一、前言

隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)鋁型材氧化線控制方式由傳統(tǒng)的手動控制模式逐步過渡到全自動控制模式。由于氧化生產(chǎn)線承建商較多，各家的控制方案也不盡相同，造成生產(chǎn)線與表面處理電源的數(shù)據(jù)交互方式存在許多差異。本文主要介紹這些差異的特點，并提供解決方案滿足不同類型氧化線自動控制系統(tǒng)的接口要求。
 

二、鋁型材氧化線生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)狀

在手動生產(chǎn)線上，生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境通常是比較惡劣的，高溫、潮濕、刺激的空氣，都會影響操作者的精神狀態(tài)，要做到長時間手眼精確的配合，操作準(zhǔn)確到位還是比較困難的。在生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)?？梢钥吹剑翰僮髡卟话匆蟛僮?，出現(xiàn)取錯料、放錯槽、工件掛破工藝槽體的防腐層等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)把電泳料做成封孔料的嚴(yán)重錯誤。

在自動生產(chǎn)線上，自動行車的控制系統(tǒng)核心是PLC，這是一種工業(yè)用的計算機(jī)系統(tǒng)，可以依據(jù)預(yù)設(shè)好的程序（當(dāng)然這種程序是可以改變的），嚴(yán)格而準(zhǔn)確的完成各種工藝動作。所以自動行車的運(yùn)行是非?？煽康摹?br />
投產(chǎn)較早的氧化線采用全手動控制模式，生產(chǎn)線上的行車控制以及電源設(shè)備的控制完全依靠生產(chǎn)一線員工手動操作，人工成本越來越高，而且現(xiàn)場腐蝕性氣體和噪音對員工身心健康有較大影響，也導(dǎo)致員工流失率較高。同時，生產(chǎn)效率和成品率的提高依賴于員工的個人技能、品德和基本素質(zhì)，生產(chǎn)安全得不到保證。這種模式目前主要存在于臥式氧化線和一部分立式氧化線中。

隨著工藝和工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，氧化線生產(chǎn)過程自動化控制成為必然。國內(nèi)較早的全自動化氧化線主要由日本、韓國的生產(chǎn)線承建商設(shè)計，現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)線承建商大多也掌握了這種全自動化的生產(chǎn)控制技術(shù)，在性價比方面具有顯著優(yōu)勢。近年來，半自動或全自動氧化生產(chǎn)線已成為主流。

三、全手動氧化線配套電源設(shè)備的控制

為之配套的表面處理電源與生產(chǎn)線不存在接口的問題，但在人工操作方式上，可提供兩種模式：

a) 槽邊手動控制

這種模式下，每臺電源設(shè)備配備一臺遠(yuǎn)控操作箱，遠(yuǎn)控箱放置于對應(yīng)的槽體旁邊，既可做成箱式掛在墻上，也可做成立柱型置于槽邊。遠(yuǎn)控箱摒棄了以往配備時間繼電器加電表和開關(guān)按鈕的模式，配置了智能觸摸屏、聲光提示和報警指示器，與電源設(shè)備采用RS485方式和硬接點方式交換數(shù)據(jù)，可以根據(jù)工藝的要求設(shè)置和存儲多種電源運(yùn)行參數(shù)（包括軟啟動、軟關(guān)機(jī)、輸出電壓電流、各時段運(yùn)行時間等），控制電源的啟停，具有功能豐富、操作簡單、顯示清晰的優(yōu)點。

與槽邊控制不同之處在于，對所有電源的控制集中在一個臺面完成，這樣可以改善員工的工作環(huán)境，也有利于監(jiān)測整條氧化線的生產(chǎn)過程。

在全手動氧化線上，電源設(shè)備也可實現(xiàn)半自動或全自動控制，具體的實現(xiàn)方式與自動化氧化線基本相同，只是電源開停機(jī)指令和運(yùn)行參數(shù)設(shè)置來自于上料區(qū)的計算機(jī)。

四、電源設(shè)備與自動化氧化線的硬件接口方案

目前活躍于國內(nèi)的自動化氧化線承建商有近十家，每家都有各自的特色，自動化程度還有半自動和全自動之分。因此，對電源接口的要求可謂五花八門。綜合我們近年來配套幾十條自動化氧化線的經(jīng)驗，電源設(shè)備與生產(chǎn)線的接口方案可分為四類：

1．專用PLC網(wǎng)絡(luò)

目前氧化線中常見的專用PLC網(wǎng)絡(luò)有三菱的MELSECNET網(wǎng)絡(luò)和西門子的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。

MELSECNET是三菱開發(fā)的專用數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，通訊介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纜等多種方式。MELSECNET采用令牌傳遞的方式循環(huán)分配分配發(fā)送權(quán)，網(wǎng)絡(luò)中所有站點共享同一數(shù)據(jù)地址空間，通常傳輸速率10Mbps，使用光纖介質(zhì)時速率可達(dá)25Mbps。

PROFIBUS-DP是一種基于RS485的高速數(shù)據(jù)傳輸，支持單主站和多主站的網(wǎng)絡(luò)。主站間通過令牌傳遞總線控制權(quán)，主站通過實時掃描從站來讀寫從站數(shù)據(jù)。PROFIBUS-DP最高傳輸速率可達(dá)12Mbps，物理層支持電纜和光纜。任何第三方支持PROFIBUS-DP協(xié)議的產(chǎn)品，均可以通過產(chǎn)品定制的GSD(電子設(shè)置數(shù)據(jù)文件)加入到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中去。

2．工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)是在交換以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，提高了網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和實時性的一種更高標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。目前大部分PLC廠商都有直接支持以太網(wǎng)的CPU或通訊模塊，不同廠家設(shè)備之間可以非常簡單的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。以太網(wǎng)的物理層連接方式主要有：屏蔽網(wǎng)線、光纖、無線傳輸(WIFI)，其中WIFI在移動工作的設(shè)備上有非常廣泛的應(yīng)用。

3．現(xiàn)場總線

除了專用的PLC現(xiàn)場總線，其它的現(xiàn)場總線也可用于生產(chǎn)自動化系統(tǒng)與電源設(shè)備的連接，其中典型的代表是Modbus。Modbus是一種開放的主從通訊協(xié)議，主要定義了數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，物理層可以是串行口(RS232、RS485、RS422)和以太網(wǎng)(TCP)。Modbus網(wǎng)絡(luò)中有一個主站和一個或多個從站，采取主站查詢，從站應(yīng)答的模式通訊，從站通過站地址進(jìn)行識別。

4．硬接點

在這種連接方式下，開關(guān)量傳遞通過繼電器接點進(jìn)行，用于傳遞電源的運(yùn)行/停止、故障、準(zhǔn)備好等狀態(tài)以及開/停機(jī)指令信號。模擬量傳遞通過D/A和A/D進(jìn)行，用于調(diào)整電源的輸出電壓或電流。這種方式比較簡單，但是信息量太少，而且無明顯的成本優(yōu)勢，所以較少采用。

無論在物理層面采用何種硬件接口方案，從網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層面而言，自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)與電源設(shè)備的數(shù)據(jù)交換都是統(tǒng)一的。電源設(shè)備自動運(yùn)行的控制邏輯可由下圖表示。

電源設(shè)備在具備通電條件后向CCR(生產(chǎn)線系統(tǒng))發(fā)送“Ready”信號；CCR將型材送入對應(yīng)工藝槽后發(fā)送“Crane In”(吊車到位)信號給電源設(shè)備，同時依次發(fā)送“Data Request”(數(shù)據(jù)發(fā)送請求)和"Control Data"(控制數(shù)據(jù))給電源設(shè)備；電源設(shè)備向CCR發(fā)送"Data Answer"(數(shù)據(jù)應(yīng)答)表明其收到的控制數(shù)據(jù)無誤；CCR復(fù)位數(shù)據(jù)請求指令；電源設(shè)備依照設(shè)定的參數(shù)開機(jī)直至設(shè)定的工作時間到后自動停機(jī)。

六、電源中控臺的設(shè)計

不同的項目、不同的生產(chǎn)線承建商都有各自的接口方案，為了適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)物理層連接的需要，如果電源設(shè)備直接與生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)對接，氧化線上所有的電源設(shè)備必須有相應(yīng)的物理接口。這樣一來，電源設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化將難以實現(xiàn)，且會帶來設(shè)計工作量大、成本上升、維護(hù)困難等諸多問題。

有效且又經(jīng)濟(jì)的解決方案是配置一個電源中控臺。

如上圖所示，電源中控臺作為電源設(shè)備與生產(chǎn)線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的橋梁，發(fā)揮了承上啟下的作用。一方面，通過電源中控臺可以滿足不同類型生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的接口要求，電源本體設(shè)計可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；另一方面，當(dāng)生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，電源中控臺作為電源設(shè)備的人工操作界面繼續(xù)下發(fā)工作指令。

電源中控臺有兩種控制方式可供選擇：手動模式和自動模式。在手動模式下，電源中控臺負(fù)責(zé)提供氧化線上所有電源設(shè)備的操作界面，所有電源的參數(shù)設(shè)置、開停機(jī)控制均由操作人員在觸摸屏上完成；在自動模式下，生產(chǎn)線控制系統(tǒng)通過通訊方式對所有電源進(jìn)行控制管理，可配合生產(chǎn)線實現(xiàn)氧化線全自動生產(chǎn)。

具體而言，電源中控臺功能如下：

（1） 監(jiān)視功能：觸摸屏上實時查看所有電源運(yùn)行狀態(tài)、工作參數(shù)；

（2） 操作功能：通過觸摸屏可進(jìn)行開停機(jī)、參數(shù)設(shè)置等操作；

（3） 控制方式：手動控制/生產(chǎn)線全自動控制；

（4） 提醒功能：電源工作結(jié)束蜂鳴指示燈鳴響，電源故障時觸摸屏蜂鳴報警；

（5） 應(yīng)急處理：中控臺為每個槽配置1個緊停按鈕，緊急情況下可立即停機(jī)；

（6） 工藝配合：根據(jù)訂單鋁型材膜厚、面積，自動計算氧化硅機(jī)輸出電流和氧化時間；根據(jù)訂單的著色要求自動選擇預(yù)先設(shè)定的配套著色參數(shù)；

（7） 通訊功能：包括與電源的通訊、與生產(chǎn)線的通訊。

得益于自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，電源中控臺的具體實現(xiàn)方式有無數(shù)種，可以作為一個專題進(jìn)行探討。電源中控臺設(shè)計的基本原則是成熟可靠、易于操作、性價比高。下圖是我公司為某大型鋁材廠設(shè)計制造的電源中控臺的一個實例。

電源中控臺為每個工藝槽配置一臺三菱中型PLC，負(fù)責(zé)與工藝槽對應(yīng)的電源設(shè)備進(jìn)行PROFIBUS-DP通訊、與生產(chǎn)線PLC互相傳遞生產(chǎn)信息完成全自動化過程。電源設(shè)備均連入DP網(wǎng)絡(luò)，可以向網(wǎng)絡(luò)提供設(shè)備的開停機(jī)狀態(tài)、故障狀態(tài)、輸出電壓、輸出電流、工作時間等信息；同時電源中控臺的PLC通過DP網(wǎng)絡(luò)下發(fā)從生產(chǎn)線控制系統(tǒng)收到的各種指令。每個工作槽配備一個大尺寸觸摸屏，用于觀察各整流電源的工作狀態(tài)以及整流電源的輸出參數(shù)。

七、結(jié)論

簡要介紹了鋁型材氧化線生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)狀,重點闡述了全自動氧化生產(chǎn)線與電源設(shè)備的接口方案和基本的控制邏輯，為了滿足各種類型生產(chǎn)線接口的要求，電源中控臺的設(shè)計是關(guān)鍵。本文并給出了一個具體電源中控臺設(shè)計實例。不同的鋁型材自動化生產(chǎn)線，與其配套的電源設(shè)備之間具有不同的接口方案，如專用PLC網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、硬接點等。為實現(xiàn)配套電源的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，有效且又經(jīng)濟(jì)的解決方案是配置一個電源中控臺，將其作為電源設(shè)備與生產(chǎn)線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的橋梁，發(fā)揮承上啟下的作用。電源中控臺可基于成熟可靠、易于操作、性價比高的原則，根據(jù)生產(chǎn)線及現(xiàn)場的具體情況靈活設(shè)計。