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PLC在铝锅氧化生产线上的应用
    

鲍文明? 郭? 飚? 杨晓卫? 匡宇国

1? 引言
铝锅氧化是近年来发展迅速的国际上先进的铝锅制造工艺。其氧化工艺过程对低压、大电流的控制要求非常严格,对不同的工件、氧化时间、电流大小都有不同的要求,而人工操作无法保证对产量和质量的要求,而且生产现场酸、碱雾气、热水蒸气对人体健康有极大的损害。采用先进可靠的可编程逻辑控制器(简称PLC)和计算机控制技术,对氧化工艺生产线实现自动化生产,完全保证了产品的质量,保护了工人的身体健康,达到了国内先进的技术水平。
2? 系统结构
浙江台州爱士达公司是采用美国制造工艺生产的铝锅生产厂,生产的铝锅分成硬质氧化和瓷质氧化,氧化的生产工艺共有十几道流程,一个周期约50~60分钟。如图1所示。
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图1? 氧化工艺图

整个生产工艺需要对20多个槽位内的工件进行顺序控制,同时对在六个氧化槽内的工件实现电压和电流的控制,要求氧化电源必须在工件放入后再通电,氧化时按不同的工艺规定电流曲线,氧化后自动断电,并把工件吊走,整个过程由二台行车完成。
我们选用了国际上先进的PLC和工业组态软件对整条生产线进行控制。计算机实现对整条生产线的监控和管理以及对氧化电源的控制,并与PLC和氧化电源采用通讯网络连接,整个网络结构采用主从式通讯方式,将生产现场的各种数据采集到计算机显示屏上,并按控制要求将命令发送到PLC中执行。PLC控制器采用日本三菱FX系列,具有128点的逻辑输入输出,高度可靠与稳定性,极强的逻辑控制能力。控制系统结构如图2所示。
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图2? 控制系统结构图

3? 功能实现
(1)? 人机界面
整个控制系统由一台工业控制计算机实现管理与控制,主要功能有行车运行状况动画监控、温度测量、参数设置、氧化曲线记录和打印等。
在计算机画面上有动态的工艺生产线。行车位置将随不同的槽位而移动,槽位中间有时间设定和显示,鼠标移到数字上时有方框显示即可修改,可根据提示修改参数。生产工艺监控画面如图3所示。
计算机内设置了数条工艺流程,操作工可以根据不同的工件选择不同的加工过程。
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图3? 生产工艺监控画面

(2)? 温度设定
计算机上可以对封闭槽、除油、碱蚀、氧化槽进行温度自动控制,运行前必须设置好温度控制值,设置好后点击蒸汽电磁阀的控制按钮,按钮下面有电磁阀指示灯,当温度到设定时电磁阀关断。氧化冷却循环泵也同样工作。
(3)? 状态指示
行车运行时的工作状态均有显示,左、右钩,前进,后退,除了在动态行车上有方向箭头标志指示外,在设备状态栏内也有指示灯,而且变频的速度快慢变化也有显示。此外,还有其他辅助设备运行控制按钮和指示,当鼠标移动到按钮上时,点击有方框的按钮使设备启动或停止。
(4)? 氧化参数设置
氧化电源是广州擎天电气控制公司研制的PLC型硬质脉冲氧化电源,可以以通讯方式与计算机联网。该电源内部采用松下的PLC控制,具有软启动、脉冲输出、恒流输出等功能,带有触摸屏等手动操作和显示装置。铝锅在氧化前需设置好氧化电流参数,氧化时就可以自动开关机,按设定的电流运行。
氧化参数主要设置有:氧化状态、控制方式、基值电流与谷值电流、输出方式、工作方式、开机方式、开机按钮以及当前电压、电流。
(5)? 氧化电压、电流曲线图
氧化槽的电压及电流均可由计算机记录下来(10天),随时可以查阅,并设有曲线画面,可以通过调整时间按钮,将时间坐标放大或缩小,以便观察曲线。还可将曲线图随时打印,以便存档。
(6)? PLC配置
我们选用了日本三菱的PLC,基本功能包括数字和模拟量输入/输出、算术和逻辑运算、定时、计数、锁存、移位、比较等。扩展功能有通讯联网、数据传送、矩阵运算、PID控制、自诊断等。PLC机采用标准的积木式硬件结构和模块化的软件设计,可以适应大小不同,功能繁复的控制要求。
PLC硬件包括了主控制器和温度测量模块。PLC的前面板上设有输入状态、输出状态、运行指示灯。其右侧扩展了两个温度测量模块,供测量7个槽的温度显示和控制使用,温度传感器采用PT-100热电阻。
为了使控制达到速度快而且定位准确,行车上的行走和上、下电机均由变频器控制调速,PLC内具有计算功能,我们根据行车的控制规律,开发了一种模糊控制软件,控制变频器的速度,使行车快速稳定的工作。
4? 系统软件配置
(1)? 系统软件采用了Microsoft的Windows98,其通用性好、功能强。
(2)? 工控软件我们选用了国内产品―“组态王”,该软件有如下特点:
?? 人机界面丰富,组态方便,集成的开发环境,编程效率高,尤其是可以自定义的菜单,使整个画面具有Windows的风格,操作起来方便、直观。
?? 强大的控制语言,除了方便的组态画面外,内部的命令语言采用了C语言,能基本满足控制的要求,内嵌的控制功能构件,如温控曲线构件、X-Y曲线构件、PID控件等使用极其方便。
?? 采集和显示,保存数据的功能完善,将过程变量的每一次变化精确的记录到历史数据库中,任何时候都可以显示实时曲线、历史曲线,并且打印出来作为保存备查。
?? 通讯能力强,“组态王”能与各种PLC和智能仪表进行通讯,其数量品种已达到400多种。还可以与各种计算机相连,组成一个企业的分布式管理网络。在重要的生产场合具有冗余的的能力。
(3)? PLC的控制软件采用的是三菱的FX-GPWIN梯形图编程语言,模块化编程方法,共分成三大模块:
①? 工件流程模块:主要完成工件的从挂件开始,按槽位轮流工作,直到工件下挂为止的全过程。
②? 氧化控制模块:完成氧化电源的通讯,采集,设定,按工艺要求的曲线对电源电压、电流进行控制。
③? 温度控制模块:对所需要的槽位进行温度检测,并按一定规律对相应的蒸汽、冷却泵等控制开停。
5? 现场抗干扰措施
PLC在现场投运后,由于整个生产线较长,现场的信号线,变频输出到电机的驱动线,都在同一根可以移动的扁平电缆内与行车相连,信号线上的干扰比较严重,虽然PLC的输入是采用了光电隔离,但对强烈的干扰仍无法消除。为解决该问题,我们在PLC的输入端加装一个滤波电容。但该电容的选择必须注意,容量不可太大,否则影响现场的开关响应速度,也不可太小,否则达不到滤波效果,因此应根据实际情况进行调整。
6? 结语
铝锅氧化自动生产线采用了计算机控制技术和PLC控制相结合的方法,大大提高了生产效率,减轻了工人的劳动强度以及对工人身体健康的危害。这种控制技术,其总体上的技术性能已与DCS控制系统相辅相成,尤其在各种中小型的控制工程中,如电镀生产线、发电厂、污水处理等行业均得到广泛应用。

收录时间:2013年09月28日 03:01:40 来源:工业360 作者:匿名
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