雙模硫化機(jī)故障智能診斷及報警推送淺析

鄭萬利，李剛，王忻國，陳偉，樓鑫，林元表

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

硫化機(jī)是將生胎胚轉(zhuǎn)換為成品輪胎的設(shè)備。在輪胎企業(yè)各制造工序中，硫化機(jī)數(shù)量最為眾多，設(shè)備點(diǎn)巡檢需要耗費(fèi)大量人力和時間。在應(yīng)對集中突發(fā)設(shè)備問題時，有限的保養(yǎng)人員往往顧此失彼、疲于應(yīng)付，并且故障問題只能通過人為診斷，其診斷結(jié)果難免出現(xiàn)疏漏和錯誤，容易造成故障時間延長、硫化輪胎出現(xiàn)病疵等問題。因此，如何提高設(shè)備故障診斷的時效性和準(zhǔn)確性，從被動搶修轉(zhuǎn)化為主動預(yù)防、從問題摸排轉(zhuǎn)化為信息指引，這在硫化設(shè)備運(yùn)維管理中顯得尤為重要。因此硫化設(shè)備故障的診斷分析由人工轉(zhuǎn)為智能化、信息化也成為必然趨勢。

我公司老線硫化生產(chǎn)工序180余臺B型熱板式全鋼機(jī)械式雙模硫化機(jī)，所用控制系統(tǒng)為三菱Q系列PLC，總線連接式三菱GT系列觸摸屏。通過CC_link協(xié)議組網(wǎng)使用硫化群控系統(tǒng)實(shí)時收集機(jī)臺硫化溫度、壓力、時間等工藝信息并存儲至公司服務(wù)器。我們在此基礎(chǔ)上經(jīng)過一系列改造，建立了硫化設(shè)備部分故障智能診斷及定向推送系統(tǒng)，邁出機(jī)械式硫化機(jī)智能故障診斷信息化的第一步。

1 電機(jī)剎車系統(tǒng)故障

1.1 故障原因和處理難點(diǎn)

該故障主要由開合模電機(jī)剎車盤磨損、電機(jī)聯(lián)軸器損壞引起。剎車盤及聯(lián)軸器完好性無法直接目視檢查或測量。出現(xiàn)故障時，容易造成橫梁制動失控或引發(fā)合模過位的故障現(xiàn)象。如果合模過位停止后曲柄連桿剛好處于死點(diǎn)位置，往往需要人為盤動電機(jī)，處理難度大，故障修復(fù)時間通常在幾個小時以上。

1.2 故障預(yù)判診斷

在電機(jī)剎車抱死時，利用PLC對開合模編碼器數(shù)據(jù)做出監(jiān)測。如果在剎車抱死情況下，開合模編碼器數(shù)值仍在繼續(xù)變化（超出其自身靜態(tài)誤差），即可認(rèn)為電機(jī)剎車系統(tǒng)存在問題。PLC在人機(jī)界面中彈窗（見圖1），提示維保人員需要拆開電機(jī)確認(rèn)剎車盤厚度及聯(lián)軸器完好性。

圖1 剎車失靈預(yù)警

2 外溫疏水異常

我公司硫化設(shè)備外溫疏水采用疏水罐液位節(jié)點(diǎn)控制方式，板、模溫兩路疏水管路系統(tǒng)。疏水管路布置見圖2、控制原理見圖3。

圖2 外溫疏水管路

圖3 外溫疏水控制原理

2.1 外溫疏水主要異常情況及原因

△T關(guān)=疏水切斷閥關(guān)閉，冷凝水液位從下電極上升至上電極時間；

△T開=疏水切斷閥打開，冷凝水液位從上電極下降至下電極時間；

（1）外溫冷凝積水過于緩慢，△T關(guān)的數(shù)據(jù)偏大。主要原因是疏水管路切斷閥內(nèi)漏或疏水旁通球閥未關(guān)死，該異常引發(fā)蒸汽能耗上升。

（2）外溫冷凝水排放過于緩慢，△T開的數(shù)據(jù)偏大。主要原因是疏水管路閥門堵，該異常引發(fā)冷凝水積水過多，外溫下跌不符工藝要求。

（3）外溫冷凝積水過于快速，△T關(guān)和△T開的兩個數(shù)據(jù)均偏小。主要原因是疏水罐液位上電極短路。該異常造成疏水閥頻繁開啟，影響排水閥的使用壽命。

2.2 異常診斷思路和方法

我們通過PLC監(jiān)控現(xiàn)場所有生產(chǎn)當(dāng)中模具外溫疏水閥△T關(guān)，選取9種大小不同的模具（目前輪胎生產(chǎn)規(guī)格中，215/75R17.5最小；14.00R20最大）采集20組△T關(guān)數(shù)據(jù)，見表1?，F(xiàn)場對應(yīng)機(jī)臺拆卸模溫疏水切斷閥末端法蘭時，沒有發(fā)現(xiàn)蒸汽外排。

從圖4數(shù)組中，發(fā)現(xiàn)模溫正常疏水情況下△T關(guān)均在500～800 s區(qū)間。通過同樣的方法，得出板溫正常疏水情況下△T關(guān)均在600～900 s區(qū)間，△T開的正常數(shù)據(jù)區(qū)間在5～9 s（板、模溫疏水罐體積及上下電極點(diǎn)高度差相同）。

圖4 不同模具規(guī)格模溫△T開采樣數(shù)組

在PLC數(shù)據(jù)區(qū)中設(shè)定板、模溫△T關(guān)和△T開正常疏水對應(yīng)的區(qū)間值（見圖5），并對每次實(shí)際△T關(guān)和△T開進(jìn)行監(jiān)測（保留近兩次數(shù)據(jù)）見圖6。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超出設(shè)定區(qū)間范圍，PLC給出報警信號鎖定機(jī)械手并在人機(jī)界面彈窗頁面（見圖7）。

圖5 外溫疏水報警相關(guān)時間設(shè)定

圖6 外溫疏水相關(guān)時間監(jiān)測

圖7 疏水報警彈窗

3 設(shè)備動作超時預(yù)警

雙模硫化機(jī)在正常運(yùn)作時，主要分為硫化過程和開合模生胎胚進(jìn)缸過程。硫化過程時間取決對應(yīng)的硫化工藝條件要求；進(jìn)缸過程時間取決各機(jī)臺設(shè)備狀況。所以進(jìn)缸分步驟時間的受控，是提升硫化設(shè)備有效運(yùn)轉(zhuǎn)率的另一重要手段。

機(jī)械式硫化機(jī)的進(jìn)缸操作過程動作步驟為：開?！颅h(huán)升→小車進(jìn)→上環(huán)升→下環(huán)降→小車升（卸胎）→小車降→小車退→機(jī)械手轉(zhuǎn)入→機(jī)械手下降→定型→上環(huán)降→機(jī)械手閉合→機(jī)械手上升→機(jī)械手轉(zhuǎn)出→合模。

通過PLC對各個步序動作設(shè)定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)時間，并在PLC數(shù)據(jù)區(qū)中記錄本次各分步序動作時間（保留近兩次數(shù)據(jù)）。當(dāng)記錄的分步動作時間超出標(biāo)準(zhǔn)值時，進(jìn)行標(biāo)紅提示（見圖8）。在維護(hù)人員對機(jī)械動作超時機(jī)臺做維修時，能快速查詢超時步驟和超時情況，便于針對性修復(fù)。

圖8 動作分步序時間記錄

4 開合模動作停止故障

4.1 故障原因及影響

該類故障由開合模關(guān)聯(lián)的限位開關(guān)狀態(tài)不能滿足程序邏輯條件引發(fā)。出現(xiàn)故障時，設(shè)備通常處于合模進(jìn)缸狀態(tài)，排查故障原因點(diǎn)繁瑣，且容易造成胎胚報廢。

4.2 故障診斷和信息指引

羅列開合模動作條件限位開關(guān)點(diǎn)，并在開合模過程中利用PLC監(jiān)控這些限位點(diǎn)的狀態(tài)。如果出現(xiàn)限位開關(guān)狀態(tài)不能滿足程序邏輯條件，人機(jī)界面彈窗報警畫面（見圖9）。通過彈窗顯示限位開關(guān)點(diǎn)狀態(tài)的信息指引，保養(yǎng)人員能夠直觀快速知曉故障點(diǎn)并予以修復(fù)。

圖9 開合模限位故障信息指引

5 開合模編碼器故障

我公司機(jī)械式硫化機(jī)采用角位移、絕對值、分辨率位數(shù)256的編碼器接入PLC輸入模塊來實(shí)現(xiàn)開合模位置控制。

5.1 故障原因及影響

編碼器故障主要有編碼器本身元器件故障和編碼器連接電纜故障。當(dāng)出現(xiàn)該類故障時，造成橫梁位置編碼錯誤，引發(fā)機(jī)械動作錯亂和硫化過程步序停止等狀況。由于編碼器數(shù)值跳變很快，故障難以捕捉，維修人員往往無從查起。

5.2 故障監(jiān)測及預(yù)警

現(xiàn)場實(shí)際機(jī)臺開模極限位編碼器位數(shù)26，合模極限位編碼器位數(shù)195。整個開模過程為勻速運(yùn)動，時間為46 s。可得出，橫梁運(yùn)動時編碼器正常跳變率約為0.275 s/位。PLC程序掃描周期為毫秒級別，完全可以勝任監(jiān)測編碼器每一個位數(shù)的跳變。利用PLC數(shù)據(jù)區(qū)讀取編碼器即時位數(shù)并加以監(jiān)測，并在程序中設(shè)定每個程序掃描周期讀取的編碼器位數(shù)變化絕對值不得大于1，否則PLC給出界面鎖定并顯示報警信息見圖10。維修人員可通過預(yù)警提示信息針對查處修復(fù)問題。

圖10 編碼器故障提示

6 故障信息定向推送及查詢

當(dāng)現(xiàn)場機(jī)臺有相應(yīng)故障發(fā)生時，故障信息代碼保存在機(jī)臺PLC數(shù)據(jù)區(qū)故障信息數(shù)據(jù)字中。硫化群控系統(tǒng)通過掃描獲取該數(shù)據(jù)字，將故障代碼翻譯為相應(yīng)的故障信息。通過釘釘系統(tǒng)提供的群機(jī)器人接口，將機(jī)臺故障信息定向推送到相應(yīng)的包機(jī)責(zé)任保養(yǎng)工作群（見圖11），提醒相關(guān)保養(yǎng)人員進(jìn)行故障排查和修復(fù)，同時群控系統(tǒng)將故障信息存儲在服務(wù)器中（見圖12）。另外，我們自己又開發(fā)專用軟件可對所有故障信息進(jìn)行查詢匯總及導(dǎo)出，方便故障信息收集與數(shù)據(jù)分析（見圖13）。

圖11 故障報警信息釘釘推送

圖12 故障信息推送主網(wǎng)

圖13 故障信息查詢軟件

7 結(jié)語

在上述設(shè)備故障之外，我們還實(shí)現(xiàn)了工藝溫壓報警、壓力開關(guān)故障、潤滑缺失、硫化泄壓步序內(nèi)壓過高、模塊宕機(jī)、硫化結(jié)束悶缸等故障智能診斷。由于受篇幅限制，這里不做一一闡述。在智能診斷、推送信息、查詢平臺投入應(yīng)用后，維護(hù)人員反響良好?，F(xiàn)場設(shè)備故障時間、次數(shù)、大故障均同比前一年大幅下降。雖然我們?nèi)〉昧诵┰S成果，但是在設(shè)備故障智能診斷的轉(zhuǎn)型工作上依然任重道遠(yuǎn)。