鮑文明  郭  飚  楊曉衛  匡宇國

1  引言
鋁鍋氧化是近年來(lái)發(fā)展迅速的國際上先進(jìn)的鋁鍋制造工藝。其氧化工藝過(guò)程對低壓、大電流的控制要求非常嚴格，對不同的工件、氧化時(shí)間、電流大小都有不同的要求，而人工操作無(wú)法保證對產(chǎn)量和質(zhì)量的要求，而且生產(chǎn)現場(chǎng)酸、堿霧氣、熱水蒸氣對人體健康有極大的損害。采用先進(jìn)可靠的可編程邏輯控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）和計算機控制技術(shù)，對氧化工藝生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)，完全保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，保護了工人的身體健康，達到了國內先進(jìn)的技術(shù)水平。
2  系統結構
浙江臺州愛(ài)士達公司是采用美國制造工藝生產(chǎn)的鋁鍋生產(chǎn)廠(chǎng)，生產(chǎn)的鋁鍋分成硬質(zhì)氧化和瓷質(zhì)氧化，氧化的生產(chǎn)工藝共有十幾道流程，一個(gè)周期約50～60分鐘。如圖1所示。
 

圖1  氧化工藝圖

整個(gè)生產(chǎn)工藝需要對20多個(gè)槽位內的工件進(jìn)行順序控制，同時(shí)對在六個(gè)氧化槽內的工件實(shí)現電壓和電流的控制，要求氧化電源必須在工件放入后再通電，氧化時(shí)按不同的工藝規定電流曲線(xiàn)，氧化后自動(dòng)斷電，并把工件吊走，整個(gè)過(guò)程由二臺行車(chē)完成。
我們選用了國際上先進(jìn)的PLC和工業(yè)組態(tài)軟件對整條生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行控制。計算機實(shí)現對整條生產(chǎn)線(xiàn)的監控和管理以及對氧化電源的控制，并與PLC和氧化電源采用通訊網(wǎng)絡(luò )連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )結構采用主從式通訊方式，將生產(chǎn)現場(chǎng)的各種數據采集到計算機顯示屏上，并按控制要求將命令發(fā)送到PLC中執行。PLC控制器采用日本三菱FX系列，具有128點(diǎn)的邏輯輸入輸出，高度可靠與穩定性，極強的邏輯控制能力?？刂葡到y結構如圖2所示。
 

圖2  控制系統結構圖

3  功能實(shí)現
(1)  人機界面
整個(gè)控制系統由一臺工業(yè)控制計算機實(shí)現管理與控制，主要功能有行車(chē)運行狀況動(dòng)畫(huà)監控、溫度測量、參數設置、氧化曲線(xiàn)記錄和打印等。
在計算機畫(huà)面上有動(dòng)態(tài)的工藝生產(chǎn)線(xiàn)。行車(chē)位置將隨不同的槽位而移動(dòng)，槽位中間有時(shí)間設定和顯示，鼠標移到數字上時(shí)有方框顯示即可修改，可根據提示修改參數。生產(chǎn)工藝監控畫(huà)面如圖3所示。
計算機內設置了數條工藝流程，操作工可以根據不同的工件選擇不同的加工過(guò)程。
 

圖3  生產(chǎn)工藝監控畫(huà)面

(2)  溫度設定
計算機上可以對封閉槽、除油、堿蝕、氧化槽進(jìn)行溫度自動(dòng)控制，運行前必須設置好溫度控制值，設置好后點(diǎn)擊蒸汽電磁閥的控制按鈕，按鈕下面有電磁閥指示燈，當溫度到設定時(shí)電磁閥關(guān)斷。氧化冷卻循環(huán)泵也同樣工作。
(3)  狀態(tài)指示
行車(chē)運行時(shí)的工作狀態(tài)均有顯示，左、右鉤，前進(jìn)，后退，除了在動(dòng)態(tài)行車(chē)上有方向箭頭標志指示外，在設備狀態(tài)欄內也有指示燈，而且變頻的速度快慢變化也有顯示。此外，還有其他輔助設備運行控制按鈕和指示，當鼠標移動(dòng)到按鈕上時(shí)，點(diǎn)擊有方框的按鈕使設備啟動(dòng)或停止。
(4)  氧化參數設置
氧化電源是廣州擎天電氣控制公司研制的PLC型硬質(zhì)脈沖氧化電源，可以以通訊方式與計算機聯(lián)網(wǎng)。該電源內部采用松下的PLC控制，具有軟啟動(dòng)、脈沖輸出、恒流輸出等功能，帶有觸摸屏等手動(dòng)操作和顯示裝置。鋁鍋在氧化前需設置好氧化電流參數，氧化時(shí)就可以自動(dòng)開(kāi)關(guān)機，按設定的電流運行。
氧化參數主要設置有：氧化狀態(tài)、控制方式、基值電流與谷值電流、輸出方式、工作方式、開(kāi)機方式、開(kāi)機按鈕以及當前電壓、電流。
(5)  氧化電壓、電流曲線(xiàn)圖
氧化槽的電壓及電流均可由計算機記錄下來(lái)（10天），隨時(shí)可以查閱，并設有曲線(xiàn)畫(huà)面，可以通過(guò)調整時(shí)間按鈕，將時(shí)間坐標放大或縮小，以便觀(guān)察曲線(xiàn)。還可將曲線(xiàn)圖隨時(shí)打印，以便存檔。
(6)  PLC配置
我們選用了日本三菱的PLC，基本功能包括數字和模擬量輸入/輸出、算術(shù)和邏輯運算、定時(shí)、計數、鎖存、移位、比較等。擴展功能有通訊聯(lián)網(wǎng)、數據傳送、矩陣運算、PID控制、自診斷等。PLC機采用標準的積木式硬件結構和模塊化的軟件設計，可以適應大小不同，功能繁復的控制要求。
PLC硬件包括了主控制器和溫度測量模塊。PLC的前面板上設有輸入狀態(tài)、輸出狀態(tài)、運行指示燈。其右側擴展了兩個(gè)溫度測量模塊，供測量7個(gè)槽的溫度顯示和控制使用，溫度傳感器采用PT-100熱電阻。
為了使控制達到速度快而且定位準確，行車(chē)上的行走和上、下電機均由變頻器控制調速，PLC內具有計算功能，我們根據行車(chē)的控制規律，開(kāi)發(fā)了一種模糊控制軟件，控制變頻器的速度，使行車(chē)快速穩定的工作。
4  系統軟件配置
(1)  系統軟件采用了Microsoft的Windows98，其通用性好、功能強。
(2)  工控軟件我們選用了國內產(chǎn)品―“組態(tài)王”，該軟件有如下特點(diǎn)：
?  人機界面豐富，組態(tài)方便，集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境，編程效率高，尤其是可以自定義的菜單，使整個(gè)畫(huà)面具有Windows的風(fēng)格，操作起來(lái)方便、直觀(guān)。
?  強大的控制語(yǔ)言，除了方便的組態(tài)畫(huà)面外，內部的命令語(yǔ)言采用了C語(yǔ)言，能基本滿(mǎn)足控制的要求，內嵌的控制功能構件，如溫控曲線(xiàn)構件、X-Y曲線(xiàn)構件、PID控件等使用極其方便。
?  采集和顯示，保存數據的功能完善，將過(guò)程變量的每一次變化精確的記錄到歷史數據庫中，任何時(shí)候都可以顯示實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)，并且打印出來(lái)作為保存備查。
?  通訊能力強，“組態(tài)王”能與各種PLC和智能儀表進(jìn)行通訊，其數量品種已達到400多種。還可以與各種計算機相連，組成一個(gè)企業(yè)的分布式管理網(wǎng)絡(luò )。在重要的生產(chǎn)場(chǎng)合具有冗余的的能力。
(3)  PLC的控制軟件采用的是三菱的FX-GPWIN梯形圖編程語(yǔ)言，模塊化編程方法，共分成三大模塊：
①  工件流程模塊：主要完成工件的從掛件開(kāi)始，按槽位輪流工作，直到工件下掛為止的全過(guò)程。
②  氧化控制模塊：完成氧化電源的通訊，采集，設定，按工藝要求的曲線(xiàn)對電源電壓、電流進(jìn)行控制。
③  溫度控制模塊：對所需要的槽位進(jìn)行溫度檢測，并按一定規律對相應的蒸汽、冷卻泵等控制開(kāi)停。
5  現場(chǎng)抗干擾措施
PLC在現場(chǎng)投運后，由于整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)較長(cháng)，現場(chǎng)的信號線(xiàn)，變頻輸出到電機的驅動(dòng)線(xiàn)，都在同一根可以移動(dòng)的扁平電纜內與行車(chē)相連，信號線(xiàn)上的干擾比較嚴重，雖然PLC的輸入是采用了光電隔離，但對強烈的干擾仍無(wú)法消除。為解決該問(wèn)題，我們在PLC的輸入端加裝一個(gè)濾波電容。但該電容的選擇必須注意，容量不可太大，否則影響現場(chǎng)的開(kāi)關(guān)響應速度，也不可太小，否則達不到濾波效果，因此應根據實(shí)際情況進(jìn)行調整。
6  結語(yǔ)
鋁鍋氧化自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)采用了計算機控制技術(shù)和PLC控制相結合的方法，大大提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強度以及對工人身體健康的危害。這種控制技術(shù)，其總體上的技術(shù)性能已與DCS控制系統相輔相成，尤其在各種中小型的控制工程中，如電鍍生產(chǎn)線(xiàn)、發(fā)電廠(chǎng)、污水處理等行業(yè)均得到廣泛應用。