基于串口服务器的胶囊硫化机的监控系统

刘鹤　王化建　赵聪聪　张刚曲阜师范大学工学院



基于串口服务器的胶囊硫化机的监控系统

刘鹤王化建赵聪聪张刚
曲阜师范大学工学院

摘要：针对轮胎胶囊硫化各车间所用PLC生产厂家不同、通信协议具有排他性等问题，本设计采用先进的标准工业以太网对控制系统实现组网。本文主要介绍胶囊硫化机监控系统的硬件组成、上位机监控设计和基于串口服务器的组网方式。运行结果证明，该系统稳定性、可靠性高，易于操作，大大提高了轮胎胶囊硫化效率。

关键字：PLC 串口服务器 组网 胶囊硫化机

在轮胎生产中，轮胎胶囊的质量对于轮胎的质量和寿命至关重要。而温度、压力和时间是生产过程中影响轮胎胶囊质量的3个关键因素.所以对于轮胎胶囊硫化过程中的关键因素的实时监控就变得极为重要。通常采用分布式PLC控制系统监控轮胎胶囊硫化过程，由于各PLC生产厂家通信协议具有排他性，而且采用串口组网方式存在传输距离短、通信速率低、维护困难等问题，因此我们采用先进的标准工业以太网对控制系统实现组网。这提高了系统的稳定性和可靠性，也使得硫化工艺参数得到精确的控制。

1　轮胎胶囊生产工艺介绍

若想要得到优质轮胎使用性能，胶囊硫化是最重要的一道工序。在硫化过程中，胶囊需经过反复不断的拉伸和膨胀、收缩等变形，还得经受剧烈的升温与冷却。其过程为先将胶料通过一定加工制成半成品，再经过一段时间的化学作用，将其半成品制成所需轮胎胶囊。就轮胎硫化胶囊生产工艺来说，在国内，现行胶囊生产工艺主要有：（1）单囊模压生产工艺流程为：橡胶原材料→炼胶→压片→裁断→模具→装模→硫化机硫化→产品。（2）单囊注射生产工艺流程为：橡胶原材料→炼胶→压片→裁断 →注射到模具成型→硫化→产品。（3）移模注生产工艺流程为：橡胶原材料→密炼→压片→裁断→ 注射到模具成型→移模集中硫化→产品。

2　系统的总体概述

控制柜实现对于各个生产过程中压力、温度、 时间进行实时采集处理然后将数据进行上传。系统底层通过单线连入串口服务器完成串口协议到 TCP/IP协议的转换，转换后的数据信号经高性能交换机集线后传输到控制中心，经组态软件解析后完成对生产信息的监控。

3　系统组成与硬件结构

本系统主要包括输入部分、输出部分、控制部分、通讯部分。（1）输入部分：硫化机输入有按钮，行程开关，控制面板，传感器等。工作人员可以通过控制 面板上的按钮，来直接控制硫化机的生产过程。传感器采得的数据经转换后，为PLC对温度和压力进行控制和显示提供模拟输入。（2）输出部分：硫化机输出有电磁阀、指示灯和报警电铃等。通过PLC的输出信号，控制动作元件，实现硫化机的动作。LCD可以显示硫化机内部的压力、温度等工作状态，使操作人员能够监控硫化机的工作。（3）控制部分：包括A/D转换单元、PLC控制单元、输入输出扩展单元三部分。A/D转换单元：能将传感器传送来的模拟量转换为数字量送给PLC 处理。PLC控制单元：通过内部程序的运算，将输出控制信号。利用上位机、下位机通讯模块，PLC 把现场采集到的各项数据传送给上位机进行处理，并从上位机处接收执行命令和相应的数据，启动自动控制过程或直接控制现场的设备。输入输出扩展单元：扩展PLC控制单元的输入输出点数。（4）通讯部分：采用串行通信方式，分散的 PLC通过RS485接口连接到串口服务器组上，再将串口服务器通过高性能交换机连接到控制中心的计算机上，利用软件可方便地对硫化机进行程序输入、输出、修改、监控等。上位机将会循环采集下位机的数据和状态，并将其实时显示在监控画面中。

4　系统的软件设计

4.1上位机监控系统设计

系统的上位机监控程序选用组态程序软件包KINGVIEW6.55，画面为256色Windows平台。这个软件包由TOUCHEXPLORER、TOUCHVIEW、 DDE服务程序等主要部分组成，分别负责、系统工程的建立、监控画面的制作，监控画面的运行，以 及系统中工控机和PLC之间的数据通讯。监控系统分为设置部分、监控部分与数据库查询部分三个部分。

（1）在设置画面中，系统管理人员可以进行参数 设定、实时数据的收集处理和显示及命令控制界面。

（2）在监控画面中，会将上位机采集的每台硫化机的相关生产数据实时显示在画面中，完成数据的采集、处理；并以报表的形式输出采集到的数据。

（3）在数据库查询画面中，用可以针对控制系统投入运行以来的硫化生产情况，完成历史数据的收集处理。可以查询历史数据曲线和实时数据曲线，同时也可以查询在曲线上某一时刻的具体值。

4.2下位机软件设计

4.2.1PLC软件实现

PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC程序采用结构化编程方式编制。正常工作时执行自动程序，由编写的PLC程序自动控制硫化过程，以实现对硫化温度、压力和时间的实时监控和自动调整。当换模具或发生异常情况时，启动切换至手动程序，以此保证生产过程的正常进行，也提高生产的安全保障。考虑到硫化车间有多个，且各个车间的PLC型号或许不一，通讯方式或许不一， 所以需要串口服务器来连接并与上位机连接。

4.2.2 基于串口服务器的组网方式

基于串口服务器是业内新兴的一种工业网络解决方案。串口服务器其实是种协议转换模块。它能够提供1、2、4、8或16口的RS232或RS422/485串口界面，还有一个10M/100M的以太网接口，可在TCP/IP 网络中接入RS232/422/485串行设备，主计算机便可通过以太网采用TCP/IP协议访问被接入的终端设备。该方案结合了串口通讯的简单方便，又利用了以太网的高效稳定，同时为后续生产信息跟踪预先搭建了部分网络，是一种性价比较高的组网方式。

将串口服务器网口端与交换机相连，通过对串口服务器IP地址的设置，就能形成以太网节点。串口服务器可以连接不同型号的PLC，所以通过这种方式，不同型号的PLC可以方便的连接到以太网上。本系统采用工业以太网实现1个主控站与多个PLC车间之间的远程传输。主控站对全场实施集中管理，控制现场由多个PLC车间和现场仪表对各过程进行分散控制。串口服务器选用的是台湾MOXA的NPort-5630。

目前，它被广泛应用于各类串口设备和以太网连接方案中，提供了16个RS422/485串口，用以设备拓展。使用时，用RS485连接线将串口服务器连接到各个PLC的通讯口，用网线将NPort-5630和HUB 连接，完成硬件安装。串口服务器的属性设置可以利用NPort-5630所带的软件包来完成。这样 NPort-5630为串口设备提供了便捷的传输方式以连接到以太网，且兼容性较强，还有很强的网络扩展性能。此外，NPort-5630最方便的地方是能够在串口和以太网接口之间直接进行双向传输数据。通过 NPort-5630，能够同时集中管理分散的主机系统和 串口设备，并且有效地解决了相对分散的各个其它 辅助系统与主装置DCS的通讯问题。

5　结束语

本文设计的胶囊硫化机的监控系统在山东西水 永一橡胶有限公司已投入使用，到目前为止系统正常运转一年多，实践证明该系统运行稳定可靠，提高了生产过程的安全性，大大降低了劳动强度，并为轮胎胶囊CIMS奠定了基础，具有显著的现实意义。

参考文献

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［2］张华，邢建国，苗岱江.轮胎胶囊硫化机主从控制系统开发［J］.机电工程，2009（11）：71-75.

［3］王艳芬，侯益坤.PLC应用与组态监控技术.［M］.北京理工大学出版社，2012

［4］宋伯生.PLC编程理论、算法及技巧［M］.机械工业出版社，2011

［5］陈平，郝继飞，周晓飞.基于串口服务器的供水控制器远程控制系统［J］.工矿自动化， 2011，（5）： 44-47.