数字称重传感器在胶片冷却装置中的应用

夏源隆，李化珍

(通力轮胎有限公司，山东 济宁 272100)

自从国产研制出第一台胶片冷却装置机型XPG-900以来，国产橡胶厂中轮胎设备基本上还处于单机控制，联线控制较少，总体自动化程度较低。考虑到投入大、成本高这一问题，高精度检测装置和相应的先进控制技术极少应用。要减小目前存在的差距，需在引进国外设备同时，通过对国外先进技术的消化吸收，从我国现有水平出发，努力实现技术上的不断创新。因此为了免去人工使用叉车移动胶盘到固定台秤上进行称量的步骤，减少员工劳动强度，大幅提高轮胎工厂炼胶车间的生产效率和自动化水平，采用称重传感器作为胶片冷却联动装置实现胶料自动称重的主要测量元件，实现了胶片冷却装置自动称重功能。

1 胶片冷却装置简介

胶片冷却联动装置是轮胎生产行业中的主要装置之一，与压片机或开炼机协调联动组成现代化炼胶的下辅机系统。为满足后期胶料检验出现质量问题的可追溯性、混炼胶重量统计的准确性及炼胶成本核算的便捷性，轮胎生产中通常需要对胶料叠片后的重量进行准确测量。轮胎胶料混炼生产中根据生产轮胎规格及炼胶量的不同，需要不同的工艺和配方。轮胎行业常以车数计次编发炼胶生产计划单，炭黑、橡胶、硫磺、矿物油等物质由上辅机控制按照配方设定重量进行称量并有序地加入到密炼机中进行混炼生产，密炼机混炼完成的胶料经双螺杆挤出、压片机或开炼机压延成片状输送至胶片冷却联动装置。

胶片冷却联动装置实现胶片的接取、纵切、打标、压头、浸涂隔离剂、风干冷却、取样、自动抓胶、自动进托盘、叠片存放、自动裁断、自动出胶等功能。胶片冷却装置如图1所示。

图1 胶片冷却装置

胶片冷却联动装置的接取工位负责胶片接取并输送至浸泡槽，胶片在输送至浸泡槽过程中由气缸控制的打字辊可将班次、生产日期和产品编号等信息压印在胶片上，胶片完成浸涂隔离剂后由输送带提升输送到风干工位进行冷却工作，自动抓胶装置将胶片引头放到下摆接取输送机，启动皮带，胶片即可输送至一楼自动摆胶装置，胶片需返至二楼收取时，由自动抓胶装置抓取放到上行接取输送机上，启动皮带，胶片即可夹持提升输送至二楼自动摆胶装置，胶片在摆斗和压板的共同作用下以 “Z” 字型自动摆放在胶片托盘上。

2 胶片冷却装置自动称量简介

自动称量功能是指在胶片冷却联动装置的胶片托盘升降工位加装称重传感器，采集托盘上的胶片重量数据，通过与上位机设定的车次收胶要求重量对比，在误差允许范围内满足重量设定要求后，胶片冷却联动装置的PLC对自动裁断装置上裁刀发出动作信号裁断胶片，并将采集到的胶片重量数据通讯给上位机记录。

结合胶片冷却装置胶片整理收集工位机械震动大、密炼生产要求的可连续性、密炼车间大功率设备较多容易产生信号干扰等工况，为达到胶料自动称重的精确度、稳定性，我们选择数字称重传感器作为胶片冷却联动装置实现胶料自动称重的测量元件。

3 数字称重传感器

数字称重传感器基于传统电阻应变式传感器发展而来，是一种先进的电子称重技术。数字称重传感器独特的A/D转换技术、数字补偿技术配合内部微处理器，克服了传统模拟传感器精度低、易损坏、称量不稳、调试繁琐等缺点，使电子称重技术又一次得到了质的飞跃，必将成为现代称重技术的应用趋势。数字称重传感器通过数字称重仪表的配合，可实现清零、去皮、清皮、打印、数据储存等功能。

一般胶片托盘上需要收集到的胶片重量达600 kg以上，为了能实现胶料称量数据的可靠性、现场生产的连续性、称量装置的可维护性，考虑到综合性价比，我们选用托利多SB-1T称重传感器、AJB-05接线盒和托利多IND331称重显示控制器配合与西门子S7-300系列PLC实现组态控制。

SB-1T称重传感器是一种高性能高量程单点式传感器，具有以下特性：安装高度低、防护等级高、综合精度高、安装方便、长期稳定性好。输出信号位模拟 型， 线 性 度 ：0.02(%F.S.）， 迟 滞 ：0.02(%F.S.），重复性 ：0.01(%F.S.），灵敏度 ：0.02，漂移 ：0.02，分辨率：0.02。

AJB-05接线盒负责汇总SB-1T称重传感器采集到的模拟量信号和调整角差。AJB-05接线盒内带有可调电阻，通过接线盒内可调电阻的调整可以使各个传感器的输出差异达到平衡状态。

IND331称重显示控制器不仅具有丰富的接口配置：PLC接口 (PROFIBUS-DP、AB RIO、DeviceNet、4～20 mA模拟量输出)、I/O接口、串口(RS232/RS485)，而且具有灵活的标定方法。在胶片冷却装置的胶片整理收集工位附近安装IND331称重显示控制器，不仅可以方便操作工实时监控称重传感器采集到的胶片重量数据，并可将重量数据实时传输给胶片冷却联动装置的PLC。

S7-300系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统该系列模块化、无排风扇结构、易于实现分布、易于用户掌握等特点，使得其成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。近年来，被广泛应用于机床、纺织机械、控制系统、楼宇自动化、电器制造工业及相关产业等诸多领域。S7-300系列PLC提供了多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/0扩展模块,使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块,并且单控制任务增加并愈加复杂。

现场采用4个SB-1T称重传感器安装在胶料托盘升降平台的四角，并联接入到AJB-05接线盒，AJB-05接线盒接线方式如图2所示。

图2 AJB-05接线盒接线方式

前期IND331称重显示控制器我们选用了4～20 mA模拟量输出选件板，IND331称重显示控制器发送4～20 mA模拟量信号给PLC，在使用过程中发现称量数据不准，与预期效果相差较大，经过查找发现电压的不稳定、电缆交织信号的干扰、外界温度的变差、传输距离的远近等一系列问题都会影响称重数据传输的准确性。为了避免车间内的信号干扰，确保传输数据可靠性，增强现场的适应性，我们对IND331称重显示控制器改用了PROFIBUS-DP选件板。

4 自动称重系统配置

4.1 硬件配置

基于现代炼胶生产线的高效率、高自动化水平要求，胶片冷却装置的联动需要各部分协调统一，有序的实现各项功能。托利多SB-1T称重传感器负责采集胶料托盘上的胶片称重信号，托利多IND331称重显示控制器负责显示称重数据，并与西门子S7-300系列PLC通过PROFIBUS-DP进行通讯。硬件配置如图3所示。

图3 硬件配置

4.2 PlD控制程序设计

PID控制,又称PID调节,在工程实际中得到广泛的应用PID控制器问世至今己有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。常规PID控制器以其算法简单,参数易于调整，稳定性好，易于工程实现等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。

针对PID控制的特点，现把PID控制算法引入到自动称重系统中，基于现场实际称重与上位机设定每盘叠片收胶重量匹配的PID控制调节程序如下：

IND331称重显示控制器将检测到的胶料重量数据信号送入胶片冷却装置PLC，与上位机设定的配方收胶要求重量进行比较，满足上位机设定重量要求后，发出裁切信号，实现胶料准确称量收集功能，称量精度在±0.2%，满足工艺要求。

5 结束语

通过数字称重传感器在胶片冷却装置中的应用，实现良好的系统可靠性和满足每个胶盘所需重量的精确性以及后期胶料统计管理工作的便捷性，从而大幅度提高生产效率和降低工厂人工成本，带来可观的经济效益。

［1］ 田帅，张玉艳，付国秀.基于数字称重传感器的计量给煤机控制系统设计[J].沈阳工程学院学报(自然科学版)，2012(04)：345～348.

［2］ 张贵明，巢淑娟.浅析数字称重传感器的发展及应用[J].电子世界，2013(09)：118.

［3］ 姚庆全，杨家润，高艳飞.模拟传感器与数字传感器之比较[J].衡器，2016(03)：36～38.

［4］ 刘尹霞，訾贵昌，葛华.数字称重传感器在电子汽车衡中的应用[J].仪器仪表标准化与计量，2007(02)：45～46

［5］ METTLER TOLEDO IND131/331称重显示控制器使用说明书.