专利名称：密炼机混炼胶质量自动在线检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是密炼机混炼胶质量自动在线检测仪，属密炼机的微机自动控制技术领域，特别涉及密炼机橡胶混炼过程的在线自动监控检测技术。
目前各式密炼机所生产的各种混炼胶，在结束混炼后，并未知道其质量是否合格，一般是在生产现场由生产操作者取样，送质量监督部门(快检站)根据有关标难方法检查可塑性(又叫塑性值，下同)、比重、硬度三指标值是否在规定的范围内，若在规定范围内，即混炼胶质量合格，若不在规定范围内，即为质量不合格。对不合格的混炼胶将根据不同情况，分别作出处理。如返回补充加工、搭配使用，降级改为其他用途，甚至报废。对质量合格的混炼胶才可进入下一道工序继续加工。由于缺乏理论指导，主要根据经验而制订的混炼工艺规程，在无系统误差的条件下，不能保证每批混炼胶质量均达合格要求。在有系统误差时，特别是人为因素干扰时，又缺乏科学有效的监督手段，不能即时发现和排除干扰。混炼胶质量的保证，只有靠混炼出胶料后检测来把关。而出胶料后，快检一般也要24小时。因此，长期来人们希望制订的混炼工艺规程能生产质量稳定合格的混炼胶；如遇意外的干扰，能即时发现或排除；实际上每批胶混炼过程与规程要求是否相同即需要有科学的监督。最后生产的每批混炼胶在混炼结束时即可得知其质量是否合格。
本实用新型的目的就是为了解决现有密炼机混炼胶在混炼过程中无在线监督检测而使质量难于保证，而研究设计一种能在混炼胶混炼过程中实现实时在线自动监控检测的密炼机混炼胶质量自动在线检测仪，以便解决长期以来人们希望通过在混炼结束即可判断每批混炼胶质量是否合格的问题，以确保混炼胶的质量。
本实用新型是通过下述的结构技术方案来实现的本密炼机混炼胶质量自动在线检测仪的结构示意图如
图1所示，它由彩色显示器1、键盘2、PC-104工业计算机3、打印机4、外围检测驱动电路箱5、机壳6相互连接构成，其相互位置及其连接关系为彩色显示器1位于机壳6内左上方，键盘2及PC-104工业计算机3位于机壳6内左边中间部位，即在彩色显示器1的下面，外围检测驱动电路箱5位于机壳6右边中间部位，打印机4位于机壳6底层；在机壳6的背部支架上安装接线座，上述大部件装上接线接插头，并与支架上安装的接线座相接插，其中外围检测驱动电路箱5中的外围检测电路通过外围检测参数信号输出线及ADT200模板的50针双列扁带插座与PC-104工业计算机3相连接，外围检测电路分别通过接线端子、D型插座及密炼机主电机的电压、电流、密炼机的开关量、模拟量信号线与密炼机相连接，PC-104工业计算机3通过ADT200模板及接线座、控制信号线与外围检测驱动电路箱5中的外围控制电路相连接，PC-104工业计算机3分别通过打印数据信号线及显示数据信号线与打印机4及彩色显示器1相连接；其中PC-104工业计算机3为软嵌套式计算机，其结构组成示意图如图2所示，它由XT PLUS CPU模板、FSI驱动模板、ADT200数据采集与控制模板、SVGA显示模板、硬盘、软盘驱动器、电子固态盘相互连接构成，其相互连接关系为XT PLUS CPU模板通过数据总线中的控制数据信号线及指令信号线与FSI驱动模板、ADT200数据采集与控制模板、SVGA显示模板、电子固态盘相连接，FSI驱动模板通过驱动信号线与硬盘及软盘驱动器相连接，ADT200数据采集与控制模板通过外围检测、控制电路的检测信号输出线、控制信号输出线与外围检测控制电路箱5中的外围检测、控制电路相连接，SVGA显示模板通过显示信号线与显示器相连接；其作用原理为XT PLUS CPU模板是本检测仪的核心，用于处理整个检测仪的数据处理，并且控制数据和指令在计算机中运行，即控制该检测仪根据给定要求而操作FSI驱动模板用于驱动硬盘、软盘驱动器，以便将数据资料储存、备份；ADT200模板是数据采集与控制模板，用于检测工业生产现场的开关量、模拟量及输出控制信号；SVGA显示模板可将XT PLUS CPU模板运算结果中需要显示的资料显示于彩色显示器上；硬盘、软盘驱动器用于存放工业生产现场数据、运算结果及读取软件、备份资料；电子固态盘用于存放本系统软件及用户程序。
外围检测控制电路箱5中的外围检测电路用于检测密炼机主电机的电压及电流信号、密炼机的开关量及模拟量信号；外围控制电路用于输出开关量及模拟量信号以达到监督、控制密炼机混炼过程的目的。外围检测电路原理图如图3所示，外围控制电路原理图如图4所示。外围检测电路由密炼机主电机功率检测电路、12路相同的开关量输入隔离电路、8路相同的模拟量输入隔离电路相并联电气连接构成。其中主电机功率检测电路原理图如图5所示，它是由功率运算器W、由红外发光二极管D1、红外光接收管T1组成的光耦合器件TLP1、晶体三极管T2、施密特触发器IC1、单稳态整形电路IC2、电阻R1～R4、电容C1共同串并联电气连接构成；某一路开关量输入隔离电路如图6所示，它是由红外发光二极管D2、红外光接收管T3组成的光耦合器件TLP2、晶体三极管T4、电阻R5～R7共同串并联电气连接构成；某一路模拟量输入隔离电路如图7所示，它由稳压二极管DW1～DW4、运算放大器IC3～IC4、光耦合器件TLP3～TLP4、晶体三极管T5、T6，电阻R8～R15、电位器RW1共同并串联电气连接构成；上述单元电路的简单工作原理如下图5所示的主电机功率检测电路其作用是将主电机的电压、电流运算产生的电磁场转换成电脉冲信号，经隔离整形后输出。其原理是来自主电机的电压、电流经功率运算器W产生电脉冲信号，光耦合器件TLP1中的红外发光二极管D1便有相应的脉冲电流流过，红外光接收管T1的集电极产生相应的高低电平变化，而导致三极管T2集电极产生相应的高低电平变化，并通过IC1的整形去驱动单稳态电路IC2，IC2输出一定宽度的脉冲信号。图6所示的开关输入隔离电路其原理是当工业生产现场开关量接通时，光耦合器件TLP2中的红外光二极管D2便有一电流流过，红外光接收管T3集电极电平便小于0.7V，该低电平使得三极管T4截止、输出一高电平信号。图7所示的模拟量输入隔离电路其原理是电路采用两个光耦合器件TLP3、TLP4以推挽方式工作，把两输入、输出特性加以合成，经反相放大器IC3放大后改变晶体管T5、T6的射极电流，并以恒流方式驱动TLP3、TLP4，由TLP3、TLP4输出的电流经由放大器IC4构成的电流——电压转换电路后，输出一模拟电压信号；外围控制电路由12路相同的开关量输出隔离电路、8路相同的模拟量输出隔离电路相并联电气连接构成，其开关量输出隔离电路与外围检测电路中的开关量输入隔离电路完全相同，其模拟量输出隔离电路与外围检测电路中的模拟量输入隔离电路完全一样，它们的工作原理也完全相同，不同的只是其输入为计算机输出的开关量信号及模拟量信号，其输出用来驱动执行机构。图3及图4所示的外围检测、控制电路的工作原理如下PC-104工业计算机的ADT200模板设置了一路快速开关量脉冲检测口DF，用于检测密炼机功率转换的快速脉冲，密炼机主电机的电压、电流通过接线端子PLUG1输入至主电机功率检测电路，主电机功率检测电路根据主电机的电压、电流换算成主电机功率消耗对应的快速脉冲信号输入给计算机以达到检测密炼机瞬时功率、累计能量的目的。ADT200模板同时设置了12路开关量输入接口，密炼机工业生产现场的开关量通断信号通过D型插座PLUG2与开关量输入隔离电路相连，隔离电路通过光电耦合器将工业生产现场开关量电信号隔离后，等效地驱动计算机开关量输入口，以达到判断密炼机运作状态的目的；ADT200模板还设置了8路模拟量输入接口，密炼机生产现场的模拟量信号通过D型插座PLUG3与模拟量输入隔离电路相连、隔离电路将工业生产现场模拟量信号线性隔离后输入给计算机模拟量接口。ADT200模板设置了12路开关量输出、8路模拟量输出。计算机将外围检测电路传送来的开关量、模拟量电信号经分析、运算后，通过外围控制电路输出具有一定驱动能力的开关量信号至D型插座PLUG5及输出具有一定驱动能力的模拟量信号至D型插座PLUG6，用来控制继电器、电磁阀、可控硅及其它执行机构。
本实用新型的在线检测过程如下它包括可塑性、分散性、比重和混炼质量综合指数的检测，它们通过本在线检测仪检测有关参数，并通过建立质量指标与有关参数的数学模型计算出有关指标的具体数字并与给定的质量指标要求对比来判断质量是否合格。(1)应用本检测仪，确定需检测的某胶种的混炼胶的可塑性、分散性、比重、混炼质量综合指数等的质量指标、投料顺序、时间、温度、能量或瞬时功率等混炼工艺规程、生胶的投料量、填料和油料量、填充系料数等；(2)将该胶种的前10批混炼胶进行快检，并将可塑性、分散性、比重的快检结果输入本检测仪；(3)本检测仪根据在混炼过程中检测到的混炼时间、混炼胶温度、混炼消耗的能量、某点的瞬时功率、平均功率等参数与输入的可塑性、分散性、比重等的快检结果数据建立数学模型；(4)建立可塑性数学模型，将混炼过程检测得到的数据与可塑性Y进行相关分析并得到相关系数最大的排料点瞬时功率Pe和相关系数较大的总时间T、总能量E、加填料前消耗的能量E1、加填料时间T1、加油料时间T2、加油料到排料消耗的能量与时间比P12等。由此可建立起如下数学模型Y＝β0+β1×Pe+β2×T+β3×E+β4×E1+β5×T1+β6×T2+β7×P12+ε，式中β0、β1、β2···β7均为待估参数，ε为随机误差。再通过回归分析建立该胶种的回归方程，并进行显著性(F)检验、相关系数(R)检验、残差检验。若高度显著、相关程度高、残差呈正态分布，则所建回归方程是适用的。若R2偏低，则回归不理想，应重新修改数学模型，增加或减少一些参数，以保证显著性(F)检验和相关系数(R)检验的结果都较为理想，使回归方程成立。可塑性数学模型的建立和检验、运算程序流程图如图8所示；(5)进行分散性数学模型的建立。分散性数学模型的建立方法与可塑性数学模型的建立基本相同，将混炼过程的有关参数与分散性快检结果进行相关分析并建立起分散性数学模型和分散性回归方程，再进行上述可塑性相同的各种检验，若检验通过，则回归方程成立，若各种检验不通过，则应重新修改数学模型，增加或减少一些参数以保证各种统计检验结果通过，再进行回归分析，使回归方程成立。分散性数学模型的建立和检验、运算的程序流程图如图9所示；(6)进行比重指标的检测，根据求混合物比重的原理进行，其数学方程D＝[(D1×W1+D2×W2+D3×W3)/W]×K，其中D为混炼胶比重，D1、D2、D3分别为生胶、填料、油料的比重，W1、W2、W3分别为生胶填料、油料的重量，W＝W1+W2+W3，K为校正系数。比重指标检测和运算程序流程图如
图10所示；(7)进行混炼质量综合指数的检测，评价偏离规程程度，若与已设定的工艺规程要求相同则为100分，偏离规程要求越远其分数值越小。混炼质量综合指数由上面所述混炼过程中检测到的混炼时间、混炼胶温度、混炼消耗的能量，某点的瞬时功率、平均功率等多种因素组成，每种因素所占的份数，由它们各自的相关系数，即它们对混炼质量供献的大小或根据经验数据决定。混炼质量数学模型建立后，可混炼该胶种多批并进行快检，并将快检结果输进混炼胶质量自动在线检测仪与该在线检测仪根据已建立的数学模型计算所得结果进行比较，若误差在所要求的范围内，则该质量指标数学模型成立，若误差超出所要求的范围，则将进行比较的有关快检结果并入前批建立数学模型数据中重新建立新的数学模型直到满足要求。混炼质量综合指数数学模型的建立及运算程序流程图如
图11所示；(8)经上述检测过程后，自动在线检测仪数据库中已储存有该胶种质量在线检测的各种数学模型，便可向在线检测仪输入当班生产的胶种、数量、生产顺序。开始混炼生产后，每批混炼结束，屏幕上便显示出质量在线检测结果并储存于该在线检测仪数据库中。每班混炼生产结束，即可打印出当班生产各批质量数据并可计算出各种平均质量综合指数和每班的平均质量指数。每周、每月可给出每班的质量综合指数和全车间的质量综合指数。
本实用新型与现有技术相比有如下的优点和有益效果(1)本实用新型独到之处，在于建立了各质量指标与工艺参数之间的数学模型，建模方法精确，且可进行自适应调整。由于工艺参数是在生产过程中即已获得，且有其与质量指标的数学关系，故使得成品胶未产出前，即已得知其质量指标，借助本在线检测仪的先进检测手段从而使得在线检测成为可能；(2)本检测仪的核心计算机，采用PC104嵌套式工业计算机，它具有使用寿命长、稳定性高、工作温度范围宽等优点，由于使用CMOS器件，功耗极低，无需散热、便于密封，使得计算机在工业环境下能可靠地工作；(3)生产现场信号的输入，计算机控制信号的输出，均采用了光电隔离技术，避免了干扰信号从一次仪表或二次仪表通过信号或电源窜到计算机内部，有效地抑制共态干扰；(4)由于PC-104工业计算机是与PC机全兼容的，所以可大量应用市面上现有的各种成熟的软件及充分调用监控BIOS，MS-DOS操作系统等全部软件资源，使得用户软件更完美；(5)由于用户软件固化在电子固态盘内，而不在硬盘上，所以避免了运行过程中各类软件故障；(6)全汉化操作，汉字引导界面，易于学习、掌握。灵活的存储、查询方式，本检测仪具有一万车左右混炼数据及配方资料的存储空间。软盘驱动器，可将混炼数据任意存盘、备份或打印，也可将资料安装在其它办公电脑上查看、分析；(7)多变、灵活的控制方式选择。混炼过程可任意分为1-6个工艺段，每段的控制参数可以由八种参数任意组合。八种参数分别是累计能量、段累计能量、累计时间、段累计时间、温度上升、温度下降、瞬时功率上升、瞬时功率下降；(8)PC-104工业计算机具有串行通讯口，可将本在线检测仪作为车间或工厂电脑网络中下级电脑，与车间级或厂级电脑通讯、参与质量控制、生产调度；(9)利用本在线检测仪，可以不用现有技术那样取少量胶料来进行检验，取样具有代表性，不受人为因素的影响。因为它是通过检测生产该批混炼胶的混炼过程的有关参数来判断混炼胶的各种质量的；(10)本在线检测仪可与全自动密炼机生产线的控制系统并用，也可在人工操作条件下单独使用来对混炼胶质量进行自动在线检测。而且本检测仪可在各种类型的密炼机上使用；(11)本检测仪是一工业微机监控仪，如需它对密炼机生产进行自动控制，只需将它的有关接口与执行机构连接即可；同时由于生产结束即知道混炼胶的质量，这样减少了混炼胶因等待检验结果而在车间的停放时间；(12)本检测仪可减少有关人员和设备投资，采用本实用新型并同时采用瞬时功率控制时，还可使混炼过程在一般条件下保持最佳状态和保证混炼胶料全部合格。这样一般可节约混炼时间10～20％，节约电能5～10％，减少原料消耗2～5％。
下面对说明书附图进一步说明如下
图1为本密炼机混炼胶质量自动在线检测仪的结构示意图，图2为本检测仪所用P4-104工业计算机的结构组成示意图；图3为本在线检测仪实施例之一的外围检测电路原理图；图4为本在线检测仪实施例之一的外围控制电路原理图；图5为主电机功率检测电路原理图；图6为某一路开关量输入(或输出)隔离电路原理图；图7为某一路模拟量输入(或输出)隔离电路原理图；图8为可塑性(塑性值)数学模型的建立和检验运算程序流程图；图9为分散性数学模型的建立和检验、运算程序流程图；
图10为比重指标检测和运算程序流程图，
图11为混炼质量综合指数数学模型的建立及运算程序流程图。图3～图4的电路原理图中PLUG1为接线端子，PLUG2～PLUG6分别为D型插座。图3的A、B、C、D点分别与图4的A、B、C、D点对应连接。
本实用新型的实施方式如下(1)按图3～图4的电路绘制印刷电路板，然后筛选元器件进行安装和简单调试，再装进箱壳内便可制成外围检测、控制电路箱。本实施例中TLP1可选6N136型光耦合器件，TLP2可选TTL117，TLP3～TLP4可选TLP521光耦合器件，IC1可选74LS132、IC2可选74LS221，IC3、IC4可选LF356N，计算机可选PC-104工业计算机；(2)再把各大部件装进机壳内，然后按
图1、图2所示及上面说明书所述的连接关系进行相应的电气连接，便可实现本混炼胶质量自动在线检测仪，然后按上面说明书的具体检测过程，便能很好实施本自动在线检测技术。
下面是具体自动在线检测实施例之一(1)首先在GK270型密炼机上安装好本实用新型——MGKJ-2型自动在线检测仪，然后输入胎面胶的由时间控制的第一段混炼规程的投生胶、中料、胶粉136公斤，加压混炼15秒后投入炭黑65公斤，经90秒后投入油料9公斤并加压继续混炼，到165秒排料压片，混炼结束。混炼胶质量指标可塑性为0.2±0.04，分散性达4级以上；(2)启动自动在线检测仪，检测如投填料、投油料、排料等工艺规程有关点的胶料温度、时间、能量消耗、瞬时功率、上顶栓压力等有关参数，记录生胶、炭黑、油料等的每批投入量，并将快检检测到的前10批的可塑性和分散性输进本自动在线检测仪，各批可塑性数值按顺序分别为0.17、0.18、0.20、0.18、0.19、0.20、0.22、0.20、0.21、0.23；各批分散性数值按顺序分别为5、5、4、4、4、5、4、5、4、4等；(3)根据输入的快检结果，工艺规程和投料量，自动在线检测仪中的工业计算机可通过如下关系式计算(a)可塑性Y1＝RPe，(Pe为排料点的瞬时功率，R为常数，当排料时如偏离150℃、上顶栓压力6.5公斤时便可进行校正)。(b)分散性D＝KPa0E(E为投填料点至投油料点的平均段功率Pa0在0.39～0.52KWA时，密炼机消耗的总能量，K为常数)；(C)比重B＝G(aWa+CWc+FWF/W)(a为生胶等胶料的比重，F为油料的比重，W为总投料重量，Wa为生胶重量，Wc为填料重量，WF为油料重量)；(d)综合质量指数M＝XM1+JM2+ZM3/3(M1为按规程操作指数，定为100，偏离规程越远，则其取值越小。M2为总能量，平均值为100，偏离越大取值越，M3为排料瞬时功率，平均值为100，偏离越大取值越小，X、J、Z为供献系数)；(4)每批混炼胶混炼结束，自动在线检测仪即给出可塑性Y1、分散性D、比重B和综合质量指数M。并继续对第11～20批的混炼胶进行快检，同时进行比较；考察两者误差是否在规定范围内，否则，将这20批快检结果重新输入进在线检测仪，并给出新的关系进行计算，直到误差在规定范围内；(5)若比重B的自动在线检测结果与快检结果比较，其误差在规定范围内，即可投入正常混炼，在一个月后检测其质量并进行质量分析统计。
权利要求1.一种密炼机混炼胶质量自动在线检测仪，其特征在于它由彩色显示器(1)、链盘(2)、PC-104工业计算机(3)、打印机(4)、外围检测驱动电路箱(5)、机壳(6)相互连接构成，其相互位置及其连接关系为彩色显示器(1)位于机壳(6)内左上方，键盘(2)及PC-104工业计算机(3)位于机壳(6)内左边中间部位，即在彩色显示(1)的下面，外围检测驱动电路箱(5)位于机壳(6)内右边中间部位，打印机(4)位于机壳(6)内底层；在机壳(6)的背部支架上安装接线座，上述各大部件装上接线接头并与支架上安装的接线座相接插，其中外围检测驱动电路箱(5)中的外围检测电路通过外围检测参数信号输出线及ADT200模板的50针双列扇带插座与PC-104工业计算机(3)相连接，外围检测电路分别通过接线端子、D型插座及密炼机主电机的电压、电流、密炼机的开关量、模拟量信号线与密炼机相连接，PC-104工业计算机(3)通过ADT200模板及接线座、控制信号线与外围检测驱动电路箱5中的外围控制电路相连接，PC-104工业计算机(3)分别通过打印数据信号线及显示数据信号线与打印机及彩色显示器相连接。
2.按权利要求1所述的密炼机混炼胶质量自动在线检测仪，其特征在于所述的PC-104工业计算机(3)是巅套式计算机，它由XT PLUS CPU模板、FSI驱动模板、ADT200数据采集与控制模板、SVGA显示模板、硬盘、软盘驱动器、电子固态盘相互连接构成，其相互连接关系为XT PLUS CPU模板通过数据总线中的控制数据信号线及指令信号线与FSI驱动模板、ADT200数据采集与控制模板、SVGA显示模板、电子固态盘相连接，FSI驱动模板通过驱动信号线与硬盘及软盘驱动器相连接，ADT200数据采集与控制模板通过外围检测、控制电路的检测信号输出线、控制信号输出线与外围检测、控制电路相连接，SVGA显示模板通过显示信号线与显示器相连接。
3.按权利要求1或2所述的密炼机混炼胶质量自动在线检测仪，其特征在于所述的外围检测电路由密炼机主电机功率检测电路、12路相同的开关量输入隔离电路、8路相同的模拟量输入隔离电路相并联电气连接构成；外围控制电路由12路相同的开关量输出隔离电路、8路相同的模拟量输出隔离电路并联电气连接构成；其中主电机功率检测电路由功率运算器W、由红外光发光二极管D1、红外光接收管T1组成的光耦合器件TLP1、晶体三极管T2、施密特触发器IC1、单稳态整形电路IC2、电阻R1～R4、电容C1共同串并联电气连接构成；开关量输入(输出)隔离电路是由红外发光二极管D2、红外光接收管T3组成的光耦合器件TLP2、晶体三极管T4、电阻R5～R7共同串并联电气联接构成；模拟量输入(输出)隔离电路由稳压二极管DW1～DW4、运算放大器IC3～IC4、光耦合器件TLP3～TLP4、晶体三极管T5、T6，电阻R8～R15、电容C2～C5、电位器RW1共同并串联电气连接构成。
专利摘要本实用新型是密炼机混炼胶质量自动在线检测仪，它由彩色显示器、键盘、PC-104工业计算机、打印机、外围检测驱动电路箱、机壳电气连接构成，它们通过机壳支架上的接线座与各部件接线插头相连接，其中检测电路通过检测信号输出线及50针双列扁带插座与计算机电气连接，计算机通过ADT200模板及接线座控制信号线与控制电路电气连接，计算机通过打印数据信号线及显示数据信号线与打印机及显示器电气连接。本检测仪能实时自动在检测且稳定性高，控制方式灵活、多变。
文档编号B29B7/02GK2267921SQ96200218
公开日1997年11月19日 申请日期1996年4月9日 优先权日1996年4月9日
发明者马铁军, 张海, 贺德化 申请人:华南理工大学