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鮑文明  郭  飚  楊曉衛  匡宇國

1  引言
鋁鍋氧化是近年來發展迅速的國際上先進的鋁鍋制造工藝。其氧化工藝過程對低壓、大電流的控制要求非常嚴格，對不同的工件、氧化時間、電流大小都有不同的要求，而人工操作無法保證對產量和質量的要求，而且生產現場酸、堿霧氣、熱水蒸氣對人體健康有極大的損害。采用先進可靠的可編程邏輯控制器（簡稱PLC）和計算機控制技術，對氧化工藝生產線實現自動化生產，完全保證了產品的質量，保護了工人的身體健康，達到了國內先進的技術水平。
2  系統結構
浙江臺州愛士達公司是采用美國制造工藝生產的鋁鍋生產廠，生產的鋁鍋分成硬質氧化和瓷質氧化，氧化的生產工藝共有十幾道流程，一個周期約50～60分鐘。如圖1所示。
 

圖1  氧化工藝圖

整個生產工藝需要對20多個槽位內的工件進行順序控制，同時對在六個氧化槽內的工件實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，氧化時按不同的工藝規定電流曲線，氧化后自動斷電，并把工件吊走，整個過程由二臺行車完成。
我們選用了國際上先進的PLC和工業組態軟件對整條生產線進行控制。計算機實現對整條生產線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絡連接，整個網絡結構采用主從式通訊方式，將生產現場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送到PLC中執行。PLC控制器采用日本三菱FX系列，具有128點的邏輯輸入輸出，高度可靠與穩定性，極強的邏輯控制能力。控制系統結構如圖2所示。
 

圖2  控制系統結構圖

3  功能實現
(1)  人機界面
整個控制系統由一臺工業控制計算機實現管理與控制，主要功能有行車運行狀況動畫監控、溫度測量、參數設置、氧化曲線記錄和打印等。
在計算機畫面上有動態的工藝生產線。行車位置將隨不同的槽位而移動，槽位中間有時間設定和顯示，鼠標移到數字上時有方框顯示即可修改，可根據提示修改參數。生產工藝監控畫面如圖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程。
 

圖3  生產工藝監控畫面

(2)  溫度設定
計算機上可以對封閉槽、除油、堿蝕、氧化槽進行溫度自動控制，運行前必須設置好溫度控制值，設置好后點擊蒸汽電磁閥的控制按鈕，按鈕下面有電磁閥指示燈，當溫度到設定時電磁閥關斷。氧化冷卻循環泵也同樣工作。
(3)  狀態指示
行車運行時的工作狀態均有顯示，左、右鉤，前進，后退，除了在動態行車上有方向箭頭標志指示外，在設備狀態欄內也有指示燈，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，當鼠標移動到按鈕上時，點擊有方框的按鈕使設備啟動或停止。
(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型硬質脈沖氧化電源，可以以通訊方式與計算機聯網。該電源內部采用松下的PLC控制，具有軟啟動、脈沖輸出、恒流輸出等功能，帶有觸摸屏等手動操作和顯示裝置。鋁鍋在氧化前需設置好氧化電流參數，氧化時就可以自動開關機，按設定的電流運行。
氧化參數主要設置有：氧化狀態、控制方式、基值電流與谷值電流、輸出方式、工作方式、開機方式、開機按鈕以及當前電壓、電流。
(5)  氧化電壓、電流曲線圖
氧化槽的電壓及電流均可由計算機記錄下來（10天），隨時可以查閱，并設有曲線畫面，可以通過調整時間按鈕，將時間坐標放大或縮小，以便觀察曲線。還可將曲線圖隨時打印，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、算術和邏輯運算、定時、計數、鎖存、移位、比較等。擴展功能有通訊聯網、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、輸出狀態、運行指示燈。其右側擴展了兩個溫度測量模塊，供測量7個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，我們根據行車的控制規律，開發了一種模糊控制軟件，控制變頻器的速度，使行車快速穩定的工作。
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品―“組態王”，該軟件有如下特點：
?  人機界面豐富，組態方便，集成的開發環境，編程效率高，尤其是可以自定義的菜單，使整個畫面具有Windows的風格，操作起來方便、直觀。
?  強大的控制語言，除了方便的組態畫面外，內部的命令語言采用了C語言，能基本滿足控制的要求，內嵌的控制功能構件，如溫控曲線構件、X-Y曲線構件、PID控件等使用極其方便。
?  采集和顯示，保存數據的功能完善，將過程變量的每一次變化精確的記錄到歷史數據庫中，任何時候都可以顯示實時曲線、歷史曲線，并且打印出來作為保存備查。
?  通訊能力強，“組態王”能與各種PLC和智能儀表進行通訊，其數量品種已達到400多種。還可以與各種計算機相連，組成一個企業的分布式管理網絡。在重要的生產場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始，按槽位輪流工作，直到工件下掛為止的全過程。
②  氧化控制模塊：完成氧化電源的通訊，采集，設定，按工藝要求的曲線對電源電壓、電流進行控制。
③  溫度控制模塊：對所需要的槽位進行溫度檢測，并按一定規律對相應的蒸汽、冷卻泵等控制開停。
5  現場抗干擾措施
PLC在現場投運后，由于整個生產線較長，現場的信號線，變頻輸出到電機的驅動線，都在同一根可以移動的扁平電纜內與行車相連，信號線上的干擾比較嚴重，雖然PLC的輸入是采用了光電隔離，但對強烈的干擾仍無法消除。為解決該問題，我們在PLC的輸入端加裝一個濾波電容。但該電容的選擇必須注意，容量不可太大，否則影響現場的開關響應速度，也不可太小，否則達不到濾波效果，因此應根據實際情況進行調整。
6  結語
鋁鍋氧化自動生產線采用了計算機控制技術和PLC控制相結合的方法，大大提高了生產效率，減輕了工人的勞動強度以及對工人身體健康的危害。這種控制技術，其總體上的技術性能已與DCS控制系統相輔相成，尤其在各種中小型的控制工程中，如電鍍生產線、發電廠、污水處理等行業均得到廣泛應用。