CN1255425A - 密炼机橡胶混炼智能控制系统及其智能控制方法 - Google Patents

密炼机橡胶混炼智能控制系统及其智能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是密炼机混炼智能控制系统及其智能控制方法,该系统由机箱、无源母板、计算机主板、总线输入输出板、输入输出信号调理板、串口扩展板、软、硬盘驱动器、232/485转换器、打印机、显示器通过各自信号线共同电气连接构成;本智能控制方法包括自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法;混炼胶质量——粘度、分散度预测与控制方法,混炼工艺自动优化和半自动优化方法。本发明能对混炼工艺进行智能控制、自动获取并优化混炼工艺、保证产品质量,产品合格率高。

Description

密炼机橡胶混炼智能控制系统及其智能控制方法
本发明是密炼机橡胶混炼智能控制系统及其智能控制方法，属密炼机智能控制技术，特别涉及密炼机橡胶混炼智能控制技术。
现有的密炼机橡胶混炼控制系统已能实现：可以自动称量“炭黑、油料并自动投料；可以自动操作密炼机的投料门，提起或压下压砣，打开或关闭排料门；可按时间、温度和能量参数以及它们的组合参数设置混炼过程顺序并进行控制。一般小量配合剂用人工称量或另有自动称量设备称量。除生胶等由皮带秤称量和投料外，其他都可按选择的参数、数值、投料顺序等自动操作控制，总之基本实现机械化、自动化生产。但是，由于密炼机橡胶混炼没有真正的理论指导，没有完全掌握其混炼规律，现有的混炼工艺规程只是经验的总结，无法保证生产的每批产品质量都能满足要求，不合格率有时还较大，有时混炼胶质量差或不稳定，总之对产品质量无法保证。一个新配方胶料密炼机的混炼工艺规程的制定，主要是参考已有经验，再进行试验。如现有某种胶料填充系数是0.69，混炼工艺用温度控制，胶料达90℃时投入炭黑，125℃时投入油料，155℃时结束混炼；根据新配方胶料的特点，如填料较多、油料较多等，制定一混炼工艺试验计划来进行试验，观察混炼过程情况，密炼机电机电流变化情况是否超负荷，压砣到位情况以及混炼胶的外观，再对混炼胶检查门尼粘度或者可塑性、分散度、硫化仪试验等质量指标。然后再对硫化胶进行各种力学性能试验，根据这些试验结果进行整理分析，选择性能最好的方案看是否满足成品等的质量要求，若不满足经过分析再制定方案试验。如已有较好的方案，可确定进行试生产若干批，再进行各项质量检测，如果都合格，则可投入正式生产。即使经过这样复杂过程获得的工艺，还不一定是最优工艺。
由于现有的混炼工艺结束后并不知道混炼胶的质量如何，因此对混炼胶要进行各种质量指标的检测，如检测门尼粘度、可塑性、分散度、比重、硬度、硫化仪、焦烧等。为此，混炼好的胶料一般要经过24小时才能进入下一道工序。进行各种检查后，如合格即可进入下道工序，如不合格，有的需要返工，有的需要取样重检，有的需要进行处理，或降级为其他用途，有的还可能要报废。如上所述费了大量时间，费了大量人力、物力，研究产生的混炼工艺，投入正式生产后，就当时来说可能是最好的工艺。但经过一段时间后，由于某些条件的变化，混炼胶存在较多质量问题，如有些批次的混炼胶炭黑分散较差，有的粘度波动较大，需要对混炼工艺重新进行调整试验。但所需时间和人力、物力等都有问题，因此只能暂时按老工艺继续生产或未经试验对其工艺进行修改，这样可能旧的问题解决了，新的问题又产生了，更有甚者，越改问题越多，越改质量越差。为此，发明人曾发明利用日常生产过程的参数，对混炼工艺过程进行了自动优化，而不需进行试验。它可以判断目前使用的工艺规程是否最优，如不是最优，应如何修改，它可提供具体参数。然而这种优化，主要是一些具体数值的改变，填充系数、投料顺序等就不可能改变，存在一定局限性；为了改变混炼结束后不知道混炼胶的粘度、分散度等，而需要进行大量的检测工作，发明人曾发明按每种胶料建立的混炼胶粘度、分散度预测数学模型；后又发明了按不同密炼机建立的预测数学模型，其预测精度很相近，这样按密炼机建模预测不仅大大减少了建模工作量，而且只要条件在建模范围内，任何胶料在该台密炼机上混炼都可进行预测。
本发明的目的就是为了克服和解决现有密炼机橡胶混炼控制系统及其控制方法无法保证产品质量、质量波动性大、往往造成大量不合格品，甚至废品、造成浪废原材料、并影响后续工序半成品加工的质量、影响到轮胎的动平衡性能和高速行驶的安全性、舒适性、轮胎的耐磨性能等的缺点和问题，研究、发明一种能对混炼工艺进行智能控制、优化混炼工艺、能完全保证产品质量、质量稳定、产品合格率高、能保证橡胶轮胎的动平衡性能和高速行驶的安全性、舒适性的密炼机橡胶混炼智能控制系统及其智能控制方法。
本发明是通过下述技术方案来实现的：密炼机橡胶混炼智能控制系统的结构示意图如图1所示，其工作原理及电路方框图如图2所示。密炼机橡胶混炼智能控制系统是由：机箱1、无源母板2、PC104工业总线控制计算机主板3、PC104总线输入输出板4、输入输出信号调理板5、串口扩展板6、硬盘驱动器7、软盘驱动器8、232/485转换器9、打印机10、显示器11共同连接构成，其相互连接关系为：无源母板2固定在机箱内，PC104总线输入输出板4通过PC104总线嵌套于PC104工业总线控制计算机主板3上，PC104工业总线控制计算机主板3再通过ISA总线接插于无源母板2上，输入输出信号调理板5通过扁平电缆与PC104总线输入输出板4相电气连接，串口扩展板6通过ISA总线接插于无源母板2上扩展出串行通信口COM3、COM4，232/485转换器9与扩展出的串行通信口COM3相电气连接，硬盘驱动器7、软盘驱动器8、打印机10、显示器11分别通过标准扁平电缆与PC104工业总线控制计算机主板3相电气连接。其作用原理为：输入输出信号调理板5将密炼机生产过程中的开关量信息、密炼机主电机混炼所作的有功功率信息、胶料温度变化信息，经光电隔离、缓冲放大后，输入到PC104总线输入输出板4，再经PC104总线输入输出板4输入到PC104工业总线控制计算机主板3。计算机根据这些输入信息对密炼机的密炼过程进行分析记录，回归出相应的数学模型，计算出粘度、分散度的预测值，并计算出预测值的偏差量将该偏差量与记录的过程曲线进行相关分析，得出控制量对混炼过程进行控制，以达到混炼过程的智能控制，控制量的输出是通过串口扩展板6扩展出的串行通讯口COM4与密炼机的可编程逻辑控制器(PLC)串行口相连，再通过可编程逻辑控制器(PLC)来控制密炼机动作，串口扩展板6扩展出的COM3口通过232/485转换器9使密炼机橡胶混炼智能控制系统成为485现场总线上的一控制设备。
密炼机橡胶混炼智能控制系统的电路原理图如图3所示，输入输出信号调理板5由24路光电隔离输入电路、24路光电隔离输出电路、8路模拟量输入缓冲电路、2路V/F转换电路电气连接构成，其中：光电隔离输入电路由电阻R19～R20、光电耦合器件GDQ2共同电气连接构成，光电隔离输出电路由电阻R21～R23、光电耦合器件GDQ3、晶体三极管T1、T2、二极管D4共同电气连接构成；模拟量输入缓冲电路由电阻R1～R7，运算放大器U1A、U2A、可调电阻RW1、稳压二极管DW1、DW2共同电气连接构成；V/F转换电路由电阻R8～R18、运算放大器U3A、U4A、V/F转换器器件U5、可调节器电阻RW1～RW3、稳压二极管DW3、DW4、二极管D1～D3、电容C1～C3，光电耦合器件GDQ1共同电气连接构成。上述单元电路的简单工作原理如下：图3所示的开关量输入输出隔离电路其工作原理是当工业生产现场开关量接通时，光电耦合器件GDQ2中的红外发光二极管便有电流流过，红外光敏三极管导通，集电极对计算机输出一低电平。当要输出一控制信号时，计算机输出一低电平，光电耦合器件GDQ3中的红外发光二极管便有电流流过，红外光敏三极管导通，集电极输出一低电平，该低电平使得晶体三极管T1截止，T1的集电极输出一高电平，该电平使得晶体三极管T2导通，控制继电器获得电，输出一控制信号；图3所示的模拟量输入缓冲电路其工作原理是密炼机现场的模拟电压信号经电阻R1输入至运算放大器负端，由于R4＝R1、R5＝R7，该放大器的第一级、第二级放大倍数均为1，模拟量的零点由可调电阻RW1调整，对计算机输出一个1∶1的电压信号；图3所示的V/F转换电路其工作原理是密炼机现场的模拟电压信号经OP放大器U3A把该电压变为0～10V，模拟量的零点由可调电阻RW4调整，V/F转换由V/F转换器件U5完成，为了改变线形，加了OP放大器U4A，它是电流输入型的，满量程为0～100μA，为了保证反馈回路的稳定，增加了电容C2，V/F转换器件U5的频率由R16、C3或可调电阻RW3决定，其对计算机输出一最高达10KHZ的隔离式频率信号。
本发明的智能控制方法包括：自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法；混炼胶质量——粘度、分散度的预测与控制方法；混炼工艺自动优化与半自动优化方法；混炼工艺自动控制方法等；当输入智能控制系统中没有混炼工艺规程的配方胶料生产任务，本智能控制系统就自动获取新配方胶料的混炼工艺规程，并把获得的混炼工艺规程输入智能控制系统中的自动控制生产部分中；当输入配方胶料生产任务时，智能控制系统把原已有混炼工艺规程和质量预测与控制方法调入而进行生产；在生产出每批混炼胶的同时，给出混炼胶的质量指标——粘度和分散度；给出每批混炼过程曲线图、有关参数及混炼胶过程主要参数并进行储存备用；当某种配方胶料生产一定数量或时间后，本智能控制系统自动取出有关参数，对该配方胶料的混炼工艺进行自动优化，并把结果存储在智能控制系统中备用；当输入试验性配方胶料的混炼工艺时，本智能控制系统进行试验性混炼工艺生产后，就进入半自动优化程序，同时把优化的混炼工艺规程存储在智能控制系统中备用。智能控制方法总控制程序流程框图如图4所示。
其中：(一)自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法是当需要生产的配方胶料任务输进智能控制系统中，原并无混炼工艺规程时，本智能控制系统的屏幕上呈现一个框图，要求输入该配方胶料的各种配合剂的种类和数量(基本配方)、所要求的混炼胶的质量指标——即粘度、分散度以及对密炼机的技术特性的要求，例如密炼机的类型、编号、填充系数、密炼机转数、压砣压力等特性，若对密炼机技术特性没有输入要求，本智能控制系统将根据所在工厂自身实际情况自动选择密炼机；当上述该配方胶料的各种参数输入结束，智能控制系统将自动确定密炼机的编号、类型、填充系数、转数、压砣压力等特性参数，再根据确定的密炼机来决定投料重量、各种生胶和配合剂，每批投料重量可划规为五类，即各种生胶、填料(也可分为填料I和填料II)、油料、各种小料、硫化剂和促进剂，再归类按工艺规程要求投入密炼机中；并可根据配方胶料性能要求和密炼机的技术特性来选择确定各段的混炼工艺规程；到此自动获取新配方胶料混炼工艺规程完成，存储于智能控制系统中待用。自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法的程序流程方框图如图5所示。
(二)混炼胶质量——粘度、分散度预测与控制方法是按每种胶料建立数学模型或按密炼机建立数学模型，在给定生产任务时指定选用某种方法进行混炼胶质量预测与控制，指定后，在生产过程中，即按指定方法进行预测；按每种胶料建立的预测数学模型，在每批混炼结束时，智能控制系统读取混炼过程的总能量消耗、总时间、结束时的混炼瞬时功率，再经过数学模型的运算即可给出粘度值和分散度值；若要求进行控制，则根据工艺规程规定达到某能量值、温度值或时间值后，智能控制系统不断的检测瞬时功率值，达到工艺规程根据混炼胶性能规定的某值后，控制系统即结束混炼；按密炼机建立的数学模型预测，则在每批混炼结束时，智能控制系统读取混炼过程的总能量消耗、总时间、结束时的混炼瞬时功率外，还需根据需要读取胶料的填充系数、密炼机转数等参数，经过数学模型运算即可给出粘度值和分散度值；同样，若要求进行控制，则根据工艺规程规定达到某能量值、温度值或时间值后、智能控制系统不断的检测瞬时功率值，达到工艺规程根据混炼胶性能规定的某值后，控制系统即结束混炼；混炼胶质量——粘度、分散度预测与控制方法程序流程方框图如图6所示。
(三)密炼机橡胶混炼工艺自动优化与半自动优化方法是在该台密炼机生产除特别设定外的任何一种胶料，本智能控制系统都确定每周随机抽取50批数据，若一周内不足50批，则混炼够50批后才抽取数据，这些数据应包括混炼消耗的总能量、总时间、结束混炼时的瞬时功率、混炼胶温度以及各投料段或操作时的能量、时间、温度、瞬时功率等；本智能控制系统对预测的混炼胶的粘度、分散度或输入的实测的混炼胶粘度、分散度进行基本统计分析和计算质量的合格率，若合格率未达到所输入的规定的要求，则以提高合格率为主要优化目标，若以达到规定要求，则以提高效率——节时或节能为优化目标，确定优化目标后与各参数进行相关分析，找出影响优化目标的主要参数；本智能控制系统根据主要参数和优化目标进行优化正交设计，求得优化结果，并进行各项指标检验，若均获通过则优化结果成立，并将其与现有工艺规程比较，若基本相同，则现有工艺规程仍可使用，若优化结果不同，则需调整工艺规程，并将其结果存储在智能控制系统数据库中备用或是直接修改工艺规程；对需要试验不同操作步骤和参数值的优化工艺，需采用半自动优化方法，即将试验性优化方案，包括操作步骤、参数数值、试验批数等输入智能控制系统，密炼机按试验性方案进行工艺试验，并采集混炼试验过程中的各项参数数值和预测的混炼胶质量——粘度、分散度或输入的实测质量指标，本智能控制系统根据试验优化目标与采集的参数进行相关分析，找出影响优化目标的主要参数，进行优化正交设计，求得优化结果，并进行各项参数检验，若均获通过，则优化结果成立，并将其存储于本智能控制系统数据库中备用。密炼机橡胶混炼工艺自动优化与半自动优化方法程序流程方框图如图7所示。
本发明的工作作用原理：本智能控制系统所依据的理论是密炼机流变理论和密炼机橡胶混炼流变理论。国外有人认为密炼机橡胶混炼过程十分复杂，流变理论不适用；有人则认为橡胶混炼过程是粘弹性固体在密炼机的作用下固体由大块断裂破碎变成小块，再由小块变更小块的过程，因此运用计算断裂能的办法来计算混炼的能量消耗，结果理论计算只有实际消耗能量的39％，因此混炼过程中出现很多问题也不能解释和解决。根据我们多年的研究，只有在橡胶初投入密炼机时才是固体，才是由大块断裂破碎变为小块，随着温度上升，橡胶就很快粘结成一团，呈现粘弹性流动状态，橡胶与固体粒状填料(如炭黑)主要就是在这一状态下混炼的。我们的研究证明密炼机流变理论在橡胶混炼过程中的两个阶段是正确的，并以此指导实现了按每种胶料或按每台密炼机建立数学模型预测混炼胶粘度；在橡胶和填料混炼段提出了密炼机橡胶混炼流变理论的胶料最佳粘度的观点，并以此为指导建立了混炼工艺自动优化和“半”自动优化的方法；并以此为指导按每种胶料或按每台密炼机建立数学模型预测混炼胶分散度；本智能控制系统依据密炼机橡胶混炼流变理论和实践经验相结合，研究发明一种新配方胶料没有工艺规程时，可自动获取新工艺规程，解决有关各种问题的新方法。
本发明与现有技术相比有如下的优点和有益效果：①本智能控制系统的作用是使其受控的密炼机尽可能的接近密炼机橡胶混炼规律要求进行混炼，本发明可自动获取全自动和半自动优化工艺，使混炼工艺经常保持最佳状态，因而一般可提高混炼效率10～20％，最高已实现提高效率22.7％；②本发明可预测混炼胶的质量，进而可控制混炼胶质量，直到达到其质量指标才结束混炼，因而可使所生产的混炼胶质量基本上全部合格；③本发明可实现混炼胶的高质量，表现为粘度波动缩小，已实现粘度波动从±7、±8个门尼粘度值缩小为±2、±3个门尼粘度值，两段混炼分散度一般可达6级以上，比现有技术可提高一级以上，为后续加工创造十分有利的条件，为提高后续产品质量打下坚实的基础；④本发明大大节省人力，节省了进行混炼工艺优化、质量检测分析、混炼胶质量快检的时间、人力、物力的消耗，减少混炼胶返工的时间、人力消耗；⑤本发明大大减少原材料消耗、能量消耗和机台占用率。
下面对说明书附图进一步说明如下：图1是密炼机橡胶混炼智能控制系统的结构示意图；图2是密炼机橡胶混炼智能控制系统的工作原理及电路方框图；图3是密炼机橡胶混炼智能控制系统的电路原理图；图4是密炼机橡胶混炼智能控制方法程序流程总框图；图5是本智能控制系统自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法的程序流程方框图；图6是本智能控制系统混炼胶质量——粘度、分散度预测与控制方法程序流程方框图；图7是本智能控制系统橡胶混炼工艺自动与半自动优化方法程序流程方框图。
本发明的实施方式可为如下：(1)本智能控制系统的实施：按图3所示绘制输入输出信号调理板电路板，并筛选元器件进行连接安装。其中：U1A、U2A可选LM324型运算放大器；U3A、U4A可选TL082型运算放大器；U5A可选LM331型V/F转换器件；GDQ1可选4N25型光电耦合器件；GDQ2、GDQ3可选TL117型光电耦合器件；T1、T2可选5551型晶体三极管；(2)按图1、图2所示，选购器件如下：机箱1可选ADVANTECH公司IPC-615型19寸标准工业机箱，也可选用铝合金材料采用机加工方法自已加工制造；无源母板2可选用ADVANTECH公司的PCA-6120PC；PC104工业总线控制计算机主板可选用ADVANTECH公司的ACS-6176；PC104总线输入输出板可选用盛博公司的ADT200；串口扩展板6可选用MOXA公司的104A；硬盘驱动器7可选用昆腾公司的6.4G；软盘驱动器8可选SONY公司的1.44M；232/485转换器9可选威达公司的7520；打印机10可选用NATIONAL公司的1121；显示器11可选用PHILIPS公司的105S。然后按上面说明书所述的相互连接关系进行安装连接，便能较好地实现本智能控制系统；(3)智能控制方法的实施；选按图4～图7所示，并按上面说明书所述各种智能控制方法，分别编制智能控制方法总软件程序、自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法软件程序、混炼胶质量——粘度、分散度的预测与控制方法软件程序、密炼机橡胶混炼工艺全自动与半自动优化方法软件程序。用这些软件程序去控制、支持本智能控制系统，便能较好地实现本发明。发明人经过多年的研究、实践，已成功地制出样机并在工厂中试验使用，成功地实施了本发明，其效果非常理想，完全实现了本发明的目的。下面仅举几个实施例加以说明。
实施例1：获取新配方胶料混炼工艺规程
现要混炼一种新的轮胎胎面配方胶料，其基本配方为：天然橡胶为100质量份；炭黑A142为43质量份；炭黑RP1338为7质量份；小料1(氧化锌)为3.5质量份；小料2(硬脂酸)为2质量份；防老剂145A为0.7质量份；促进剂NOBS为1.6质量份；硫磺为1.5质量份；要求混炼胶质量粘度在69～77门尼粘度值范围。将其输入本智能控制系统，智能控制系统检索其混炼工艺规程资料库，因没有该配方胶料的混炼工艺规程，因而进入自动获取混炼工艺规程的控制程序。根据该厂实际智能控制系统，确定采用两段混炼：第一段(母炼胶)混炼，选用7号密炼机、转速为40转/分，填充系数为0.73，每批投料量天然橡胶为209.502kg；炭黑A142为90.086kg；炭黑RP1338为14.665kg；小料1为7.333kg；小料II为2 4.19kg；防老剂145A为1.467kg；促进剂NOBS为3.7024kg；硫磺为3.085kg。并分为生胶(天然橡胶)、炭黑、促进剂硫磺和其他小料四类投入密炼机混炼。
第一段：母炼胶的混炼工艺规程为：此时密炼机下顶栓关闭、压砣提起、投料门打开。其步骤为：(1)启动生胶皮带秤，将生胶和小料投入密炼机；(2)压下压砣70秒，关闭投料门；(3)升起压砣；(4)投入炭黑35秒；(5)压下压砣50秒；(6)升起压砣10秒；(7)压下压砣至温度为160℃或功率小于0.6534kw结束混炼，排胶；(8)压片冷却，停放待用。
第二段：终炼胶仍用7号密炼机，转速为20转/分，填充系数为0.73。此时密炼机下顶栓关闭，压砣提起，投料门打开，密炼室温度为30±5℃。其步骤为：(1)启动皮带秤投入母炼胶和促进剂和硫磺；(2)压下压砣80秒；(3)升起压砣10秒；(4)压下压砣至温度100℃或功率小于0.6023kw结束混炼，排胶；(5)压片、冷却、停放待用。
至此，新配方胶料混炼工艺规程获取完成，智能控制系统设定按此工艺规程混炼五批，检测其粘度(预测值)是否在要求的范围69～77门尼粘度之间；若在其间，则继续按此工艺规程再混炼25批(共混炼30批)。智能控制系统启动混炼工艺自动优化的功能，已达到混炼胶粘度范围中值73门尼粘度为最优。以后便按此最优化的工艺为混炼工艺规程进行生产。
实施例2：混炼胶质量——粘度、分散度预测与控制
混炼胶质量——粘度、分散度预测与控制是在混炼工艺过程结束前实施，两者的预测与控制可结合进行。将轮胎胎侧胶配方胶料生产任务40批及该胶料编号输入智能控制系统。并在智能控制系统中确认，在混炼过程中按密炼机建立的数学模型对混炼胶质量——粘度、分散度进行预测与控制。以下过程是智能控制系统自动进行。经智能控制系统自动检索，该胎侧胶配方胶料已有混炼工艺规程和已建立的预测与控制的数学模型。其混炼工艺规程为两段：使用密炼机为5号机台，第一段为母炼胶混炼，密炼机转速为40转/分、填充系数为0.64、投料量为生胶有：顺丁橡胶为71.696kg，天然橡胶为58.661kg；炭黑673为58.661kg；油料1为3.911kg；小料有：小料1为4.563kg，小料2为2.607kg，小料3为4.563kg，促进剂NOBS为1.419kg，硫磺为2.579kg。
第一段：混炼操作顺序为：密炼机开始状态为机器启动，排料门关闭，压砣提起，加料门打开。(1)投入生胶和小料，关闭加料门，压下压砣加压混炼35秒；(2)提起压砣、投炭黑35秒；(3)压下压砣加压混炼40秒或混炼至温度达到120℃；(4)提起压砣，投油料15秒；(5)压下压砣加压混炼，当胶料温度达到145℃后，智能控制系统不断检测，当瞬时功率小于或等于0.4320kw时，即结束混炼，打开排料门排胶。压片冷却待用。在混炼过程中智能控制系统的下位机屏幕上不断显示有混炼过程的功率和胶料温度变化曲线。在混炼结束时：①给出预测的混炼胶质量，如某一批胶料门尼粘度为74、分散度为4.8级，储存在智能控制系统备查；②给出在混炼过程中获取各操作点的功率、温度、时间、能量等，并传输给上位机(供自动优化混炼工艺用)；③获取本批胶料的主要参数、总能量、总时间、排胶温度等，如某一批内容：文件名为TP743010、开始时间为8时45分、能量消耗为37.038kw·h、总时间为160秒、排胶温度为157℃、与上批间隔时间为30秒、状态为自动、功率为0.4310kw、门尼粘度为74；
第二段：终炼胶混炼操作顺序为：密炼机开始状态为：机器启动、转速为20转/分、排料门关闭、压砣提起、加料门打开。(1)投入第一段混炼母炼胶的2/3后，再投入促进剂硫磺，最后投入第一段混炼母炼胶的1/3；(2)压下压砣80秒；(3)提起压砣10秒；(4)压下压砣混炼至胶料温度为90℃；(5)当检测到功率小于或等于0.3810kw或胶料温度为100℃时即打开排料门排料，结束混炼，压片冷却待用。
在混炼过程中智能控制系统的下位机屏幕上不断显示有混炼过程的功率和胶料温度变化曲线，在混炼结束时：①给出预测的混炼胶质量，如某一批胶料门尼粘度为65、分散度为6.3级；②给出在混炼过程中获取的各操作点的功率、温度、时间、能量等并传输给上位机(供自动优化混炼工艺用)；③并获取本批的主要参数、总能量、总时间、排胶温度等，如某一批内容：文件名为TP744015，开始时间为12时30分，能量消耗为32.576kw·h，总时间为180秒，排胶温度为99℃，与上批间隔时间为240秒，状态为自动，功率为0.3802kw，门尼粘度为64、分散度为6.5级等；把这些参数储存在智能控制系统中，班组人员下班时打印出供交接班用。每一批的智能控制系统自动混炼过程到此结束。自动混炼完成40批混炼，整个生产任务完成。
实施例3：密炼机橡胶混炼工艺的全自动优化
混炼工艺的自动优化是指对各操作参数的全自动优化，由于是全自动优化过程，下面是智能控制系统自动进行的优化过程。本例配方胶料为胎面基部胶二段混炼任务。其混炼工艺规程为：开始投入第一段混炼母炼胶混炼，在82秒时加油料，到达142秒时进行一次空翻，在温度达到155℃时排胶，采用全自动混炼，所生产之母炼胶质量指标为65±5个门尼粘度。在胎面基部胶第二段混炼过程中，上位机实时记录加油料点的功率P1、能量消耗E1、时间T1、温度K1；空翻点的功率P2、能量消耗E2、时间T2、温度K2；排胶点的功率P3、能量消耗E3、时间T3、温度K3等。每批混炼现场数据(由下位机传送来)，全自动优化的周期一般定为一周(特别设定的除外)，满足优化条件后，采用等距抽样，样本进入自动优化模块。首先对各因素划分为三个水平，并通过方差分析，确定一些影响显著的因素。
表1：投油料点四参数的水平划分
  因素      水平A1         水平A2       水平A3
   P1     (0，0.2575)     (0.2575，0.2939)     (0.2939，+∞)
   E1     (0，13.406)     (13.406，14.876)     (14.876，+∞)
   K1     (0，120)     (120，124)     (124，+∞)
   T1     (0，82)     (82，82)     (82，+∞)
表2：投油料点四参数单因素方差分析
  因素     F统计量 临界值(α＝0.05)   显著性
   P1     4.316     2.60     **
   E1     2.625     2.60     *
   K1     0.473     2.60
   T1     0     2.60
(表中：*表示影响显著，**表示影响极为显著，下同)
表3：空翻点四参数的水平划分
  因素     水平A1     水平A2     水平A3
   P2     (0，0.2417)     (0.2417，0.2568)     (0.2568，+∞)
   E2     (0，26.828)     (26.828，28.835)     (28.835，+∞)
   K2     (0，144)     (144，148)     (148，+∞)
   T2     (0，142)     (142，142)     (142，+∞)
表4：空翻点四参数单因素方差分析
  因素   F统计量   临界值(α＝0.05)   显著性
   P2   19.592     2.60     **
   E2   5.55     2.60     **
   K2   2.334     2.60
   T2   0     2.60
表5：排胶点四参数水平划分
  因素     水平A1     水平A2     水平A3
   P3     (0，0.2108)     (0.2108，0.2311)     (0.2311，+∞)
   E3     (0，31.392)     (31.392，33.626)     (33.626，+∞)
   K3     (0，150)     (150，158)     (150，+∞)
   T3     (0，165)     (165，172)     (172，+∞)
表6：排胶点四参数单因素方差分析
  因素    F统计量 临界值(α＝0.05)   显著性
   P3     4.659     2.60     **
   E3     1.017     2.60
   K3     0.919     2.60
   T3     2.707     2.60     *
从表1至表6可知，对质量指标影响最显著的因素是功率。智能控制系统即会采用单指标三因素三水平的正交试验设计、而忽略交叉影响。
表7：正交试验设计表
试验号 A因素(P1)    B因素(P2)    C因素(P3)   质量指标门尼粘度
    123456789     1            1            11            2            21            3            32            1            22            2            32            3            13            1            33            2            13            3            2     65.92166.21566.35965.93566.43566.35965.92166.16866.455
   粘度        粘度          粘度
    K1K2K3    66.165     65.925        66.14966.243     66.273        66.20166.181     66.391        66.238
    R     0.078      0.466         0.089
从表7可见，影响粘度的主要因素为空翻功率P2，取第一水平时，粘度达到最佳(最近中值65)，而投油料、排胶点功率取第一水平时，粘度达到最佳；从表7也证实最佳水平组合为A1B1C1，即P1为0.2507，P2为0.2362，P3为0.2069。智能控制系统能全自动优化，最后就会得到上述结果。
实施例4：混炼工艺的半自动优化
混炼工艺的半自动优化是指对各操作参数进行人为的设定，然后密炼机才按设定的混炼工艺生产混炼胶。从混炼过程中获取有关参数，计算整理等全部工作则由智能控制系统自动进行。混炼工艺的半自动优化为胎面胶的两段混炼过程的第一段混炼过程，共有四个操作；投生胶和小料、投炭黑、投油料，结束混炼排胶。若以时间为控制参数，投生胶和小料后开始计算时间，根据可塑性的预测数学模型结束混炼排胶功率为0.083366/N、可塑性N即为合格。本实施例人为设定：①投炭黑点(A)、选取三个水平；分别为投生胶和小料后，压砣加压混炼0秒(A1)，20秒(A2)，40秒(A3)后投炭黑；②投油料点(B)选取三个水平：分别为加炭黑后，压砣加压混炼30秒(B1)，40秒(B2)，50(B3)后投油料：③结束混炼排胶，即为投油料后压砣加压混炼达到设定功率后排胶。每个水平混炼四批胶料。
优化目标为保证质量的前提下，总时间和总能量最小。上述设定输入智能控制系统后，以下全为智能控制系统自动进行。(一)智能控制系统按每个水平组合，混炼四批，从混炼过程中获取每操作点的有关参数；(二)按优化目标对因素A、B进行显著性分析，总时间和总能量与因素A、B的显著性分析如表8和表9所示。
表8：总时间与因素A、B的显著性分析
 方差来源     平方和  自由度     均方   F值   临界值  显著性
    ABA×B误差总平方和   16450.388892445.722221543.444443659.0000024098.55556     2242735   8225.194441222.86111385.86111135.51852  60.699.022.85  3.35  5.493.35  5.492.73  4.11    *****
表8中：两种临界值分别对应置信度0.95和0.99；若F值≥F0.99(k，m)，(K，m为自由度)，在显著性一栏中标以**，表示非常显著；若F值≥F0.95(k，m)，且F值＜F0.99(k，m)，在显著性一栏中标以*表示比较显著；无*号表示不显著，下同。
表9：总能量与因素A、B的显著性分析
 方差来源     平方和  自由度     均方    F值     临界值  显著性
    ABA×B误差总平方和     6.9117722263.154705565.1772444414.3425000089.58622222     2242735    3.4558861131.577352781.294311110.53120370    6.5159.442.44   3.35  5.493.35  5.492.73  4.11    ****
(三)从表8和表9可以看出总时间和总能量受投炭黑点和投油料点的影响是非常显著。因此可进行优化。
表10：二因素三水平的正交优化结果
序号             方差来源   四批和总时间(秒)    四批和总能量(KWH)
    A     B   A×B
       1     1     1     1     637     83.26
       2     1     2     2     647     92.73
       3     1     3     3     726     96.99
       4     2     1     2     742     84.49
       5     2     2     3     849     92.53
       6     2     3     1     872     100.07
       7     3     1     3     891     91.45
       8     3     2     1     836     93.10
       9     3     3     2     913     101.22
水平  优化指标
1   总时间    2037     2270    2345
  总能量    272.98     259.2    276.43
2   总时间    2463     2359    2329
  总能量    277.09     278.36    278.44
3   总时间    2640     2511    2466
  总能量    285.77     298.28    280.98
极差   总时间    603     241    137
  总能量    12.79     39.08    4.54
从表10可见：消耗时间最短、消耗能量最少的水平组合是A1B1，四批的平均值总时间只用159.25秒，总能量消耗20.815KWH；
(四)根据上述优化结果，可见混炼工艺条件为：投入生胶和小料后即投入炭黑，压砣加压30秒后投入油料，压砣下压加压混炼达到设定功率便排胶，结束混炼。把上述优化结果储存于智能控制系统，半自动优化到此结束。结束混炼总时间和总能量将在159.25秒和20.815KWH左右，与现有规程相比，节省时间11.5％，节约能量15.0％。

Claims (5)

1、一种密炼机橡胶混炼智能控制系统，其特征在于：它由机箱(1)、无源母板(2)、PC104工业总线控制计算机主板(3)、PC104总线输入输出板(4)、输入输出信号调理板(5)、串口扩展板(6)、硬盘驱动器(7)、软盘驱动器8、232/485转换器(9)、打印机(10)、显示器(11)共同连接构成，其相互连接关系为：无源母板(2)固定在机箱内，PC104总线输入输出板(4)通过PC104总线嵌套于PC104工业总线控制计算机主板(3)上，PC104工业总线控制计算机主板(3)再通过ISA总线接插于无源母板(2)上，输入输出信号调理板5通过扁平电缆与PC104总线输入输出板(4)相电气连接，串口扩展板(6)通过ISA总线接插于无源母板(2)上扩展出串行通信口COM3、COM4，232/485转换器(9)与扩展出的串行通信口COM3相电气连接，硬盘驱动器(7)、软盘驱动器(8)、打印机(10)、显示器(11)分别通过标准扁平电缆与PC104工业总线控制计算机主板(3)相电气连接。
2、一种密炼机橡胶混炼智能控制方法，其特征在于它包括：自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法；混炼胶质量——粘度、分散度的预测与控制方法；混炼工艺自动优化与半自动优化方法；混炼工艺自动控制方法等；当输入智能控制系统中没有混炼工艺规程的配方胶料生产任务，本智能控制系统就自动获取新配方胶料的混炼工艺规程，并把获得的混炼工艺规程输入智能控制系统中的自动控制生产部分中；当输入配方胶料生产任务时，智能控制系统把原已有混炼工艺规程和质量预测与控制方法调入而进行生产；在生产出每批混炼胶的同时，给出混炼胶的质量指标——粘度和分散度；给出每批混炼过程曲线图、有关参数及混炼胶过程主要参数并进行储存备用；当某种配方胶料生产一定数量或时间后，本智能控制系统自动取出有关参数，对该配方胶料的混炼工艺进行自动优化，并把结果存储在智能控制系统中备用；当输入试验性配方胶料的混炼工艺时，本智能控制系统进行试验性混炼工艺生产后，就进入半自动优化程序，同时把优化的混炼工艺规程存储在智能控制系统中备用。
3、按权利要求2所述的密炼机橡胶混炼智能控制方法，其特征在于所述的自动获取新配方胶料混炼工艺规程方法是当需要生产的配方胶料任务输进智能控制系统中，原并无混炼工艺规程时，本智能控制系统的屏幕上呈现一个框图，要求输入该配方胶料的各种配合剂的种类和数量、所要求的混炼胶的质量指标——即粘度、分散度以及对密炼机的技术特性的要求，如密炼机的类型、编号、填充系数、密炼机转数、压砣压力等特性，若对密炼机技术特性没有输入要求，本智能控制系统将根据所在工厂自身实际情况自动选择密炼机；当上述该配方胶料的各种参数输入结束，智能控制系统将自动确定密炼机的编号、类型、填充系数、转数、压砣压力等特性参数，再根据确定的密炼机来决定投料重量、各种生胶和配合剂每批投料重量可划规为五类，即各种生胶、填料——填料I和填料II、油料、各种小料、硫化剂和促进剂，再归类按工艺规程要求投入密炼机中；并可根据配方胶料性能要求和密炼机的技术特性来选择确定各段的混炼工艺规程；到此自动获取新配方胶料混炼工艺规程完成，存储于智能控制系统中待用。
4、按权利要求2所述的密炼机橡胶混炼智能控制方法，其特征在于所述的混炼胶质量——粘度、分散度预测与控制方法是按每种胶料建立数学模型或按密炼机建立数学模型，在给定生产任务时指定选用某种方法进行混炼胶质量预测与控制，指定后，在生产过程中，即按指定方法进行预测；按每种胶料建立的预测数学模型，在每批混炼结束时，智能控制系统读取混炼过程的总能量消耗、总时间、结束时的混炼瞬时功率，再经过数学模型的运算即可给出粘度值和分散度值；若要求进行控制，则根据工艺规程规定达到某能量值、温度值或时间值后，智能控制系统不断的检测瞬时功率值，达到工艺规程根据混炼胶性能规定的某值后，控制系统即结束混炼；按密炼机建立的数学模型预测，则在每批混炼结束时，智能控制系统读取混炼过程的总能量消耗、总时间、结束时的混炼瞬时功率外，还需根据需要读取胶料的填充系数、密炼机转数等参数，经过数学模型运算即可给出粘度值和分散度值；同样，若要求进行控制，则根据工艺规程规定达到某能量值、温度值或时间值后、智能控制系统不断的检测瞬时功率值，达到工艺规程根据混炼胶性能规定的某值后，控制系统即结束混炼。
5、按权利要求2所述的密炼机橡胶混炼智能控制方法，其特征在于所述的密炼机橡胶混炼工艺自动优化与半自动优化方法是在该台密炼机生产除特别设定外的任何一种胶料，本智能控制系统都确定每周随机抽取50批数据，若一周内不足50批，则混炼够50批后才抽取数据，这些数据应包括混炼消耗的总能量、总时间、结束混炼时的瞬时功率、混炼胶温度以及各投料段或操作时的能量、时间、温度、瞬时功率等；本智能控制系统对预测的混炼胶的粘度、分散度或输入的实测的混炼胶粘度、分散度进行基本统计分析和计算质量的合格率，合格率未达到所输入的规定的要求，则以提高合格率为主要优化目标，若以达到规定要求，则以提高效率——节时或节能为优化目标，确定优化目标后与各参数进行相关分析，找出影响优化目标的主要参数；本智能控制系统根据主要参数和优化目标进行优化正交设计，求得优化结果，并进行各项指标检验，若均获通过则优化结果成立，并将其与现有工艺规程比较，若基本相同，则现有工艺规程仍可使用，若优化结果不同，则需调整工艺规程，并将其结果存储在智能控制系统数据库中备用或是直接修改工艺规程；对需要试验不同操作步骤和参数值的优化工艺，需采用半自动优化方法，即将试验性优化方案，包括操作步骤、参数数值、试验批数等输入智能控制系统，密炼机按试验性方案进行工艺试验，并采集混炼试验过程中的各项参数数值和预测的混炼胶质量——粘度、分散度或输入的实测质量指标，本智能控制系统根据试验优化目标与采集的参数进行相关分析，找出影响优化目标的主要参数，进行优化正交设计，求得优化结果，并进行各项参数检验，若均获通过，则优化结果成立，并将其存储于本智能控制系统数据库中备用。
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