近年來，隨著新技術(shù)、新工藝的不斷應(yīng)用，尤其是在控制技術(shù)飛速發(fā)展的推動下，橡膠行業(yè)作為一個傳統(tǒng)的制造業(yè)，發(fā)生了前所未有的技術(shù)革命。與此同時，面對日益激烈的市場競爭，生產(chǎn)企業(yè)對橡膠機(jī)械自動化水平的需求也越來越高，生產(chǎn)設(shè)備的自動化應(yīng)用技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)管理中的作用愈來愈重要，不僅可以大大提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品的均一性和精確性，而且隨著企業(yè)資源管理信息化技術(shù)廣泛的推廣應(yīng)用，無論是ERP還是MES等信息化技術(shù)，都需要功能強(qiáng)大的自動化控制系統(tǒng)的支持。

自動化控制領(lǐng)域的高新技術(shù)進(jìn)步為橡膠機(jī)械生產(chǎn)制造企業(yè)提供了充分的技術(shù)支持，使得提高產(chǎn)品自動化水平和技術(shù)性能含量成為可能，而全球化橡膠市場的蓬勃發(fā)展也為自動化技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用空間。下面就國內(nèi)外橡膠機(jī)械行業(yè)自控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析和探討，進(jìn)而為橡膠行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步提供一些思路。

橡膠機(jī)械自動化控制水平的提高與其他領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展是一致的，通過自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史，我們可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析和處理，始終是自控技術(shù)發(fā)展的主題，目前，具備以下幾個方面的發(fā)展趨勢。

1 橡膠機(jī)械自動化需求越來越重要

從橡膠機(jī)械的發(fā)展歷史可以看出自控技術(shù)所起的重要作用，當(dāng)越來越多的自動化設(shè)備取代了手工生產(chǎn)設(shè)備時，不僅勞動強(qiáng)度大大降低，生產(chǎn)效率得以極大提高。而且由于減少了人為因素，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性和均一性，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到充分保證。隨著橡膠行業(yè)的快速發(fā)展，由于行業(yè)本身具有的規(guī)模效應(yīng)，生產(chǎn)規(guī)模正在逐步擴(kuò)大，特別是對產(chǎn)品質(zhì)量的要求與日俱增，橡膠生產(chǎn)企業(yè)對機(jī)械設(shè)備自動化程度的要求和依賴性就會越來越高。

由于大家普遍認(rèn)識到橡膠機(jī)械的自動化水平對手企業(yè)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的保障非常重要，橡膠生產(chǎn)企業(yè)的客戶在考察企業(yè)的生產(chǎn)能力時，往往把生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度作為一項重要指標(biāo)來考核。與此同時，為應(yīng)對在橡膠市場普遍采用的“召回”制度，橡膠生產(chǎn)企業(yè)主要依靠通過提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平，加強(qiáng)企業(yè)的信息化管理，建立完善的生產(chǎn)數(shù)據(jù)追溯體系，從而達(dá)到提高自我保護(hù)能力的目的。2 自動化控制系統(tǒng)向智能化發(fā)展

人工智能化自控技術(shù)的發(fā)展是通過新型控制模塊和先進(jìn)控制軟件技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用而展開的，如在成型機(jī)及其他關(guān)鍵橡膠機(jī)械設(shè)備中選用的Control logical 5000、Siemens S7-400系統(tǒng)允許熱插拔技術(shù)的硬件模塊，使系統(tǒng)調(diào)試，特別是維護(hù)更加方便，采用冗余功能的熱水除氧站控制系統(tǒng)，使設(shè)備運行的可靠性和安全性更高，而通過軟硬件的故障診斷和容錯技術(shù)的應(yīng)用，提高了設(shè)備的可靠性。

現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)控制軟件開發(fā)技術(shù)，如預(yù)估控制技術(shù)、模糊控制、模式識別技術(shù)在智能煉膠軟件的成功應(yīng)用將博智能煉膠技術(shù)發(fā)生巨大的變化。總之，人工智能化技術(shù)的應(yīng)用為自動化產(chǎn)品應(yīng)用帶來新的發(fā)展空間。

3 數(shù)字化自控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普及

數(shù)字化技術(shù)是以數(shù)字電子計算機(jī)硬軟件、周邊設(shè)備、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息離散化表述、定量、感知、傳遞、存貯、處理、控制、聯(lián)網(wǎng)的集成技術(shù)，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為自動控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主要推動力。

數(shù)字應(yīng)用技術(shù)具有抗干擾強(qiáng)、精度高、傳輸速度快、傳輸距離遠(yuǎn)等特點，極大地提高了信號轉(zhuǎn)換的精度和可靠性，減少了模擬信號傳輸過程中的信號衰減和信號干擾等問題，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，以及大規(guī)模集成電路的普遍應(yīng)用，加之用戶對先進(jìn)控制功能與管理功能需求的提升，為構(gòu)建統(tǒng)一的自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺創(chuàng)造了必要的條件。

數(shù)字化的傳感器、儀表、控制器在橡膠機(jī)械行業(yè)將越來越普及，新型的數(shù)字式稱重傳感器的開發(fā)將使配料系統(tǒng)中的傳統(tǒng)稱重方式產(chǎn)生新的變革，而在除氧系統(tǒng)中采用的各種數(shù)字式過程控制儀表和傳感器的應(yīng)用也將提升除氧裝置的控制與管理功能。

4 以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決“自動化孤島”問題

早期的控制系統(tǒng)采用的是集中控制方式，現(xiàn)場控制設(shè)備都是模擬信號，信號傳輸速度慢、抗干擾能力差、傳輸距離短，后來為解決這些問題，采用了一部分?jǐn)?shù)字信號，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。

在集中控制方式的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生和發(fā)展了集散式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)，由多個可編程邏輯控制器(PLC)和計算機(jī)按照“集中管理、分散控制”的概念層級構(gòu)成，實現(xiàn)了控制室與DCS從站或PLC從站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，但現(xiàn)場的控制設(shè)備，如傳感器和執(zhí)行器等，信號傳輸過程中的數(shù)據(jù)量和傳輸速度都不夠理想，而且干擾問題仍然很突出，而且各種接口和協(xié)議互不兼容，系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展非常困難。

現(xiàn)階段，隨著IEC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣應(yīng)用，在智能設(shè)備之間使用基于開放標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)建的自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)日漸成熟，設(shè)備的智能化程度越來越高，通過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線通訊接口，將現(xiàn)場的I/O設(shè)備、變頻器、傳感器和變送器可以直接連接到總線上，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)透明技術(shù)，大大提高了現(xiàn)場信息的采集和傳輸能力，而通過網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，這種系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的控制方式，性能上有了非常大的進(jìn)步，設(shè)備的運行狀態(tài)可以及時準(zhǔn)確地采集并處理后傳輸?shù)焦芾韺泳W(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備控制和生產(chǎn)管理融為一體。

如圖1(略)所示，開放的現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)成了一個強(qiáng)大的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，改變了傳統(tǒng)單一的自動化控制系統(tǒng)的控制方式，向企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的整體解決方案目標(biāo)邁進(jìn)，將設(shè)備控制和生產(chǎn)管理融為一體，使得整個車間或者全廠生產(chǎn)信息的統(tǒng)一采集和處理成為可能。“透明工廠”或者“全集成自動化”等控制技術(shù)，作為自控技術(shù)的發(fā)展潮流，正在改變著各行各業(yè)的自動化控制方式，也將促使橡膠機(jī)械的自動化控制系統(tǒng)發(fā)生巨大變革。工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線相互結(jié)合，如Ethernet/IP與ControlNet和DeviceNet、Cc-Link、Profibus與Profinet、Modbus TCP/IP和CAN總線等，在橡膠機(jī)械行業(yè)會有非常好的應(yīng)用前景。

5 系統(tǒng)的安全設(shè)計得到高度重視

現(xiàn)今社會對安全生產(chǎn)的要求越來越高，特別是國際上的安全標(biāo)準(zhǔn)，如歐盟的CE認(rèn)證和美國的UL認(rèn)證，都對機(jī)電設(shè)備的安全性提出了很高要求，而且是作為市場準(zhǔn)入的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。圖2(略)所示為歐盟關(guān)于安全風(fēng)險評估的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)EN954-1，用于確定設(shè)備的安全等級和安全技術(shù)要求。

除了通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來消除危險的隱患，自動控制系統(tǒng)也是保障系統(tǒng)安全運行的一個重要方面。安全要求雖然增大了系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)成本，但是可以有效地保證人身安全、設(shè)備安全和生產(chǎn)安全，安全性已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計的一個基本要素，今后對軟件和硬件方面的安全要求會越來越高。

通過操作者識別和權(quán)限設(shè)置保證操作的安全性，以及用于防止由于某個外部信號的干擾造成的安全風(fēng)險的程序設(shè)計，這些都是系統(tǒng)軟件開發(fā)的安全性能要求。

系統(tǒng)硬件安全性設(shè)計主要包括安全輸入和控制回路，安全輸入信號的要求是利于安全控制系統(tǒng)的故障檢測，如圖3(略)所示，包括急停按鈕、光柵、安全門、安全地毯和安全緩沖器、雙手按鈕等。控制回路根據(jù)設(shè)備安全風(fēng)險評估，確定安全等級，可以由安全繼電器、安全可編程控制器和安全總線構(gòu)成，要求具有自監(jiān)視、冗余和反饋等安全功能。通過安全控制回路的設(shè)計，采用安全器件和安全措施，現(xiàn)場設(shè)備選用安全等級電壓，并且將不同電壓等級的回路進(jìn)行有效隔離，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時可以有效地切斷負(fù)載等措施來提高系統(tǒng)的安全性能。

進(jìn)口橡膠機(jī)械的安全性相對完備，而國內(nèi)的設(shè)備制造企業(yè)在這方面起步晚，但是這幾年進(jìn)步很快，如青島軟控的配料系統(tǒng)和在線檢測系統(tǒng)已經(jīng)通過了CE認(rèn)證，并且成功進(jìn)入歐洲市場。自控系統(tǒng)軟、硬件冗余技術(shù)應(yīng)用是提高系統(tǒng)安全性的重要措施，將是今后橡膠機(jī)械行業(yè)自動化控制系統(tǒng)開發(fā)安全性保障的主要發(fā)展方向。

6 輕量化成為自控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

由于采用緊湊設(shè)計方式，使得硬件向小型化方向發(fā)展，各控制器件外形都非常小巧，損耗越來越低，而性能卻越來越高。觸摸屏等人機(jī)界面工具使操作臺變得簡潔明了，而且可以增加信息量。

近年來，以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，取代傳統(tǒng)的串口通信成為自動化系統(tǒng)通信的主流。無線局域網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用，幫助用戶實現(xiàn)移動設(shè)備與固定網(wǎng)絡(luò)的通訊或移動設(shè)備之間的通訊，作為信息系統(tǒng)內(nèi)管理收集數(shù)據(jù)的工具，它適用于各種工業(yè)環(huán)境，即使在極惡劣的情況下也能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性，如圖4(略)所示的信息技術(shù)正在改變著我們傳統(tǒng)的工作方式。在設(shè)備層則將現(xiàn)場感應(yīng)器、檢測器、PLC、讀卡器或其他設(shè)備，互相連接形成一個無線傳感器控制網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)通信協(xié)議可采用IEEE802.3來實現(xiàn)點對點傳輸方式或采用IEEE802.11實現(xiàn)一點對多點傳輸方式，也可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線Hub、無線接入站、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(wǎng)卡等來實現(xiàn)。

無線傳送技術(shù)的快速發(fā)展，無線條碼掃描儀等便攜設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，操作更加靈活。很多新型模塊，如通過紅外接口可以實現(xiàn)無線通訊的模塊，使用便攜式電腦調(diào)試可以變得更加方便，采用開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的模塊可以通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供設(shè)備運行狀況的電子郵件或者手機(jī)短信，使管理者更加及時、準(zhǔn)確和方便地了解設(shè)備的情況。

7 光電等非接觸檢測手段與視頻等先進(jìn)技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用

非接觸測量是以光電、電磁等技術(shù)為基礎(chǔ)，在不接觸被測物體表面的情況下，得到物體參數(shù)信息的測量方法。光電等非接觸檢測手段的應(yīng)用，可以解決直接測量造成的傳感器安裝困難，減少由于直接接觸被測物導(dǎo)致傳感器探頭磨損造成的隱患。

光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件，首先把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柕淖兓缓蠼柚怆娫M(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小。目前，在橡膠機(jī)械行業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛，如雷達(dá)料位計、微波料位計等用于物位測量中，全息照相技術(shù)、X光技術(shù)在輪胎檢測設(shè)備中的應(yīng)用，而成型機(jī)、裁斷機(jī)等設(shè)備也采用光電開關(guān)、光纖開關(guān)和應(yīng)用CCD技術(shù)的檢測元器件來實現(xiàn)物料檢測以及設(shè)備的糾偏功能。

實時攝像記錄可以準(zhǔn)確了解設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)過程情況，可以得到整個車間乃至整個企業(yè)全面的視頻信息，隨著千兆以太網(wǎng)技術(shù)的成熟，多攝像頭集成，對每個攝像設(shè)備獨立頻段，最優(yōu)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，優(yōu)化通訊效率，自動化平臺可隨時獲取圖像，控制云臺，進(jìn)行圖像記錄。大屏幕技術(shù)和投影技術(shù)使得操作環(huán)境更加人性化，所有信息同步顯示使管理人員對整個生產(chǎn)過程有了全面和精準(zhǔn)的掌握。對危險的或者惡劣的環(huán)境，如硫化車間和煉膠車間，特別是炭黑解包投料室、密煉機(jī)排料口、擠出壓片機(jī)等位置的實時監(jiān)控，可以使有關(guān)人員及時準(zhǔn)確地了解到這些地點的情況。

8 節(jié)能型控制設(shè)備與手段的應(yīng)用已成為必然

橡膠行業(yè)是一個能源消耗大戶，無論是從創(chuàng)建節(jié)約型社會的要求，還是從企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益來講，節(jié)能降耗是企業(yè)生產(chǎn)的一個重要目標(biāo)，而企業(yè)的能源消耗主要是在電力設(shè)備上。因此，如何有效減少電機(jī)等能源消耗就成為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器，當(dāng)今的運動控制系統(tǒng)包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。

變頻調(diào)速器，以其低廉的價格和維護(hù)成本，優(yōu)良的調(diào)速性能，很好的節(jié)能效果，在橡膠機(jī)械中的應(yīng)用前景非?？春茫貏e是近年來推出的矢量變頻器，以及具有內(nèi)置邏輯控制功能，可選配I/O卡件和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，以及帶有位置回饋的閉環(huán)控制功能的智能變頻的應(yīng)用將給橡膠機(jī)械的驅(qū)動設(shè)備帶來一次不小的變革。

需要特別指出的是，電力部門從減小線損的角度出發(fā)，希望提高供電電壓，3 kV已取消，6 kV正在淘汰中，目前正大力推行10 kV。另一方面，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，IGBT、IGCT、SGCT將扮演著主要的角色，SCR、GTO將會退出變頻器市場。變頻器將朝著大功率、小型化、輕型化的方向發(fā)展。更高電壓、更大電流的新型電力半導(dǎo)體器件將應(yīng)用在高壓變頻器中，這將給如密煉機(jī)等大型設(shè)備的驅(qū)動裝置選型提供一個新的思路。

9 以條形碼為信息載體，使工廠由單一控制技術(shù)向管控一體的整體解決方案轉(zhuǎn)化

條形碼是通過圖形來表示數(shù)字和符號信息，它用來表示標(biāo)識物本身的信息和流動信息。其特點是符號占用空間小，信息密度較大。能夠準(zhǔn)確、及時采集在生產(chǎn)、庫存、銷售過程中的一些物料、成品等庫存數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)操作數(shù)據(jù)，為決策層提供更加準(zhǔn)確信息，為計劃和決策提供可靠的依據(jù)。條形碼技術(shù)的應(yīng)用是實現(xiàn)現(xiàn)代化管理的必要手段，其優(yōu)越性是眾所周知的，無論工業(yè)領(lǐng)域如何發(fā)展+條形碼卻是實現(xiàn)工業(yè)自動化的必由之路。隨著國內(nèi)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，已有不少工廠實現(xiàn)了條形碼的銷售管理、庫存管理和生產(chǎn)過程管理。通過條碼應(yīng)用系統(tǒng)對條碼的數(shù)據(jù)采集和處理，代替了原來人工記錄信息的操作，避免了由于重復(fù)、繁瑣的人工操作所造成的信息錯錄，同時提高了工作效率，保障了信息采集的準(zhǔn)確性與及時性，為ERP決策系統(tǒng)提供了信息保障。條碼化管理通過對生產(chǎn)制造業(yè)的物流跟蹤，滿足企業(yè)針對物料準(zhǔn)備、生產(chǎn)制造、倉儲運輸-市場銷售、售后服務(wù)、質(zhì)量控制等方面的信息管理需求。

自動化是一門綜合的應(yīng)用技術(shù)，最初以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)，開發(fā)并應(yīng)用的是常規(guī)控制系統(tǒng)，主要完成設(shè)備級的自動控制，要求安全平穩(wěn)，系統(tǒng)簡單獨立;隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，通過對控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和安全化、輕量化等新技術(shù)的改造應(yīng)用，除了完成設(shè)備運行控制功能的基本要求外，還成為了企業(yè)生產(chǎn)管理，特別是設(shè)備管理的重要工具。

目前，全集成的自動化控制系統(tǒng)平臺技術(shù)已經(jīng)比較成熟，如圖5(略)所示，通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的可以靈活組合的軟、硬件平臺，將生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)(ManufactureExecute System，MES)和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning，ERP)三者有機(jī)地整合起來，由完成單一設(shè)備控制功能向整體的解決方案轉(zhuǎn)化，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)化的可擴(kuò)展設(shè)計，通用的設(shè)計開發(fā)工具，精簡的文檔資料和接口，從而降低項目周期費用，減少設(shè)備開發(fā)、調(diào)試工作量，實現(xiàn)統(tǒng)一高效的工程開發(fā)，還可以獲得更優(yōu)越的操控性，更低的培訓(xùn)成本和系統(tǒng)維護(hù)成本，更方便的使用維護(hù)條件，更少的系統(tǒng)升級費用。

這樣產(chǎn)生了廣義自動化的概念，也就是通過設(shè)備的自動化實現(xiàn)企業(yè)自動化或者稱之為管理自動化，不僅僅完成單一控制任務(wù)，而是提供整體解決方案，其目的是了解、收集和掌握設(shè)備的狀態(tài)，對車間或工廠的設(shè)備生產(chǎn)運行狀況進(jìn)行分析、處理，提高設(shè)備利用率，改善車間或工廠的生產(chǎn)指標(biāo)，從而在生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上，全面提升企業(yè)的綜合競爭力。

10 結(jié)束語

自控技術(shù)水平的提高，為橡膠機(jī)械行業(yè)創(chuàng)造了新的發(fā)展機(jī)遇，通過全集成的自動化系統(tǒng)平臺，將促使橡膠這一傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生巨大的變革，為生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)現(xiàn)代化管理目標(biāo)提供了必要條件。