PLC技術(shù)在鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

何衛(wèi)光

設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)力的主體之一，也是企業(yè)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量、職工工作效率的保障。先進(jìn)和完善的設(shè)備是一個(gè)企業(yè)賴以生存和發(fā)展的先決條件。目前我國(guó)相當(dāng)多的企業(yè)和工廠所使用的設(shè)備是舊式設(shè)備。它們普遍都是耗能大、效率低、安全性能不高、操控繁鎖的設(shè)備，它嚴(yán)重制約了企業(yè)的生產(chǎn)能力。

所以改造企業(yè)的設(shè)備是當(dāng)前急待解決的問(wèn)題，但短期內(nèi)引入大量的新設(shè)備，所需的成本較高，也不符合企業(yè)的實(shí)情。因此，立足現(xiàn)有企業(yè)設(shè)備的基礎(chǔ)上，升級(jí)改造舊式設(shè)備，才能符合企業(yè)實(shí)際，并以此提高企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)力和工作效率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而可編程控制器是改造舊式設(shè)備的一種有效方式。筆者與科研室及企業(yè)的技術(shù)人員，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究與嘗試，證明將PLC技術(shù)應(yīng)用在鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)中是完全可行的，并使校企掛鉤的企業(yè)獲得意想不到的效果。

通過(guò)選擇FX3U-48MR型的PLC對(duì)鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)的改造，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制，并提高整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的工作性能和工人的人身健康安全，及降低機(jī)械沖擊強(qiáng)度和減少工人對(duì)系統(tǒng)維護(hù)、維修的工作量。

一、原鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)概述

1.原鋁材氧化作業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的流程具體分為8個(gè)步驟，其工藝流程如下面圖1所示：

其結(jié)構(gòu)是由江陰市紅橋起重電器廠有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為XLD、載重為1噸可以起吊6米高的電動(dòng)葫蘆手動(dòng)操作完成；其可控升降采用功率為1.5KW，3相Y接，轉(zhuǎn)速為1380r/min的錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；可控運(yùn)行電機(jī)為0.5KW。現(xiàn)針對(duì)原系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，在鋁材氧化作業(yè)中主要存在著鋁產(chǎn)品氧化質(zhì)量不穩(wěn)定，人手操作不可靠和人身安全隱患并存以及生產(chǎn)效率低等一系列問(wèn)題逐漸凸顯：

（1）筆者在帶畢業(yè)班學(xué)生參加“2+1”頂崗實(shí)習(xí)過(guò)程中，經(jīng)常在企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量分析報(bào)告會(huì)上了解到，有相當(dāng)一部分鋁產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問(wèn)題是在氧化作業(yè)部分。例如出現(xiàn)產(chǎn)品分色、碰傷、膜厚、光澤度不符合客戶要求等缺陷，這種質(zhì)量效果嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

（2）原系統(tǒng)是靠工人一只手頻煩操作電動(dòng)葫蘆，另一只手扶住鋁型材產(chǎn)品，并且要不斷注意各氧化池的溫度變化和氧化的時(shí)間等。所以工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，

（3）系統(tǒng)的工作環(huán)境較差。酸蝕產(chǎn)生的大量廢氣導(dǎo)致生產(chǎn)車間煙霧彌漫，能見度較低。由于廢氣主要成份是HF（氟化氫），且它在空氣環(huán)境中很容易生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸，是一種劇毒氣體，惡劣的空氣環(huán)境造成工人在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生疲勞或誤操作，工人人手直接氧化作業(yè)的危險(xiǎn)性較大，這將直接影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和工人的人身安全。

（4）原系統(tǒng)在鋁產(chǎn)品氧化作業(yè)的過(guò)程中都是單憑工人個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷，沒(méi)有一個(gè)連貫的系統(tǒng)性，其生產(chǎn)質(zhì)量和效率可想而知，因此原系統(tǒng)操作對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的確難以保證。

（5）系統(tǒng)的頻繁手動(dòng)升降、前后移動(dòng)和起動(dòng)、停止速度不一，而且都是慣性負(fù)載，因而機(jī)械沖擊較大。設(shè)備運(yùn)行可靠性較低。這直接影響設(shè)備使用壽命及操作人員的安全系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，最多的一天要維修上十次，因而設(shè)備故障率比較高，維修工作量比較大。

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，要從根本上解決鋁產(chǎn)品氧化質(zhì)量要求、工人操作安全性、勞動(dòng)強(qiáng)度以及設(shè)備故障率高等一系列的問(wèn)題，就必須要利用PLC作為控制裝置，以程序控制取代人手控制。因?yàn)槔肞LC技術(shù)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、編程方便，且控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)。所以對(duì)該系統(tǒng)采用PLC技術(shù)控制是必然選擇，這樣使系統(tǒng)和產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定以及實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化及半自動(dòng)化控制的目的同時(shí)，提高設(shè)備的檔次。

二、原系統(tǒng)的改造和改造后的工作原理

為了提高原有設(shè)備的利用率并考慮企業(yè)經(jīng)濟(jì)條件、改造的方便、實(shí)用性等關(guān)鍵因素，現(xiàn)對(duì)原系統(tǒng)作如下改造方案：

1.為了便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和檢修，在操作上保留原有系統(tǒng)手動(dòng)控制，并增加FX3U-48MR可編程控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)操作規(guī)范、邏輯控制和各參數(shù)的精確調(diào)整，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的接線和控制方式。

2.為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)的規(guī)范化，在原有系統(tǒng)中對(duì)每一個(gè)工藝流程進(jìn)行加裝了限位開關(guān)SQ1-SQ11，以此提升原系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性和安全性，避免了過(guò)去人手操作繁鎖并單靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷來(lái)定位，且杜絕了以往超限位發(fā)生撞車等違規(guī)現(xiàn)象，從而大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高系統(tǒng)操作的可靠性及安全系數(shù)。

3.在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用PLC增加了氧化過(guò)程的準(zhǔn)確時(shí)間控制和安裝了型號(hào)為XMTD溫度監(jiān)測(cè)裝置，避免了系統(tǒng)改造前的工人單憑肉眼看時(shí)間來(lái)決定氧化作業(yè)時(shí)間和不定時(shí)地利用溫度計(jì)測(cè)量氧化液體溫度。通過(guò)改造后的系統(tǒng)可以大大提高系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性和可靠性，減少系統(tǒng)因人為操作不規(guī)范而出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

4.系統(tǒng)改造后操作簡(jiǎn)單方便，按一下按鈕就可以讓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)氧化作業(yè)控制，這樣通過(guò)系統(tǒng)的改造不僅改善工人工作環(huán)境、降低系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備沖擊，而且減少系統(tǒng)故障率和維修工人的工作量及其安全。

5.系統(tǒng)改造后的工作原理：

（1）開機(jī)，主電路總開關(guān)QS合上和PLC通電，為系統(tǒng)手動(dòng)操作和自動(dòng)操作作準(zhǔn)備。

（2）手動(dòng)操作控制過(guò)程：按下按鈕SB2（X1）使S1置1，吊鉤上升按SB5，吊鉤下降按SB6，行車前進(jìn)按SB7，行車后退按SB8。

（3）自動(dòng)操作控制過(guò)程：按下按鈕SB3（X2）使S2置1，各種氧化液體溫度達(dá)到設(shè)定值M0為1，行車在原位，吊鉤下降在最下方時(shí)，行車后退限位開關(guān)SQ2、吊鉤下限位開關(guān)SQ4被壓下動(dòng)作，操作工人將鋁型產(chǎn)品放在掛具上，即準(zhǔn)備開始進(jìn)行氧化作業(yè)。

（4）吊鉤上升：按下啟動(dòng)按鈕SB4（X3），狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，S20置1，驅(qū)動(dòng)吊鉤電機(jī)M1得電正轉(zhuǎn)，吊鉤上升，當(dāng)碰撞到上升限位SQ3后，吊鉤上升停止。

（5）行車前進(jìn)：在吊鉤上升停止的同時(shí)，使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到S21，驅(qū)動(dòng)行車電機(jī)M2得電正轉(zhuǎn)，行車前進(jìn)。

（6）吊鉤下降：行車前進(jìn)碰撞到除油定位SQ5，使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到S22，行車前進(jìn)停止，同時(shí)繼電器KM2得電，吊鉤電機(jī)反轉(zhuǎn)，吊鉤下降。

（7）定時(shí)除油：吊鉤下降碰撞到下限位開關(guān)SQ4動(dòng)作時(shí)，使定時(shí)器T0定時(shí)1200S對(duì)鋁型產(chǎn)品進(jìn)行除油。

（8）吊鉤上升：T0定時(shí)時(shí)間到，使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到S23， KM1得電，吊鉤電機(jī)正轉(zhuǎn)，吊鉤上升。當(dāng)碰撞到上升限位SQ3后，吊鉤上升停止。

后面各道工序的順序動(dòng)作過(guò)程，依此類推。最后行車退回到原位上方，吊鉤下降到原位。若再次按下啟動(dòng)按鈕SB4，則開始下一個(gè)工作循環(huán)。其具體工作狀態(tài)流程圖如圖4所示。

6.經(jīng)過(guò)改后的系統(tǒng)，能夠在確保企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求的同時(shí)，還相應(yīng)提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益，并達(dá)到改造的預(yù)期目標(biāo)。

三、系統(tǒng)改造后PLC的輸入輸出接線圖如圖3所示

應(yīng)用PLC技術(shù)改造后的鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)線路簡(jiǎn)單、清晰，按鈕操作簡(jiǎn)便，可靠性高，能夠使鋁型產(chǎn)品氧化有較高質(zhì)量保證，操作員無(wú)需再像以前要經(jīng)常對(duì)電機(jī)采用反復(fù)的控制。改造后的系統(tǒng)不僅有利于系統(tǒng)對(duì)鋁材氧化作業(yè)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和時(shí)間的控制及工人的安全性，而且負(fù)載特性好，無(wú)沖擊負(fù)荷，降低了機(jī)械傳動(dòng)沖擊，可明顯改善鋼結(jié)構(gòu)的承載性能。在延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命同時(shí)，減少了維修費(fèi)用。

經(jīng)過(guò)PLC技術(shù)改造后的系統(tǒng)，是一種實(shí)用而有效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的目的，并使企業(yè)設(shè)備改造實(shí)現(xiàn)了小投入大回報(bào)和利益最大化的目的，從而增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

責(zé)任編輯何麗華