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PLC在铝锅氧化生产线上的应用
jiang_0514 发表于 2009/3/31 12:12:22 1311 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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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。
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。
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。
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。