密煉機(jī)橡膠混煉工藝智能控制的設(shè)想

1、密煉機(jī)橡膠混煉工藝智能控制的設(shè)想馬鐵軍張海賀德化邵蓉魯(華南理工大學(xué), 廣州510641摘要論述了密煉機(jī)橡膠混煉工藝智能控制的重要性:自動(dòng)控制只有智能化才能確?；鞜捁に噧?yōu)良, 產(chǎn)品質(zhì)量合格; 指出了智能控制的條件、內(nèi)容和途徑:采用瞬時(shí)功率控制法及其控制系統(tǒng)M GK J 可實(shí)現(xiàn)混煉膠質(zhì)量自動(dòng)在線檢測(cè)和混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化等單臺(tái)密煉機(jī)混煉工藝的智能控制。關(guān)鍵詞密煉機(jī), 橡膠混煉, 智能控制, 在線檢測(cè), 工藝自動(dòng)優(yōu)化目前我國(guó)密煉機(jī)橡膠混煉的自動(dòng)控制已較普遍。就混煉自動(dòng)控制來說, 可用時(shí)間、溫度、能量和它們的組合控制, 可記錄每批膠料混煉的實(shí)際執(zhí)行值和規(guī)程給定值, 基本上沒有智能控制方面的功能。本項(xiàng)目根

2、據(jù)我們近1混煉工藝智能控制的必要性從目前國(guó)內(nèi)密煉機(jī)混煉最好的自動(dòng)控制情況看, 人為因素基本排除, 但物料的變化(采用時(shí)間、溫度和能量控制時(shí) 、工藝條件的波動(dòng), 都可使正常的工藝過程發(fā)生改變。如我們?cè)?jīng)在某廠優(yōu)化的胎面膠一段混煉工藝, 當(dāng)加炭黑后壓砣下壓到位, 功率即很快升起來(見圖1 。這是一很好的混煉工藝。但是半年后(夏天 混煉就表現(xiàn)為曲線2的形狀, 負(fù)荷升不起來, 打滑嚴(yán)重。當(dāng)延長(zhǎng)15s 后, 壓砣下壓到位, 負(fù)荷又很快升起來了。這說明了當(dāng)時(shí)好的工藝規(guī)程, 條件變了也會(huì)發(fā)生變化。又如在一時(shí)間能量組合控制規(guī)程的生產(chǎn)中, 由于冷卻水溫度和壓砣壓力波動(dòng)較大, 結(jié)果使混煉膠質(zhì)量產(chǎn)生了較大的波動(dòng),

3、到3國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。作者簡(jiǎn)介馬鐵軍, 男,31歲。工程師。1988年畢業(yè)于華南工學(xué)院(現(xiàn)華南理工大學(xué) 。從事橡膠工業(yè)自動(dòng)控制研究。在橡膠工業(yè)等刊物上發(fā)表論文20余篇。圖1胎面膠一段混煉部分功率曲線示意圖1原優(yōu)化工藝功率曲線; 2半年后的功率曲線; 3延長(zhǎng)15s 后的功率曲線快檢后才發(fā)現(xiàn)問題。從上面舉的兩個(gè)例子中可以看到:(1 當(dāng)時(shí)確定的工藝, 過了一段時(shí)間, 條件變了, 就不一定是優(yōu)良的了; (2 某些工藝條件變化, 對(duì)混煉工藝和混煉膠質(zhì)量可帶來較大的干擾; (3 規(guī)程不保證產(chǎn)品一定都可合格。因此, 在目前自動(dòng)控制條件下, 工藝是否優(yōu)良、生產(chǎn)的混煉膠是否合格仍然是一個(gè)未知數(shù)。這也是實(shí)

4、現(xiàn)了自動(dòng)控制后, 人們首先關(guān)心的問題。它的解決只能依靠控制的智能化。2實(shí)現(xiàn)智能控制的條件實(shí)現(xiàn)智能控制在自動(dòng)控制裝備和技術(shù)、傳感器的性能等方面都具備了很好的條件。主要問題在于, 以前在采用時(shí)間、溫度、能量以及它們的組合控制時(shí), 主要是依據(jù)經(jīng)驗(yàn), 而沒有正確的理論指導(dǎo), 沒有建立起各工藝參42輪胎工業(yè)1998年第18 卷幾年的研究, 就密煉機(jī)橡膠混煉工藝智能控制是否需要、目前技術(shù)上能否實(shí)現(xiàn)及如何實(shí)現(xiàn)等談一些設(shè)想。數(shù)間的數(shù)學(xué)模型, 無法把混煉過程中的各種參數(shù)聯(lián)系起來進(jìn)行綜合分析。但混煉工藝的大量試驗(yàn)工作已為此進(jìn)行了多方面的準(zhǔn)備工作。自從我們1證明了密煉機(jī)流變理論在混煉過程中大量填料添加前和各種物料混

5、合均勻結(jié)束混煉前, 物料塑性值與密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)子功率成正比是正確的以后, 結(jié)合橡膠混煉過程理論, 提出了瞬時(shí)功率控制法, 它實(shí)質(zhì)上是對(duì)物料塑性值的控制。在此基礎(chǔ)上, 給混煉過程功率曲線新的物理意義。上述內(nèi)容基本上可將混煉過程中的各參數(shù)聯(lián)系起來, 為智能控制打下了工藝?yán)碚摶A(chǔ)。與此同時(shí), 我們開發(fā)的M GK J 型密煉機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2可將混煉過程中的時(shí)間、溫新配方混煉工藝規(guī)程, 判斷現(xiàn)有工藝規(guī)程是否最優(yōu), 以及每批混煉膠是否合格等需要技術(shù)人員做的各種工作由計(jì)算機(jī)進(jìn)行。使用M GK J 型密煉機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)混煉過程進(jìn)行監(jiān)控, 一般可獲得如圖2所示的記錄圖。再應(yīng)用上述理論, 就可定性地判斷混煉

6、效率如何, 加入油料后吸收的快慢以及操作者是否遵守工藝規(guī)程等。如果上述定性的判斷能通過微機(jī)定量地進(jìn)行, 就可以說某些功能智能化了。具體的設(shè)想, 智能控制應(yīng)包含下列內(nèi)容:(1 能判明當(dāng)前生產(chǎn)工藝規(guī)程是否最優(yōu), 并指明最優(yōu)工藝條件; (2 利用混煉參數(shù)判明混煉膠質(zhì)量是否合格, 塑性值、分散度等指標(biāo)值是多少; (3 混煉膠質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析; (4 新配方混煉工藝規(guī)程制定的數(shù)據(jù)庫(kù)和方法庫(kù)等 。度、能量及功率等參數(shù)采集顯示在屏幕上, 并可儲(chǔ)存或打印出每批混煉膠的功率曲線、累積能量曲線、溫度變化曲線及有關(guān)數(shù)值。它的開發(fā)成功為智能控制打下了必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。3智能控制包含的內(nèi)容對(duì)一臺(tái)密煉機(jī)來說, 智能控制就是制

7、定圖2MGK J 型密煉機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)記錄圖1功率曲線; 2溫度曲線4實(shí)現(xiàn)智能控制的途徑根據(jù)我們近來的研究, 就如何實(shí)現(xiàn)智能控制介紹兩點(diǎn):工藝自動(dòng)優(yōu)化和質(zhì)量在線檢測(cè)。411混煉工藝的自動(dòng)優(yōu)化用微機(jī)判斷目前混煉工藝規(guī)程是否最優(yōu), 有幾種方案。我們擬采用混煉工藝自動(dòng)優(yōu)化的方案, 優(yōu)化結(jié)果與規(guī)程條件不同, 規(guī)程就不是最優(yōu)(是相對(duì)的 ; 還可具體判明差別有多大, 差別在哪里等。大家都知道, 優(yōu)化試驗(yàn)3需首先確定優(yōu)化指標(biāo), 然后選擇優(yōu)化因素和水平, 計(jì)算優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果。過去要人來確定、選擇、記錄、分析計(jì)算等的都可用微機(jī)來完成, 最好試驗(yàn)都不用做。現(xiàn)在自動(dòng)優(yōu)化工藝是要用來判明規(guī)程是否最優(yōu), 工藝優(yōu)化試驗(yàn)所需

8、數(shù)據(jù)能從使用該規(guī)程進(jìn)行日常生產(chǎn)過程中取得, 不用專門進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)想就可實(shí)現(xiàn)。我們使用M GK J 型密煉機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng), 即可獲得所需的各種數(shù)據(jù)。剩下就是要解決優(yōu)化目標(biāo)和因素、水平的劃分等問題了。從混煉膠質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析, 確定優(yōu)化指標(biāo), 如果質(zhì)量合格率尚未達(dá)到要求, 優(yōu)化指標(biāo)即可定為高質(zhì)量; 如已達(dá)到要求, 即可以提高效率或者節(jié)約能量消耗為指標(biāo)。然后根據(jù)相關(guān)分析和方差分析確定優(yōu)化因素。根據(jù)對(duì)因素?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析, 決定水平的劃分, 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì), 最后進(jìn)行結(jié)果分析。研究試驗(yàn)說明, 上述方案設(shè)想是可行的。142第4期馬鐵軍等1密煉機(jī)橡膠混煉工藝智能控制的設(shè)想412混煉膠質(zhì)量的在線檢測(cè)在線檢測(cè)方法一

9、般可分為兩大類:一類是在生產(chǎn)線上附設(shè)一快速檢測(cè)儀器; 一類是獲取生產(chǎn)線上某設(shè)備的一些加工參數(shù)的信息。目前國(guó)外是采用附設(shè)快速檢測(cè)儀器的方法。我們采用另一類方法4, 用M GK J 型密煉機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)獲取每批膠料混煉過程中的有關(guān)參數(shù)并建立數(shù)學(xué)模型, 對(duì)混煉膠的質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)前述基礎(chǔ)理論采取的具體做法是在線檢測(cè)給出5項(xiàng)指標(biāo), 即塑性值、分散度、密度、質(zhì)量綜合指標(biāo)和遵守規(guī)程指標(biāo)5項(xiàng)。其中塑性值和分散度的預(yù)測(cè)是通過相關(guān)分析和回歸分析找到具體的數(shù)學(xué)模型, 每煉完一批, 通過模型預(yù)測(cè)即可給出其塑性值。下面具體舉一例說明:用M GK J 型監(jiān)控系統(tǒng)獲得一批胎面膠混煉過程4的排料點(diǎn)(總混煉 時(shí)間t 3、混

10、煉膠溫度3、排料點(diǎn)瞬時(shí)功率P 3、總的能量消耗E 3、投填料點(diǎn)到排料點(diǎn)的能量消耗E 31、投填料點(diǎn)到投油料點(diǎn)的能量消耗E 21, 與塑性值Y 的相關(guān)分析如下:t 33P 3E 3Y E 31E 21t 31. 0000-0. 2059-0. 1192-0. 07340. 08820. 0100-0. 28543-0. 20591. 0000-0. 12770. 70340. 1479-0. 15530. 6776P 3-0. 1192-0. 12771. 0000-0. 3883-0. 9345-0. 0005-0. 2238E 3-0. 07340. 7034-0. 38831. 00000

11、. 3729-0. 09200. 8350Y 0. 08820. 1479-0. 93450. 37291. 0000-0. 08250. 1810E 310. 0100-0. 1553-0. 0005-0. 0922-0. 08251. 00000. 2834E 21-0. 28540. 6776-0. 22380. 83500. 18100. 28341. 0000從矩陣中可以看出, 塑性值Y 與排料點(diǎn)的瞬時(shí)功率P 3的相關(guān)系數(shù)接近-1(-019345 , 表示有負(fù)的近似線性關(guān)系。此外與總能量E 3的相關(guān)系數(shù)為+013729, 也有一定的相關(guān)關(guān)系。進(jìn)行回歸分析獲得該膠預(yù)測(cè)塑性值的數(shù)學(xué)模型為

12、Y =0. 788-0. 72P 3對(duì)模型進(jìn)行了有關(guān)檢驗(yàn), 均獲通過。本數(shù)學(xué)模型建立完成。5結(jié)語近年來, 我們根據(jù)這一設(shè)想進(jìn)行了一系列的研究, 證明這一設(shè)想所建立的技術(shù)方案是可行的。參考文獻(xiàn)1張海, 張生貴, 蔡群英, 等. 密煉機(jī)橡膠混煉工藝的瞬時(shí)功率控制法. 橡膠工業(yè),1993,40(6 :3482鄒明清, 蔡大楊, 張海, 等. M GK J 密煉機(jī)微機(jī)監(jiān)控儀在GK 2270型密煉機(jī)上的應(yīng)用. 輪胎工業(yè),1996,16(1 :453賀德化, 張海, 吳廣潮, 等. 直接利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)橡膠混煉工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的研究. 橡膠工業(yè),1997,44(2 :594張海, 賀德化, 李華, 等. 混

13、煉膠質(zhì)量在線檢測(cè)技術(shù)的研究. 橡膠工業(yè),1997,44(3 :160收稿日期1997211217Intelectual F aculties 2controlled Rubber Mixing ProcessM a Tiej un , Zhang Hai , He Dehua and S hao Rongl u(South China University of Science and Technology 510641Abstract It is important for good mixing process and product quality to control the proc

14、ess by intelectual faculties. The instantaneous power control and the M GK J control system are used to242輪胎工業(yè)1998年第18卷realize the intelectual faculties 2controlled rubber mixing process on single internal mixer including automatic measurement of mix quality on line and automatic optimization of mix

15、ing process.K eyw ords internal mixer , rubber mixing , intelectual faculties 2controlled , measurement on line ,automatic process optimization國(guó)外簡(jiǎn)訊12則為了提高生產(chǎn)效率和靈活性, 大陸通用公司計(jì)劃投資1億美元為其在美國(guó)的兩家輪胎廠購(gòu)置先進(jìn)的輪胎成型機(jī)。這種成型機(jī)是大陸與克虜伯聯(lián)合開發(fā)的。RPN ,1997,11,10,P2美國(guó)空軍C 25運(yùn)輸機(jī)的28個(gè)輪全部采用翻新輪胎, 每年可節(jié)約納稅人大量金錢, 自1997年10月起,Hoechst 的子公司T

16、revira 將其輪胎骨架用的高強(qiáng)力聚酯紗線價(jià)格提高7%10%, 以維持微利, 保證企業(yè)正常運(yùn)作。ERJ ,1789,2(19971996年嘉通公司位列世界第16大輪胎公司, 達(dá)到2186億美元, 純利潤(rùn)因此增長(zhǎng)65%, 達(dá)到4200萬美元。ERJ ,1789,2(1997而不犧牲飛機(jī)的安全性或使用性能。RPN ,1997,11,10,P4住友公司和固特異達(dá)成協(xié)議, 共同分享各自在世界各地的輪胎試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)施。但該協(xié)議不包括分享技術(shù)資源。RW ,2166,12(1996固特異計(jì)劃于1998年投資1500萬美元購(gòu)置設(shè)備以提高中型載重子午線輪胎和全鋼輕型載重子午線輪胎的產(chǎn)量。RPN ,1997,11,

17、17,P3米其林北美公司未來34年內(nèi)將投資10650萬美元擴(kuò)大它在諾瓦斯科舍3家工廠的生產(chǎn)量。投資主要用于增添新設(shè)備和改造老設(shè)備以及增加生產(chǎn)工人。RPN ,1997,11,17,P3錦湖與印度Tidco 投資公司計(jì)劃在印度泰米爾納德邦投資112億美元建一合資輪胎廠。該廠預(yù)計(jì)年產(chǎn)260萬條轎車子午線輪胎,40萬條輕型載重子午線輪胎。RPN ,1997,11,10,P8梅賽德斯2奔馳公司指責(zé)固特異為其A 級(jí)小型小客車提供的GT2輪胎設(shè)計(jì)不當(dāng), 造成試車時(shí)翻車。兩公司工程技術(shù)人員正討論改進(jìn)輪胎結(jié)構(gòu), 以增加胎側(cè)剛度, 解決翻車問題。RPN ,1997,11,10,P8米其林新型MXV4ZP 跑氣保用輪胎現(xiàn)有P195/60R15, P205/60R15和P225/60R163個(gè)規(guī)格, 未來幾個(gè)月還將增加3個(gè)新規(guī)格, 屆時(shí)可滿足過去5年生產(chǎn)的50%以上轎