨道交通作为优先领域,超前规划,适时建设”。据统计，目前我国城市规划建设的轨道交通网络总里程已达5000公里，城市轨道交通总投资估算超过8000亿元，资金投入规模仅次于铁路和高速公路。国家政策导向使城市轨道交通建设有较好的发展前景。

        轻轨交通是一种中等运量的城市轨道交通客运系统，其运力介于地铁与公共汽车之间，车型和轨道结构也与地铁相类似。新型轻轨交通具有“投资小、占地少、运量大、速度快、无噪音、无污染”的突出优点，是符合我国中大型城市现实情况的轨道交通建设的选择。

重庆轻轨2号线简介

行驶中的列车及重庆轻轨2号线杨家坪站

        重庆轻轨2号线即“重庆轨道交通2号线”，亦称“重庆轻轨较新线”，它是重庆乃至中国西部地区条轨道交通线，在重庆城市交通现代化的进程中具有里程碑式的重大意义。轻轨2号线途经渝中区、九龙坡区、大渡口区、巴南区，东起重庆商业中心附近的较场口，西抵重庆钢铁基地新山村，服务于核心城区的商业区、公共活动区等大型客流集散点。一期工程14.35公里，2004年11月开始试运行，2005年6月正式运行。二期工程从大堰村至新山村，全程4.7公里，于2006年7月1日开始运行。2号线全线运行时间34分钟。

　　重庆轻轨2号线设15个地面车站、3个地下车站和一座控制中心（occ）大楼，一期工程初期配车21列84辆(每列车四节车厢，远期根据客流情况多可以加挂8列车厢）。全线建成后，可形成大单向3万人次/小时的客运能力，年客运量可达2亿人次，全线工程总投资43亿元。

        不同于一般的轻轨，重庆轨道交通2号线根据重庆山高坡陡道路曲折的地形特征采用了噪声小、转弯半径小、爬坡能力强的高架跨座式单轨交通系统，亦是中国次引进的中运量胶轮轻轨系统，该系统转弯半径小，爬坡能力强，采用橡胶轮胎，车辆运行噪声低，具有明显的环保特性；独特的高架轨道梁占用道路少，体积轻巧，透光性佳并可立体绿化。　　

面临挑战

        轨道交通bas（buildingautomationsystem，环境与设备监控系统）是将现代科技的计算机及其网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，负责对车站建筑物内的环境与空气条件、通风、给排水、照明、乘客导向、自动扶梯及电梯、屏蔽门、防淹门等建筑设备和系统进行集中监视、控制和管理，一般可将其功能归纳为以下几点：

(1)监控并协调地下各车站及occ大楼通风空调设备、冷水系统设备的运行；
 (2)监控并协调地下区间隧道通风系统设备的运行；
 (3) 对车站机电设备故障进行报警，统计设备累积运行时间；
 (4) 对地下环境参数（温、湿度）及水系统运行参数（水流开关、压力、温度等）进行检测、分析及报警；
 (5) 接收轻轨防灾报警系统（fas）火灾信息并触发bas系统的灾害运行模式，控制环控设备按灾害模式运行；
 (6) 通过与信号ats接口接收区间信息，控制相关环控设备执行相应命令；
 (7) 紧急状况下，可通过车站crt控制环控设备执行相关命令；
 (8) 监视地下各站及隧道区间给排水、屏蔽门等机电设备的运行状态；
 (9) 管理资料并定期打印报表；
 (10) 与主时钟接口，保证bas系统时钟同步。

        与通常意义上的楼宇自动化bas不同，由于轻轨bas所需的功能和其特定的应用环境限制,用于轻轨bas的控制器必须满足以下要求：

(1)应为工业级控制设备,具有很强的环境(含电磁环境、物理环境、化学环境等)适应能力；

(2)中央处理器处理i/o点数多，处理速度快,支持多种工业级实时控制网络,系统整体实时性强；

(3)因轻轨bas承担一定的防灾任务，所以bas控制系统属于安全系统，对可靠性要求极高, 需具备冗余配置；

(4)系统应用灵活,支持创造性设计思维,可以方便地构建复杂监控系统并实现复杂的控制功能。

        综上，bas对于控制轻轨全线车站和区间的环控及其它机电设备安全、高效、协调的运行起着至关重要的作用，它不仅要确保车站及区间环境的良好舒适，产生佳的节能效果，而且需要在遇到突发事件（如列车阻塞、火灾）时指挥环控设备转向特定模式，为轨道交通的乘车环境提供。

        根据重庆轻轨2号线工程bas系统的技术特点及性能、造价等多方面考虑，充分结合国外成功案例的成熟经验，bas终选用了基于西门子公司s7-400和s7-300系列plc及wincc监控组态软件的全集成控制系统。

方案配置
　　重庆轻轨2号线车站设备监控系统设置中央级、车站级和就地级三级对环控设备及其它机电设备进行监控。

1.中央级

        中央级监控系统是整个bas系统的监控核心，除负责接收通信系统时间同步信号外，在occ局域网中还连接有与ats数据接口hli以及模拟屏设备，并通过中央工作站（pc机）将数据传输到bas以太网上，同其它车站级bas系统进行数据交换。中央级局域网采用标准工业以太网协议，由工业以太网交换机，wincc冗余数据库服务器、工程师工作站、操作员工程站等构成。

中央级局域网的网络结构示意图

以太网交换机设备连接示意图

2.车站级

        车站级bas系统主要负责本站机电设备的单点控制、执行中央级模式控制、编辑临时时间表控制、显示各种工作状态与报警。出于承担防灾功能的考虑，系统在每个车站的两端各配置了1套西门子具有冗余功能的s7-400414hplc作为车站级bas系统的主控制器，每台plc下设若干et200m远程i/o站，它们与主控制器通过双重化的profibus-dp现场总线网络进行通信，构成了本系统的车站控制级。

        车站级网络以光纤为传输介质，把整个车站所有的plc和wincc连成一个封闭的环型结构，其结构简图如下：

系统网络图如下：

重庆轻轨2号线bas设备控制系统网络图

cpu机架放大图为：

3.就地级

        就地级控制器的功能为对单台机电设备(如屏蔽门、电扶梯、事故电源、排水泵等)进行就地控制，满足设备的现场调试要求，并且通过车站控制网与车站主plc通信，接收控制指令，对现场设备进行就地控制。就地级向车站级实时传递监控设备的状态、执行车站级的控制命令，当车站级发生故障时能独立地进行监控，使故障影响降至低。就地级监控设备根据机电设备的设置情况就近配置，设于各设备机房之中。在本项目中，每个车站都单独设置了若干个就地级的从控制器，考虑到造价与性能的平衡，plc选用了西门子s7-300系列cpu313c，它具有2m用户程序存储器并集成profibus-dp主/从接口和用于编程器上装程序的多点mpi接口。

系统优势

1.全集成自动化

        全集成自动化（tia）是由西门子自动化与驱动集团于1996年提出的先进自动化系统概念，意指用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能，核心是对所有产品与系统的数据管理、配置及通讯功能的集成。应用tia概念构建的解决方案采用标准化的网络体系结构，统一的编程组态环境和统一的数据库管理，集高度的集成统一性和前所未有的开放性于一身，可以极大地简化系统的结构、减少接口部件并克服上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集中与分散之间的界限，从而使tia为企业实现了横向和纵向信息集成。这样，用户能快速完成过程的优化、扩展和调整，将生产中断的可能性降到低。这将大大提高其在工厂的可用性。

2.高可靠性

        s7-414h系统中的主要元件均采用了先进成熟的双重冗余结构设计，系统处于热备状态，能适应7天24小时不间断工作，并能在网络设备、网络连接器、控制设备和通信线路同时发生单点故障情况下仍保持正常工作，大限度的满足用户对可靠性的要求，大大提升了plc控制的安全性能。所有设备的环境适应性也很强，可以在轻轨高温、粉尘、强电磁和潮湿等恶劣条件下稳定工作。

3.方便维护与诊断

        基于西门子全集成自动化技术，wincc通过simatics7协议集可以和simatics7设备进行各种协议的通讯。wincc在系统中承担了数据采集与管理、故障报警、实时与历史趋势记录及生成报表等工作。操作员通过工作站可详细了解车站环境与设备运行情况，实现自动化控制。

         wincc组态软件根据系统要求，实时显示各设备的运行状态，并具有良好的用户界面。通过控制网络与信息网络的结合,可以建立统一的分布式数据库,保证所有数据的完整性和互操作性;现场设备与信息网络实时通信,使用户通过信息网络中标准的图形界面随时随地了解现场情况;控制网络和信息网络的紧密集成也便于实现远程监控、诊断和维护功能。

wincc监控界面

总结及展望

        本控制系统自投入使用以来，一直运行良好，表现出很高的稳定性，由西门子公司提供的全集成自动化系统不仅以先进的科技保障了乘客乘车安全、舒适，改善了传统轨道交通的环境，并且使相关设备的运行能耗降至低，体现了我国“节能减排”长期战略发展规划的内涵，符合当前建设节能型社会、和谐社会的需求，反映了我国轨道交通bas系统发展的大势所趋，具有良好的经济效益与社会效益。