電鍍行業(yè)自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)研發(fā)

曾澤良 廖雪丹

【摘 要】我國電鍍行業(yè)高速發(fā)展的同時，出現(xiàn)了工人生產(chǎn)安全得不到保障、易發(fā)生安全事故、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、高能耗高污染等一系列問題。文章主要針對目前電鍍行業(yè)生產(chǎn)過程中存在的諸多問題闡述電鍍行業(yè)自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)研發(fā)的必要性，以及該系統(tǒng)的技術(shù)方案等方面的內(nèi)容，說明該系統(tǒng)在電鍍生產(chǎn)行業(yè)起到了改善問題的作用。

【關(guān)鍵詞】電鍍行業(yè)；自動化控制系統(tǒng)；技術(shù)

【中圖分類號】TQ153 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）06-0021-03

當今，我國已成為世界公認的制造大國，制造業(yè)水平高速發(fā)展。其中，電鍍行業(yè)憑借其良好的功能性和通用性取得飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為推動我國制造業(yè)不斷發(fā)展的強勁動力。目前，國內(nèi)大大小小的電鍍企業(yè)已超過4萬家，從事電鍍生產(chǎn)人員達上百萬人，具有合格生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線超過5 000條，電鍍行業(yè)年產(chǎn)值高達數(shù)百億元。然而，在電鍍行業(yè)快速發(fā)展的過程中，出現(xiàn)了一些不容忽視的問題。

1 電鍍行業(yè)發(fā)展存在的問題

（1）在電鍍生產(chǎn)過程中，工人會接觸到氰化物、有機溶劑、酸霧、鉻霧等有毒物質(zhì)。這些有毒物質(zhì)對人體的傷害非常大，如果不做好通風和個體防護工作，很容易引起急性中毒，長期吸入也會導致慢性中毒。據(jù)新聞報道，浙江省曾有家電鍍企業(yè)發(fā)生一起嚴重的檢修人員中毒事故。事后調(diào)查得知，事故發(fā)生的原因是該公司檢修人員在對廢水處理設(shè)施進行檢修時未采取任何防護措施，直接進入深達4.5 m的還原反應(yīng)池內(nèi)，吸入大量有毒氣體，結(jié)果發(fā)生中毒，先后有5人在不清楚還原反應(yīng)池內(nèi)的情況下進行盲目施救，最終造成4人死亡、1人受傷的重大事故。

在高溫的生產(chǎn)車間內(nèi)，工人需要持續(xù)數(shù)個小時的作業(yè)，在這些不良條件下高強度的作業(yè)會導致人的機體發(fā)生體溫調(diào)節(jié)障礙、代謝平衡紊亂、心率加快、心臟負擔增加等不良反應(yīng)，對人體的血循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)造成不同程度的損害。這時，作業(yè)人員會產(chǎn)生很多的不適感，隨之而來的就是工作效率下降，動作協(xié)調(diào)性差，這種情況下極易發(fā)生誤操作，也易于發(fā)生中暑事故。此外，若蒸汽爐、熱水管道和設(shè)備缺少隔熱層或工人防護措施不當都會導致工人直接接觸高溫的金屬，溶液、蒸汽均可引起燙傷。

（2）電鍍廠在噴漆等涂裝作業(yè)時如果未能將有機溶劑揮發(fā)出來的易燃、易爆氣體及時排出，很可能發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。電解除油和鉻槽電鍍反應(yīng)會放出大量氫氣，氫氣與空氣混合后會形成爆炸性混合氣體，如遇電火花，后果不堪設(shè)想。氫氣產(chǎn)生的原因還包括電鍍作業(yè)時電流過大，鍍槽液面泡沫過多等。電鍍廠的蒸汽鍋爐在運行過程中，爐內(nèi)溫度極高且壓力大，若鍋爐管路堵塞或安全裝置不正常極有可能因壓力過大而爆炸，導致人員傷亡和財產(chǎn)損失。

據(jù)統(tǒng)計，2016年以來，溫州地區(qū)就發(fā)生了22起有影響的電鍍廠火災(zāi)事故，在查明的事故原因中，90%以上是由電氣線路、電器設(shè)備故障引發(fā)，生產(chǎn)作業(yè)不慎引發(fā)火災(zāi)只占極少數(shù)。

（3）當前，大部分電鍍生產(chǎn)企業(yè)工業(yè)管理體系不健全，而且缺乏鍍液分析和鍍層檢測儀器和技術(shù)力量，而電鍍零件質(zhì)量得以保證的前提是車間內(nèi)嚴格的質(zhì)量管理。多數(shù)電鍍企業(yè)沒有充足的資金或?qū)β毠さ膶I(yè)培訓不重視，導致生產(chǎn)工人缺乏專業(yè)生產(chǎn)訓練和崗位培訓，電鍍企業(yè)嚴重缺乏專業(yè)技術(shù)人員。職工素質(zhì)不高是生產(chǎn)事故發(fā)生和產(chǎn)品質(zhì)量低劣的重要原因。在電鍍生產(chǎn)過程中，由于人為失誤、機器故障等原因，導致各種有害雜質(zhì)進入電鍍液的情況屢見不鮮。雜質(zhì)包括金屬雜質(zhì)、金屬氧化物、非金屬雜質(zhì)和各種有機雜質(zhì)等。這些混入電鍍液的雜質(zhì)或多或少都會影響電鍍產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

電鍍生產(chǎn)所需要的工藝條件和技術(shù)力量不是每個企業(yè)都擁有的，這就導致當前許多電鍍企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。加上不健全的工業(yè)管理體系，工人素質(zhì)不高，生產(chǎn)操作不當?shù)那闆r時有發(fā)生，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

（4）電鍍生產(chǎn)造成的污染主要以污水中重金屬污染為主，電鍍工業(yè)使用了強酸、強堿、重金屬溶液，包括氰化物、鉻酐等有毒有害化學品，其中六價鉻為吞入性毒物，吸入性極毒物，皮膚接觸可能導致過敏，吸入可能致癌，甚至造成遺傳性基因缺陷。如果這些有毒、有害物質(zhì)未通過處理、凈化，直接隨廢水和廢渣排入環(huán)境，將會對環(huán)境造成污染，影響動植物生存和人民生活，因此電鍍行業(yè)成為重污染行業(yè)之一。

中國大多數(shù)電鍍企業(yè)的規(guī)模普遍較小，年生產(chǎn)能力超過10萬m2的生產(chǎn)企業(yè)不足500家，且專業(yè)化程度低，環(huán)保意識不強，沒有充足的資金或?qū)ν顿Y環(huán)保污染治理的積極性不高。具有較完善治理設(shè)施的電鍍企業(yè)約60%，盡管如此，許多企業(yè)的治理設(shè)施時開時停，城市企業(yè)1/3左右的設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)則更低，遠遠不能達到排放標準。對企業(yè)來講，對污染物的治理只有投資沒有收益，盡管監(jiān)管部門對此制定許多政策，也投入大量的人力、物力，但是收效甚微。

2 電鍍行業(yè)自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計

針對以上存在的問題，我們認為可以通過以下技術(shù)方案研發(fā)電鍍行業(yè)自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

（1）以鍍錫線生產(chǎn)工藝為例，為實現(xiàn)鍍錫線生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)，采用了基于CS結(jié)構(gòu)，用DELPHI7編程語言、SQL2005數(shù)據(jù)庫工具來實現(xiàn)自動化控制。

首先，為防止手工錄入出錯，采用掃描槍掃描的方式，保證原料在投入前被錄入正確的卷號。由于生產(chǎn)管理系統(tǒng)是通過現(xiàn)有第三方提供，系統(tǒng)根據(jù)EDI數(shù)據(jù)交換標準，制定標準的接口和握手規(guī)則，通過中間數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工藝控制信息與生產(chǎn)信息的銜接，把生產(chǎn)信息寫入到生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)里對應(yīng)PLC控制站的約定存儲區(qū)。同時，系統(tǒng)通過建立工藝參數(shù)庫（包括電鍍PASS投切工藝數(shù)據(jù)庫、軟溶投切及力率計算工藝數(shù)據(jù)庫、擠邊機投切工藝數(shù)據(jù)庫及其他工藝設(shè)備的預設(shè)數(shù)據(jù)庫等），并根據(jù)不同的原料信息和要求生成指導機器設(shè)備動作的指令；在此基礎(chǔ)上，建立與機器設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)能夠跟蹤機器設(shè)備的狀態(tài)，主要通過以太網(wǎng)將具備以太網(wǎng)功能的PLC連接，且對沒有以太網(wǎng)的設(shè)備通過以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接后接入以太網(wǎng)，建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)連接，并保證PLC網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)隔離。

（2）通過從投料到電鍍和軟溶及分割等各工序接頭位置的精確跟蹤，從而準確獲得在不同設(shè)備處的換卷信息，自動生產(chǎn)切換；并可根據(jù)工藝要求分割成1-n卷成品卷，系統(tǒng)跟蹤接頭的位置以及切刀的動作生成與原料卷對應(yīng)的成品卷號，保證系統(tǒng)能準確地區(qū)分不同的產(chǎn)品。系統(tǒng)實時跟蹤記錄卷取長，記錄針孔、X光測厚儀等重要質(zhì)量參數(shù)圖像，同時記錄下電流、溫度等重要的生產(chǎn)參數(shù)，并將各時間段的參數(shù)對應(yīng)到相應(yīng)的卷長位置，以便于工藝人員、質(zhì)檢人員、管理人員查詢和跟蹤。同時，建立一套集成的統(tǒng)計和查詢系統(tǒng)，按原料或按分割統(tǒng)計產(chǎn)量并生成報表，可以根據(jù)成品或原料卷號查詢不同卷不同長度位置甚至對應(yīng)長度截面的數(shù)據(jù)記錄和圖像曲線。

可見，該系統(tǒng)能把原料信息、工藝指導信息與生產(chǎn)設(shè)備的自動控制相結(jié)合，通過精確跟蹤板帶熔接頭信息，實現(xiàn)電鍍、軟熔、換卷等鍍錫線生產(chǎn)的全線自動化；通過將普通的管理系統(tǒng)與工廠的全部控制設(shè)備聯(lián)系起來，實現(xiàn)工藝參數(shù)直接指令自動化設(shè)備及全線的自動精確控制。

3 自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

（1）在人力操控的電鍍生產(chǎn)線上，工人必須時時監(jiān)控，精確控制時間，以防出差錯和發(fā)生事故。工人工作強度大不言而喻，而且還不能保證能做到安全、高質(zhì)量生產(chǎn)。在實現(xiàn)生產(chǎn)控制自動化后，工人可以利用自動生產(chǎn)線的自動保護、自動報警功能減輕工作強度，且能有效地保證安全生產(chǎn)，也有利于降低人力成本。

（2）通過自動化控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)電鍍、軟熔、換卷等鍍錫線生產(chǎn)的全線自動化，有效地減少人為操作不當引起的安全事故。通過自動規(guī)劃控制系統(tǒng)能嚴格監(jiān)督生產(chǎn)設(shè)備運行的情況，對設(shè)備產(chǎn)生的易燃、易爆的氣體及液體實時監(jiān)測，做到防患于未然，有效地減少安全事故的發(fā)生。

（3）電鍍工藝的參數(shù)（如溫度、時間、電流等）是影響電鍍產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。自動化控制系統(tǒng)不僅能高效地控制電鍍工藝的主要參數(shù)，而且還可以在編制程序時對行車行程控制設(shè)置多種可變功能，如跳位、延時、暫停、生產(chǎn)時間變更、預動作選擇等，用戶可以設(shè)置這些可變的功能，不斷創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，提高電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量，豐富產(chǎn)品的功能性。

（4）電鍍生產(chǎn)線的電能絕大部分是在電鍍過程中消耗的，電能消耗一直不能合理地控制。生產(chǎn)線實現(xiàn)自動化控制后，控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)控電解液濃度、溫度、電極距離等參數(shù)，隨即對電源的電流、電壓輸出進行合理的配置，使電鍍生產(chǎn)過程符合產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求，也能進一步減少人為因素對產(chǎn)品生產(chǎn)過程的干擾。電能的優(yōu)化配置可以讓電鍍生產(chǎn)線處于一個最佳的運行狀態(tài)，在資源合理利用、節(jié)約電能的同時，也達到提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。

（5）自動規(guī)劃控制系統(tǒng)能從生產(chǎn)源頭進行全過程的污染物檢測，廢氣、廢水的產(chǎn)生、凈化到最后的排放，嚴格監(jiān)控各種廢氣、廢水處理設(shè)備運行的情況。利用這些凈化措施有效降低了污染治理成本，對于資金不足的電鍍企業(yè)來說也極大地提高了它們對廢氣、廢水、廢渣治理的積極性，降低了電鍍生產(chǎn)對環(huán)境的污染，電鍍廠生產(chǎn)環(huán)境和周圍生態(tài)環(huán)境也會得到有效改善。

（6）自動化控制系統(tǒng)能將當前生產(chǎn)線上的電解液濃度、電流值、電壓值、溫度值、電鍍槽的電鍍時間、各條生產(chǎn)線的運行狀態(tài)等參數(shù)通過控制界面顯示給用戶。為滿足不同產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，用戶可以直接通過控制界面修改電鍍參數(shù)或調(diào)用不同的工藝方案。為了生產(chǎn)質(zhì)量更好的產(chǎn)品，企業(yè)的生產(chǎn)工藝需要不斷地改進和創(chuàng)新，自動化控制系統(tǒng)可以將整個電鍍生產(chǎn)過程進行保留，為新技術(shù)的創(chuàng)新提供技術(shù)方案借鑒。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]