一、前言
隨著國內(nèi)鋁型材行業(yè)的不斷發(fā)展，市場競爭越來越激烈，鋁型材生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品質(zhì)量控制、節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)信息化等愈加重視。國內(nèi)有很多已經(jīng)使用多年的手動臥式氧化生產(chǎn)線，在生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量控制、節(jié)能降耗等方面有諸多可改進的空間。本文提供一種氧化電源自動控制的方法，幫助企業(yè)實現(xiàn)氧化膜厚度的精確控制，達到規(guī)范生產(chǎn)、節(jié)能降耗的目的。
二、國內(nèi)臥式氧化線現(xiàn)狀
目前國內(nèi)的鋁型材氧化生產(chǎn)線以臥式手動生產(chǎn)線居多，行車以及電源完全由人工操作控制，甚至一些廠家的槽溫都是由人工控制的。由于生產(chǎn)人員技術(shù)水平、基本素質(zhì)方面的差異，生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量很難得到保證。
生產(chǎn)信息傳遞如何傳遞在生產(chǎn)中非常關(guān)鍵，一些廠家的做法是由上料區(qū)員工填寫每掛型材的面積、膜厚等數(shù)據(jù)并將信息單提交給電源操作工；有些廠家由于管理不夠嚴格，沒有信息單的傳遞，依靠電源操作工根據(jù)型材規(guī)格、支數(shù)、長度來計算型材面積；更多的廠家完全憑操作工經(jīng)驗來確定氧化時間和氧化電流。在一些鋁材廠，生產(chǎn)一線的員工為了縮短氧化時間、提高產(chǎn)量，將電流密度設(shè)置得過高，不僅燒料現(xiàn)象時常發(fā)生，氧化膜的質(zhì)量可能也滿足不了相關(guān)標準的要求。
生產(chǎn)操作過程不規(guī)范、信息傳遞不能準確及時，都給企業(yè)管理和效益帶來很大的影響。如何走出當前困境、提高產(chǎn)品競爭力，是這些企業(yè)應該重點考慮的問題。
三、氧化過程的自動控制
3.1 氧化膜精確控制方法
氧化膜的膜厚與一定的氧化時間內(nèi)通過的電量成正比，與電壓沒有直接關(guān)系。穩(wěn)壓模式下，電流密度會隨著氧化時間的延長而下降，很難控制氧化膜厚。氧化膜太薄，可能會造成產(chǎn)品不合格，影響后續(xù)的著色工藝；氧化膜太厚，造成電能的浪費。因此要實現(xiàn)膜厚的精確控制，氧化電源應該采用穩(wěn)流控制方式。
需要指出的是，國內(nèi)有許多電源設(shè)備制造廠為節(jié)省材料成本或技術(shù)水平方面的原因，電源設(shè)備輸出電流在交流側(cè)用互感器檢測，如下圖所示。因為直流輸出電流與交流輸入電流是非線性關(guān)系，這種設(shè)計方法原理上是錯誤的，因而在生產(chǎn)實踐中只能定電壓運行，無法實現(xiàn)氧化膜厚度的精確控制。目前市場上還存在許多這種類型的產(chǎn)品，應該盡快淘汰。
從公式中可以看出，只要知道面積和膜厚就可以計算出氧化時間和電流，公式中氧化系數(shù)和電流密度由操作人員確定。
對于面積100m2的型材，氧化膜厚比標準膜厚每多1μm，則至少多耗9度電(這里只考慮電源直流側(cè)的電能消耗)。
在槽液管理及氧化前處理合理規(guī)范的前提下，只要保證面積、膜厚數(shù)據(jù)正確無誤，就可以實現(xiàn)氧化膜的精細控制。
3.2 控制方案
控制方案實現(xiàn)的主要目標有兩個：
1.聯(lián)網(wǎng)獲取氧化生產(chǎn)時需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)：型材規(guī)格、長度、支數(shù)、膜厚
2.自動計算氧化電流、氧化時間，在操作人員選定梁號后將數(shù)據(jù)寫入氧化電源控制器并啟動電源。
控制部分除了需要合適的硬件支持外，還需要有軟件提供通信功能、用戶操作界面等，這里將控制軟件命名為ALPro。ALPro與ERP中的數(shù)據(jù)庫通信，實時獲取生產(chǎn)信息；與電源通訊，獲取電源狀態(tài)、控制電源運行。
ALPro系統(tǒng)流程圖
3.3 聯(lián)網(wǎng)獲取生產(chǎn)信息
從上料區(qū)獲取的生產(chǎn)信息單中應包含每一掛料的型材規(guī)格等關(guān)鍵信息，面積的計算用計算機來完成再合適不過了。一些企業(yè)由于自身ERP系統(tǒng)的不完善，操作工計算型材面積時需要先輸入型材規(guī)格號查詢型材的周長，然后根據(jù)長度、支數(shù)算出實際面積。人工計算的方法不僅速度慢、影響工作效率，而且出錯率高、數(shù)據(jù)準確率低。
在完善企業(yè)ERP系統(tǒng)的同時，電源控制計算機需要同ERP通信以獲取必要的生產(chǎn)信息。電源控制計算機軟件ALPro連接ERP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務器，定時查詢生產(chǎn)表中的新記錄，獲取最新上料的大梁上型材的規(guī)格、支數(shù)、長度、膜厚信息，然后自動計算型材面積、氧化電流、氧化時間，并將計算結(jié)果與大梁號保存下來，等待氧化過程的到來。
ERP系統(tǒng)除了需要用戶及時更新型材規(guī)格數(shù)據(jù)信息外，還要求上料區(qū)操作員能準確的錄入型材長度、支數(shù)信息。如果ERP訂單系統(tǒng)功能足夠完整，則操作員可以只需錄入型材上料支數(shù)，其他信息從訂單系統(tǒng)中自動獲取。
3.4 電源的自動控制
目前舊式的氧化電源大部分都采用模擬控制的方式，電源的輸出電流、工作時間由遠控臺(箱)上的電位器和時間繼電器控制，電流反饋信號使用的是交流側(cè)進線電流，無法保證直流輸出實際電流的穩(wěn)定性；新式的氧化電源采用PLC和觸摸屏控制，操控簡單準確，電流反饋信號使用霍爾變送器，保證達到0.5級的測量精度。
這2種電源實現(xiàn)計算機控制的方法有較大差異，下面分別加以說明。
1.模擬控制的電源在進行計算機控制時，需要添加模擬量、開關(guān)量采集卡，模擬量采集卡用于采集電源輸出的電壓電流、控制電源的輸出電流；開關(guān)量卡用于采集電源的運行、故障信號以及提供電源開機信號。這種模擬控制電源即便采用計算機控制，仍然不能準確測量直流輸出電流，對氧化膜的控制也就無法做到精準了。
2.PLC控制的電源在進行計算機控制時，只需添加串口卡，通過串行通訊的方式獲取電源運行狀態(tài)、控制電源運行參數(shù)。這種基于數(shù)字通訊的控制方式非常簡單、數(shù)據(jù)傳輸不會出現(xiàn)偏差，非常適合于氧化膜的精確控制。
當行車操作工將型材放入氧化槽后，電源操作工從ALPro軟件中選取槽中對應的大梁號后就可以看到大梁上型材的膜厚、面積、氧化電流、氧化時間信息，確認無誤后，點擊“開機”按鈕，氧化電源開始工作。氧化時間到后，對應氧化電源自動停機。
電源的控制可以和行車實現(xiàn)聯(lián)動，計算機收到型材放入氧化槽到位信號后自動啟動電源，進入氧化過程。
四、應用案例
某鋁型材廠原來采用的電源是PLC+觸摸屏控制，鋁型材面積由電源操作工手動計算。生產(chǎn)過程中由于操作工還需要測量膜厚、控制電源、檢查梁號，工作非常繁忙，往往來不及計算型材面積，采用穩(wěn)壓模式控制電源，根據(jù)經(jīng)驗決定氧化時間。上述不合理的情況導致無法保證氧化膜厚度，氧化電源不能發(fā)揮最優(yōu)效率。
改造后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
電源控制計算機連接到ERP所在的局域網(wǎng)絡(luò)。電源使用的是西門子S7-200 PLC，采用RS485通訊電纜連接到計算機上的多串口卡。電源中控臺與中控計算機是兩套獨立的系統(tǒng)，可同時操作，保證在計算機故障時仍然可以進行氧化生產(chǎn)工作。
生產(chǎn)線經(jīng)過改造后，生產(chǎn)信息能夠?qū)崿F(xiàn)自動交換，電源采用穩(wěn)流方式控制，膜厚控制精準，同時也減輕了電源操作工的工作量，降低了不合格品率，提高了電源利用率，為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益。
五、結(jié)束語
簡要敘述了目前在鋁型材行業(yè)臥式手動氧化生產(chǎn)線存在的問題，提供了一種實現(xiàn)氧化膜厚度精確自動控制的方法，并給出了一個具體的改造案列。實現(xiàn)了電源自動控制后，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)氧化膜厚的精確控制、減少不必要的電能損耗，還可以大大提高產(chǎn)品合格率，最終能幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效益、規(guī)范生產(chǎn)流程、實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息化，因此這種臥氧線改造的方法是值得企業(yè)考慮采納的。本文只探討了手動臥氧線氧化過程的自動控制，行車控制自動化、生產(chǎn)信息化等方面仍然有許多值得研究的地方。
