鋼絲簾布四輥壓延生產線智能控制的研究

吳會忠，張 彬，莊 劍，施 晶

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

四輥壓延是輪胎生產制造過程中的一個關鍵工序，其生產的鋼絲簾布是保障輪胎質量穩(wěn)定性最關鍵的半成品之一，因此提升壓延簾布的質量穩(wěn)定性對保證全鋼子午線輪胎性能穩(wěn)定和降低企業(yè)原材料成本有著重要的意義[1-5]。在過程控制中壓延簾布的質量很大程度上取決于上下膠片厚度的穩(wěn)定控制，而目前國內很多輪胎生產廠家都做不到生膠源穩(wěn)定，因此每批次之間或同一批次膠料的門尼粘度的波動性很大，造成壓延過程中采用相對固定的輥距難以壓出相同品質的簾布。

為了穩(wěn)定控制簾布質量，我公司提出通過智能化來實現(xiàn)生產過程的實時調整控制。我公司與設備廠家合作，在四輥壓延生產線上引入上下膠片和簾布的厚度檢測裝置，并開發(fā)相應的控制軟件程序，通過檢測數(shù)據(jù)的反饋，對壓延主機的輥距進行實時調整，最終實現(xiàn)對四輥壓延生產過程的智能化控制[6-8]。本工作對我公司四輥壓延智能控制裝置的應用情況進行研究，以期為改善壓延工藝控制提供參考。

1 四輥壓延生產線智能控制原理簡介

四輥壓延生產線智能控制的基礎是對簾布進行檢測、反饋及控制，為實現(xiàn)這個功能，需預先進行相關檢測設備的安裝。

1.1 設備的組成與功能

四輥壓延生產線智能控制系統(tǒng)主要由膠片厚度檢測裝置、簾布厚度檢測裝置、厚度反饋分析系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。檢測設備的安裝如圖1所示。

圖1 檢測設備安裝示意

（1）膠片厚度檢測裝置。在壓延主機2#輥和3#輥上安裝電渦流傳感器和激光傳感器，通過測量膠片與輥筒的距離，分別檢測簾布覆膠前上膠片和下膠片的厚度，并將檢測數(shù)據(jù)實時反饋給控制系統(tǒng)。

（2）簾布厚度檢測裝置。在生產線合適位置安裝對射激光傳感器，通過獲取激光的返回強度計算出物體的直線位移，檢測出簾布的厚度信息和寬度信息，并將檢測數(shù)據(jù)實時反饋給控制系統(tǒng)。

（3）厚度反饋分析系統(tǒng)。將實時接收到的信息進行分析，根據(jù)軟件編制的程序，判斷信息的有效性，當不滿足條件時，將調整信號發(fā)送給控制系統(tǒng)。

（4）控制系統(tǒng)。根據(jù)接收到的信息，對主機進行相應的調整。

1.2 原理簡介

智能控制原理如圖2所示。

圖2 智能控制原理示意

簾布及膠片檢測裝置實時測量簾布及覆膠膠片的厚度，并將測量的數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用軟件程序對檢測到的簾布及覆膠膠片厚度數(shù)據(jù)進行分析，自動判斷簾布及膠片厚度的狀態(tài)，確定主機是否需要對壓延輥距進行調整，給出輥距調整的控制量及控制方向（增大、減小、不變），然后發(fā)送控制信號給主機，由主機進行輥距調整或維持不變。

簾布及膠片檢測裝置對厚度進行實時監(jiān)測，并反饋信息，從而形成測量-分析-反饋的閉環(huán)控制。

2 智能壓延設備的日常生產控制及操作

（1）配方輸入。進入管理員程序，輸入各規(guī)格的生產工藝參數(shù)，該步驟由工藝管理人員操作。

（2）配方下載。操作人員進入操作畫面，根據(jù)生產規(guī)格，確認后下載配方。

（3）智能控制。開啟智能控制后，主機根據(jù)接收到的下載配方，自動調整相關壓延參數(shù)，進入智能控制生產；在生產過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測裝置的檢測信息，對主機的參數(shù)實時進行調整，確保壓延簾布質量的穩(wěn)定。

（4）配方修正。生產結束，系統(tǒng)根據(jù)該批次簾布生產信息和質量信息，匯總計算最佳的工藝參數(shù)并進行推薦。

3 四輥壓延生產線智能控制的優(yōu)勢

智能控制系統(tǒng)根據(jù)所測部件厚度以及相應的工藝控制標準，對上下膠片進行自動調節(jié)，代替了人工反復測量以及厚度調節(jié)，解決了在生產過程中由于原材料性能波動、生產線速度調整、供膠穩(wěn)定性差異等造成的厚度變化問題，極大提升了主機調整的實時性和部件的均勻性。

4 智能控制的結果與評價

我公司引入四輥壓延生產線智能控制系統(tǒng)，在完成設備和工藝調試后，對整個壓延工藝和生產流程進行了優(yōu)化。在實施過程中，對生產的簾布進行了相關項目的評價，包括不同控制狀態(tài)下的同批次簾布的厚度極差和過程能力指數(shù)（CPK）及簾布空氣含量對比。

4.1 簾布厚度極差

人工控制與智能控制簾布厚度極差對比如圖3所示。

圖3 人工控制與智能控制簾布厚度極差對比

從圖3可以看出，對比人工控制生產狀態(tài)，四輥壓延生產線智能化控制后，簾布厚度極差由0.10～0.15 mm下降為0.08～0.11 mm，各規(guī)格簾布厚度極差均出現(xiàn)明顯下降，表明簾布的厚度均勻性得到一定程度的提升。

4.2 簾布厚度CPK

由于簾布生產數(shù)據(jù)為實時記錄，為進一步評價簾布質量，對人工控制和智能控制下的簾布厚度進行CPK統(tǒng)計分析，結果如圖4所示。

從圖4可以看出，采用智能控制后，各規(guī)格簾布厚度CPK均有了大幅度的提升，簾布厚度CPK的平均值由1.28提升到1.71，提高了33.6%。

圖4 人工控制與智能控制簾布厚度CPK對比

4.3 簾布空氣含量

智能控制實施前后相關規(guī)格簾布空氣含量的檢測值對比如表1所示。

表1 智能控制實施前后相關規(guī)格簾布空氣含量的檢測值對比 mm3·cm-1

從表1可以看出，智能控制實施后，簾布的空氣含量數(shù)據(jù)變化不明顯，智能控制不影響簾布的空氣含量值，即對膠料的滲透性沒有影響，可認為對簾布的內在質量沒有影響。

5 結語

采用四輥壓延生產線智能控制后，在保證壓延簾布空氣含量穩(wěn)定的同時，簾布厚度極差明顯減小，簾布厚度CPK有較大提高，簾布的整體質量得到很大的提升。

采用四輥壓延生產線智能控制可在確保簾布質量的基礎上適當減小簾布厚度，具有較好的經濟效益，有利于提升產品的技術含量和競爭力。