横河PLC在轮胎硫化机中的应用

首先详细阐述了轮胎硫化机的工艺特点和控制要求，以及国内现行硫化机控制的一些常见问题，并对其进行了系统的分析。然后通过对横河FA-M3系列PLC的特点说明和分析，结合横河FA-M3系列PLC在轮胎硫化机中的实际应用，与现行PLC控制方式和效果进行了综合分析比较，从理论和实际两个方面深入剖析和论证了横河FA-M3系列PLC在轮胎硫化机控制上的特点，对国内现有轮胎硫化机控制具有很好的参考价值。
关键词：硫化机；横河PLC；温度控制；高速控制

可编程逻辑控制器（PLC）在中国是九十年代快速发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，在现代控制系统中，PLC已经成为zui重要的基本控制单元之一，在工业控制领域中应用越来越广泛。

日本横河（YOKOGAWA）电机公司的FA-M3系列PLC是横河公司基于DCS技术基础经过多年专业研发于1992年推出的高性能产品，作为日本zui大的工业控制集团，横河FA-M3系列PLC自诞生起便始终着日本PLC业界的发展潮流，短短几年便跃居日本中大型PLC*的第二位。

轮胎生产的过程中，轮胎在模型内部进行硫化时的压力和温度的变化直接影响轮胎的质量，随着我国汽车工业的发展，轮胎生产企业的不断增加，新建设的高速公路不断地投入使用，现实需要我们不断提高轮胎的质量。这就要求在轮胎进行硫化时，严格按照工艺规定的温度进行控制和监控，而PLC正是当前硫化机的控制器。

现代硫化机的基本要求：高质，高产，可靠长寿，高质---保证硫化质量，降低次品率；高产---在尽可能短的时间内完成硫化过程；可靠长寿---故障率低，使用寿命长，年维修费用少。

而现行硫化机面临的问题主要有：

一．高温高湿带来的可靠性不足：1）造成控制器运行不稳定，多故障，增加次品率及维护；2）缩短了使用寿命，增加备件费用。

硫化环境的高温高湿，加上腐蚀性（含硫）气体，超出一般PLC的许容范围。高温导致CPU异常，高湿加上腐蚀性（含硫）气体则使PLC线路腐蚀，造成停车故障，使生产停顿，增加备件及维修费用，损害机械，缩短使用寿命。很多轮胎厂实际控制柜（PLC+电脑）平均寿命约3年甚至更短。

而横河FA-M3系列PLC采用世界的横河DCS高可靠性技术，从以下三个方面解决上述问题。1）电路高集成优化设计：低功耗、少部件（如容性、感性元件）、少接点、长寿命部件的设计选材原则从结构上保证了高可靠性。2）安装散热铝板，保证高温运行。3）使用塑脂封装线路板，防腐防潮。
二．温度控制不良：1）温度检测分辨率不够使实际温度超过或低于工艺要求造成过硫或欠硫。2）温度控制响应慢导致升温时间过长，延长了硫化时间；3）硫化机外温升温时易超调、不稳定，外温发生扰动时温度控制器调整慢、易超调。

温度/压力/时间被称为硫化的三要素, 其中尤以温度控制为关键且较复杂。衡量温控好坏主要看恒温特性和追从特性（实时性）。恒温特性：硫化过程通常要求热板和胶囊保持170度左右的高温，误差要求在±2度内。温度过高会“烤糊”轮胎, 温度过低则会发生欠硫。如果使用温控精度不足, 会造成实际温度超过范围而不被控制, 从而影响轮胎质量。追从特性：硫化过程需要在启动加热和发生温度偏差时能以zui短时间达到170度的恒温状态。温控性能不足会使响应变慢, 延长升温时间, 同时在温度出现扰动时不能及时调整造成轮胎质量不稳定。

目前国内应用比较多的PLC控制模式有两种。一种采用热电阻+信号转换器+AD模块+CPU计算+DA模块+阀门的模式；一种采用热电阻+温度模块+CPU计算+DA模块+阀门的模式。

*种模式中遇到的主要问题有：信号转换器的精度通常在±0.2%-0.5%，AD模块的精度±0.5-0.9% F.S.。两者相加差不多有±1%的误差，200度量程也要有2度以上的误差，所以即使PLC读取数据显示170度实际温度很可能已在168-172度以外；热电阻使用时间久会老化，普通PLC没有补偿功能，无法对热电阻的偏差和老化进行调整；此外，由于采用CPU做PID运算控制，一旦CPU故障出错即会造成温控失控，十分危险。同时，由于CPU在做PID的同时还要执行其他程序造成扫描周期长短不一，每一次PID执行间隔就会发生不同。 以扫描周期为300ms，PID周期设为500ms为例，两次PID间隔可能为500ms也可能为800ms， PID执行间隔不同使积分和微分发生很大偏差，特别是微分的偏差会使系统产生突发的温 度波动，或使温度无法快速整定。

第二种模式中遇到的问题和*种大同小异。其中普通PLC温度模块的分辨率为1度，即小于1度的变化根本无法探知。一般常识要保证±2度的控制,系统通常要能检测到0.2度的变化。另外普通PLC温度模块的精度也在±0.5% F.S.，在硫化机中使检测值与实际值可能发生1度以上的误差，无法保证硫化过程的高质量要求。普通PLC温度模块的采样周期为0.5-1秒, 若完成1次PID控制至少也要0.5-1秒。