PLC技術在鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)中的應用

何衛(wèi)光

設備是企業(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。先進和完善的設備是一個企業(yè)賴以生存和發(fā)展的先決條件。目前我國相當多的企業(yè)和工廠所使用的設備是舊式設備。它們普遍都是耗能大、效率低、安全性能不高、操控繁鎖的設備，它嚴重制約了企業(yè)的生產(chǎn)能力。

所以改造企業(yè)的設備是當前急待解決的問題，但短期內(nèi)引入大量的新設備，所需的成本較高，也不符合企業(yè)的實情。因此，立足現(xiàn)有企業(yè)設備的基礎上，升級改造舊式設備，才能符合企業(yè)實際，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)濟效益。而可編程控制器是改造舊式設備的一種有效方式。筆者與科研室及企業(yè)的技術人員，經(jīng)過反復研究與嘗試，證明將PLC技術應用在鋁材氧化作業(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。

通過選擇FX3U-48MR型的PLC對鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)的改造，可以實現(xiàn)手動和自動控制，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量，減少工人勞動強度，實現(xiàn)工業(yè)自動化控制，并提高整個電氣控制系統(tǒng)的工作性能和工人的人身健康安全，及降低機械沖擊強度和減少工人對系統(tǒng)維護、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)的型號為XLD、載重為1噸可以起吊6米高的電動葫蘆手動操作完成；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)子電動機；可控運行電機為0.5KW。現(xiàn)針對原系統(tǒng)實際運行情況，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)效率低等一系列問題逐漸凸顯：

（1）筆者在帶畢業(yè)班學生參加“2+1”頂崗實習過程中，經(jīng)常在企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量分析報告會上了解到，有相當一部分鋁產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問題是在氧化作業(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間等。所以工人勞動強度較大，

（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)的危險性較大，這將直接影響現(xiàn)場生產(chǎn)和工人的人身安全。

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

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

針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，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、勞動強度以及設備故障率高等一系列的問題，就必須要利用PLC作為控制裝置，以程序控制取代人手控制。因為利用PLC技術具有可靠性高、抗干擾能力強、適應性強、編程方便，且控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試、維修方便等一系列的優(yōu)點。所以對該系統(tǒng)采用PLC技術控制是必然選擇，這樣使系統(tǒng)和產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定以及實現(xiàn)了自動化及半自動化控制的目的同時，提高設備的檔次。

二、原系統(tǒng)的改造和改造后的工作原理

為了提高原有設備的利用率并考慮企業(yè)經(jīng)濟條件、改造的方便、實用性等關鍵因素，現(xiàn)對原系統(tǒng)作如下改造方案：

1.為了便于對系統(tǒng)進行調(diào)整和檢修，在操作上保留原有系統(tǒng)手動控制，并增加FX3U-48MR可編程控制器進行自動控制，通過PLC實現(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，并簡化了系統(tǒng)的接線和控制方式。

2.為了進一步改善系統(tǒng)操作的準確性和生產(chǎn)的規(guī)范化，在原有系統(tǒng)中對每一個工藝流程進行加裝了限位開關SQ1-SQ11，以此提升原系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性和安全性，避免了過去人手操作繁鎖并單靠個人經(jīng)驗判斷來定位，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強度和提高系統(tǒng)操作的可靠性及安全系數(shù)。

3.在原有系統(tǒng)的基礎上，利用PLC增加了氧化過程的準確時間控制和安裝了型號為XMTD溫度監(jiān)測裝置，避免了系統(tǒng)改造前的工人單憑肉眼看時間來決定氧化作業(yè)時間和不定時地利用溫度計測量氧化液體溫度。通過改造后的系統(tǒng)可以大大提高系統(tǒng)操作的準確性和可靠性，減少系統(tǒng)因人為操作不規(guī)范而出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而達到自動控制的目的。

4.系統(tǒng)改造后操作簡單方便，按一下按鈕就可以讓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動氧化作業(yè)控制，這樣通過系統(tǒng)的改造不僅改善工人工作環(huán)境、降低系統(tǒng)機械設備沖擊，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，主電路總開關QS合上和PLC通電，為系統(tǒng)手動操作和自動操作作準備。

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

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

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

（5）行車前進：在吊鉤上升停止的同時，使狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，驅(qū)動行車電機M2得電正轉(zhuǎn)，行車前進。

（6）吊鉤下降：行車前進碰撞到除油定位SQ5，使狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，行車前進停止，同時繼電器KM2得電，吊鉤電機反轉(zhuǎn)，吊鉤下降。

（7）定時除油：吊鉤下降碰撞到下限位開關SQ4動作時，使定時器T0定時1200S對鋁型產(chǎn)品進行除油。

（8）吊鉤上升：T0定時時間到，使狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23， KM1得電，吊鉤電機正轉(zhuǎn)，吊鉤上升。當碰撞到上升限位SQ3后，吊鉤上升停止。

后面各道工序的順序動作過程，依此類推。最后行車退回到原位上方，吊鉤下降到原位。若再次按下啟動按鈕SB4，則開始下一個工作循環(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，還相應提高生產(chǎn)效率，同時也為企業(yè)創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益，并達到改造的預期目標。

三、系統(tǒng)改造后PLC的輸入輸出接線圖如圖3所示

應用PLC技術改造后的鋁材氧化作業(yè)系統(tǒng)線路簡單、清晰，按鈕操作簡便，可靠性高，能夠使鋁型產(chǎn)品氧化有較高質(zhì)量保證，操作員無需再像以前要經(jīng)常對電機采用反復的控制。改造后的系統(tǒng)不僅有利于系統(tǒng)對鋁材氧化作業(yè)進行準確定位和時間的控制及工人的安全性，而且負載特性好，無沖擊負荷，降低了機械傳動沖擊，可明顯改善鋼結(jié)構(gòu)的承載性能。在延長設備使用壽命同時，減少了維修費用。

經(jīng)過PLC技術改造后的系統(tǒng)，是一種實用而有效的自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化控制的目的，并使企業(yè)設備改造實現(xiàn)了小投入大回報和利益最大化的目的，從而增加企業(yè)的競爭能力。

責任編輯何麗華