表面處理電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計實現(xiàn)

李 虹 郭 旭 陳加良

（中航工業(yè)沈陽黎明航發(fā)集團有限責任公司 沈陽）

一、引言

公司熱表處理廠原電鍍生產(chǎn)線自動化程度低、設備老化破損、故障率高，已不能滿足新機研制需求等原因，2011年提出對防滲鍍銅、鍍銅及鍍鎘生產(chǎn)線進行全面設計，要求控制方式具有手動和自動控制，每條生產(chǎn)線采用觸摸屏操作控制，操作簡捷直觀；控制系統(tǒng)采用PLC控制，系統(tǒng)保持性能穩(wěn)定、易擴展；保護系統(tǒng)具有自動保護，自動報警功能，保證電鍍生產(chǎn)線運行安全可靠滿足生產(chǎn)安全管理要求；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對關鍵參數(shù)具備在線監(jiān)控功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，通過用戶權限調(diào)用、查詢、增減、修改工藝庫參數(shù)，建立友好的人機界面；行車系統(tǒng)采用變頻控制，具備手動和自動控制功能，進退/升降平穩(wěn)、定位準確，設有限位保護功能。

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，表面處理生產(chǎn)自動化主要研究方向是將自動控制技術，電源控制技術，實現(xiàn)1臺計算機可遠程控制多臺電源、行車、溫度控制、電流控制、時間控制等設備。表面處理生產(chǎn)自動化設備集成了計算機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)（電源控制、PLC控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、行車機構、工位槽體、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和傳感器執(zhí)行機構等，成為表面處理生產(chǎn)自動化發(fā)展的必然趨勢。

結合現(xiàn)場實際情況，通過龍門直線吊車實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)過程控制，應用PLC控制技術、虛擬技術、變頻控制技術、傳感器檢測技術提高電鍍生產(chǎn)線的自動化水平，這對未來實現(xiàn)表面處理生產(chǎn)線生產(chǎn)技術管理，建立生產(chǎn)管理局域網(wǎng)，并通過工作站與公司內(nèi)網(wǎng)連接，提高技術管理水平、質(zhì)量保障能力、實現(xiàn)資源共享奠定基礎。電鍍生產(chǎn)自動化不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，有效減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人勞動強度。

二、葉片電鍍工藝流程簡介

葉片電鍍的目的是在葉片上鍍上金屬鍍層，改變?nèi)~片表面性質(zhì)，從而提高耐腐蝕性、抗高溫氧化性、提高硬度、提高耐磨性，同時使葉片表面光澤美觀。電鍍生產(chǎn)線是指按電鍍生產(chǎn)工藝要求，將有關的電鍍工位槽、龍門直線行車、電源設備、檢測系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、空氣攪拌系統(tǒng)、通風及污染處理系統(tǒng)等構成1條生產(chǎn)流水線，由電氣控制系統(tǒng)控制完成電鍍過程。電鍍時，鍍層金屬做陽極，被氧化成陽離子進入電鍍液，待鍍的金屬制品做陰極，鍍層金屬的陽離子在表面被還原形成鍍層。為排除其他陽離子的干擾且使鍍層均勻牢固，需用含鍍層金屬陽離子溶液做電解液，以保持鍍層金屬陽離子的濃度穩(wěn)定。結構示意圖如圖1所示。

圖1 電鍍生產(chǎn)線結構示意圖

三、控制系統(tǒng)總體結構概述

電鍍工藝規(guī)程對生產(chǎn)過程要求非常嚴格，槽液溫度、電流密度、電鍍時間都是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵參數(shù)。所以為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和人身安全，控制系統(tǒng)必須具備系統(tǒng)控制精度高、性能穩(wěn)定、運行安全可靠等特點，同時滿足過程連續(xù)控制的特性，使得每條線執(zhí)行機構動作協(xié)調(diào)一致。針對防滲鍍銅、鍍銅及鍍鎘等3條電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)開展設計，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線特點及設計要求，控制系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)管理、PLC及觸摸屏、執(zhí)行機構3部分組成系統(tǒng)總結構（圖2）。

1.數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由OMRON控制器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機、打印機及應用軟件組成了中控室。計算機通過串口與控制器連接，建立共享數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)管理主要通過人機操作界面實現(xiàn)工藝管理、數(shù)據(jù)庫管理、生產(chǎn)監(jiān)控，主界面如圖3所示。作為數(shù)據(jù)管理工作站的計算機分為2個工作區(qū)。在管理系統(tǒng)中設定管理權限，權限分為高低2個級別，工藝員享有高級別，通過身份認證后方可進入，進行電鍍生產(chǎn)工藝規(guī)程編制、工藝參數(shù)設定、修改；操作員享有低級別，通過身份認證后方可進入，進行選擇工藝路線生產(chǎn)工作。

圖2 控制系統(tǒng)結構

圖3 數(shù)據(jù)管理主界面

2.PLC控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由OMRON CPU CJ2M-CPU15、數(shù)字輸入卡、數(shù)字輸出卡、模擬輸入卡、通信模塊、1個主機架、2個擴展機架等組成。3條生產(chǎn)線防滲鍍銅、鍍銅、鍍鎘各對應1個機架。通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)3種功能：控制功能、報警保護功能和位置檢測功能。控制功能包括：變頻控制、行車控制、自動噴淋、槽蓋自動開/關、溫度控制、時間控制、位置控制及電流控制等。報警保護功能：變頻故障報警、行車故障報警、槽蓋行程超限報警、溫度報警、液位報警、電流報警。位置檢測功能：每個工位位置檢測、行車進/退升/降左/右檢測、槽蓋位置檢測、溫度檢測、液位檢測等。

3.執(zhí)行機構

執(zhí)行機構主要由各種傳感器和電磁閥組成，將現(xiàn)場的溫度信號、液位信號、位置信號及電流信號等采集后，經(jīng)過變送器解調(diào)為標準信號輸送給PLC控制器，同時接受控制器下達各種控制指令。

四、控制系統(tǒng)各系統(tǒng)設計方案

根據(jù)防滲鍍銅、鍍銅及鍍鎘等3條電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的要求和工藝規(guī)程分析，OMRON PLC作為主控系統(tǒng)，每條生產(chǎn)線的始端側(cè)面嵌入密封安裝觸摸屏NS12-TX01B-V2，觸摸屏通過RS323串口與PLC控制系統(tǒng)通訊，利用PLC，觸摸屏作為每條線的上位機進行監(jiān)控。由于這3條線的工藝要求和控制要求都相似，所以控制系統(tǒng)歸納由4部分組成。分別為行車控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，輔助設備控制系統(tǒng)以及觸摸屏，系統(tǒng)方框圖如圖4所示。

1.行車控制系統(tǒng)

圖4 控制系統(tǒng)方框圖

行車系統(tǒng)在電鍍自動線上起著核心的作用，電鍍的順序和行車行走的每一步都是按工藝規(guī)程進行的，所以生產(chǎn)線上電鍍的工件是通過行車按工藝順序完成電鍍過程的。行車控制系統(tǒng)具有自動和手動控制功能，自動控制采用PLC程序控制連續(xù)運行，手動控制是采用手動操作按鈕控制單步行走。行車運行速度采用變頻控制，行車速度分段控制，水平運行速度可在0～30 m/min范圍內(nèi)調(diào)整，升降速度在0～9 m/min范圍內(nèi)調(diào)整，保證水平行走平穩(wěn)，上下升降無抖動。行車的時間/運送圖如圖5所示，橫軸表示時間，縱軸表示槽位，實線表示運送，虛線表示空運送。行車上設有聲光報警裝置、限位保護裝置、電機過流保護等多重保護功能，控制程序自動識別，一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)能迅速停止行車動作并發(fā)出聲光報警信號。

2.溫度控制系統(tǒng)

圖5 時間/運送圖

在電鍍生產(chǎn)線上，有兩種工藝加工需要溫度控制，一是電鍍槽和熱水洗槽。加熱系統(tǒng)采用電加熱的工作方式，溫度傳感器選用Pt100為反饋元件輸入PLC進行分析判斷，控制加熱裝置的起動和停止，在程序中設置超溫報警保護功能。系統(tǒng)具備溫度監(jiān)控功能，將溫度傳感器反饋的信號通過PLC程序?qū)崟r監(jiān)控，溫度監(jiān)控程序流程如圖6所示。電鍍?nèi)芤簻囟葘⒅苯佑绊戨婂冞^程是否能順利進行、所鍍工件是否能達到工藝要求。因為電鍍反應需要槽液溫度達到一定溫度范圍時才能正常進行，這樣可以保證鍍件的鍍層厚度均勻，確保鍍件表面鍍層性質(zhì)達到工藝要求。所以溫度控制在電鍍過程中的起著非常重要的作用，而輔助設備控制系統(tǒng)相對簡單，此處不再贅述。

3.觸摸屏

觸摸屏是每條生產(chǎn)線的監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能：通過主操作界面，可以根據(jù)零件材料進行工藝選擇、參數(shù)設置、參數(shù)修改、行車控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控、工藝查詢以及報警記錄等功能。

五、結束語

基于PLC的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，采用PLC與觸摸屏聯(lián)合控制，不僅提高了自動化程度，而且通過觸摸屏可操作性強。通過研究探索該系統(tǒng)操作簡捷，運行性能穩(wěn)定，可靠性高。綜上所述，自動化控制的表面處理生產(chǎn)線能提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本，同時可減輕工人勞動強度和專業(yè)性要求，優(yōu)化操作，方便監(jiān)測控制。減少環(huán)境污染，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖6 溫度監(jiān)控程序流程圖