基于可編程邏輯控制器的電鍍工藝參數(shù)自動(dòng)化監(jiān)控

袁 忠

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程實(shí)訓(xùn)中心，四川 成都610100）

0 前言

電鍍的工藝流程繁瑣，其中涉及的參數(shù)多，并且各參數(shù)的影響機(jī)制復(fù)雜。為了獲得良好的電鍍質(zhì)量，必須嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，同時(shí)控制各參數(shù)介于合理范圍內(nèi)。在電鍍生產(chǎn)中，出于成本和操作性等方面的考慮，工藝參數(shù)的監(jiān)控多是借助繼電器以半自動(dòng)化控制的方式實(shí)現(xiàn)［1-2］。對(duì)繼電器控制系統(tǒng)而言，雖然可滿足功能要求，但可靠性差、故障率高、維護(hù)不便且可擴(kuò)展性受限是其明顯的缺陷。

可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）因具有可靠性高，通用性、適用性和抗干擾性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好等突出優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)控制領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。在電鍍生產(chǎn)中，PLC可提高系統(tǒng)的可靠性、自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。截至目前，已有部分文獻(xiàn)報(bào)道［3-6］。本文以PLC為控制核心，介紹其在電鍍實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，對(duì)部分關(guān)鍵工藝參數(shù)實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)控，并對(duì)監(jiān)控效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和評(píng)定。

1 監(jiān)控原理

基于PLC的電鍍工藝參數(shù)監(jiān)控原理，見(jiàn)圖1。

圖1 基于PLC的電鍍工藝參數(shù)監(jiān)控原理

（1）鍍液溫度監(jiān)控

鍍液溫度在電鍍過(guò)程中發(fā)揮著多重作用，直接影響電鍍質(zhì)量。為此，控制鍍液溫度介于合理范圍內(nèi)尤為關(guān)鍵。鍍液溫度監(jiān)控由PLC控制中間繼電器的通斷進(jìn)而間接控制加熱管的工作與中斷予以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合實(shí)例說(shuō)明，設(shè)定45℃為鍍液目標(biāo)溫度，由溫度傳感器監(jiān)測(cè)，經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換處理讀入到PLC中。考慮到溫度梯度效應(yīng)勢(shì)必導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果存在一定誤差，故留出2℃的波動(dòng)幅度。當(dāng)模擬量信號(hào)反饋溫度低于43℃時(shí)，PLC即刻發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，中間繼電器接通，加熱管處于工作模式。而一旦反饋溫度高于45℃時(shí)，PLC則即刻發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，中間繼電器斷開(kāi)，加熱管則處于關(guān)停模式。如此往復(fù)循環(huán)，參見(jiàn)圖2。

（2）鍍液攪拌監(jiān)控

對(duì)電鍍工藝而言，鍍液攪拌不可或缺。電極過(guò)程所需反應(yīng)物質(zhì)的傳輸運(yùn)送依賴于攪拌所產(chǎn)生的系列效應(yīng)的助推。然而攪拌分多種實(shí)現(xiàn)方式，方式不同，引發(fā)的效果差異明顯。超聲波攪拌已被證實(shí)是一種有效的鍍液攪拌方式。故本文以超聲波攪拌為例，闡述鍍液攪拌的PLC監(jiān)控原理。

圖2 鍍液溫度PLC監(jiān)控原理圖

在電鍍過(guò)程中，超聲波攪拌采用啟動(dòng)間歇循環(huán)的模式，即以攪拌300s、停歇30s為單周期循環(huán)。圖3為鍍液攪拌PLC監(jiān)控原理圖。圖4為鍍液攪拌PLC監(jiān)控梯形圖。結(jié)合圖3和圖4可知：借助PLC系統(tǒng)內(nèi)部集成的計(jì)時(shí)器模塊，當(dāng)觸點(diǎn)K1閉合，計(jì)時(shí)開(kāi)始，啟動(dòng)超聲波攪拌。待到設(shè)定時(shí)限，觸點(diǎn)斷開(kāi)，超聲波攪拌停歇，但仍持續(xù)計(jì)時(shí)，延續(xù)下一周期。

圖3 鍍液攪拌PLC監(jiān)控原理圖

圖4 鍍液攪拌PLC監(jiān)控梯形圖

（3）鍍液pH值監(jiān)控

同樣作為關(guān)鍵工藝參數(shù)，鍍液pH值的監(jiān)控也極為重要。隨著電鍍過(guò)程進(jìn)行導(dǎo)致的pH值過(guò)高或過(guò)低，均會(huì)對(duì)最終結(jié)果造成不良影響。圖5為鍍液pH值PLC監(jiān)控原理圖。相比較而言，與鍍液攪拌的監(jiān)控原理略有不同。該子系統(tǒng)中無(wú)需借助中間繼電器，且pH計(jì)扮演著鍍液pH值監(jiān)測(cè)元器件的角色，而非PLC信號(hào)執(zhí)行器件的角色。另外，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果超出設(shè)定區(qū)間時(shí)，以模擬量形式讀入PLC中的信號(hào)通過(guò)蜂鳴器反饋輸出，提示工藝參數(shù)處于異常狀況，需應(yīng)對(duì)解決。

圖5 鍍液pH值PLC監(jiān)控原理圖

2 實(shí)驗(yàn)評(píng)定

參照?qǐng)D1所示原理將執(zhí)行元器件、中間繼電器及PLC等相連，對(duì)PLC的監(jiān)控效果進(jìn)行評(píng)定。在電鍍實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用PLC監(jiān)控系統(tǒng)，鍍液溫度、鍍液攪拌和鍍液pH值等關(guān)鍵工藝參數(shù)的監(jiān)控實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無(wú)延時(shí)切換。同樣，也可獲得較理想的電鍍質(zhì)量，如圖6所示。

圖6 PLC監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用與否獲得的電鍍質(zhì)量對(duì)比

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