PLC技術在鋁材氧化作業系統中的應用

何衛光

設備是企業生產力的主體之一，也是企業生產能力和產品質量、職工工作效率的保障。先進和完善的設備是一個企業賴以生存和發展的先決條件。目前我國相當多的企業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，它嚴重制約了企業的生產能力。

所以改造企業的設備是當前急待解決的問題，但短期內引入大量的新設備，所需的成本較高，也不符合企業的實情。因此，立足現有企業設備的基礎上，升級改造舊式設備，才能符合企業實際，并以此提高企業的產品質量、生產力和工作效率，增加企業的經濟效益。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的技術人員，經過反復研究與嘗試，證明將PLC技術應用在鋁材氧化作業系統中是完全可行的，并使校企掛鉤的企業獲得意想不到的效果。

通過選擇FX3U-48MR型的PLC對鋁材氧化作業系統的改造，可以實現手動和自動控制，從而提高產品的質量，減少工人勞動強度，實現工業自動化控制，并提高整個電氣控制系統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維護、維修的工作量。

一、原鋁材氧化作業系統概述

1.原鋁材氧化作業生產系統的流程具體分為8個步驟，其工藝流程如下面圖1所示：

其結構是由江陰市紅橋起重電器廠有限公司生產的型號為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，轉速為1380r/min的錐形轉子電動機；可控運行電機為0.5KW。現針對原系統實際運行情況，在鋁材氧化作業中主要存在著鋁產品氧化質量不穩定，人手操作不可靠和人身安全隱患并存以及生產效率低等一系列問題逐漸凸顯：

（1）筆者在帶畢業班學生參加“2+1”頂崗實習過程中，經常在企業的產品質量分析報告會上了解到，有相當一部分鋁產品質量不合格的問題是在氧化作業部分。例如出現產品分色、碰傷、膜厚、光澤度不符合客戶要求等缺陷，這種質量效果嚴重影響企業生產效率。

（2）原系統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）系統的工作環境較差。酸蝕產生的大量廢氣導致生產車間煙霧彌漫，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，惡劣的空氣環境造成工人在生產過程中容易產生疲勞或誤操作，工人人手直接氧化作業的危險性較大，這將直接影響現場生產和工人的人身安全。

（4）原系統在鋁產品氧化作業的過程中都是單憑工人個人經驗判斷，沒有一個連貫的系統性，其生產質量和效率可想而知，因此原系統操作對產品質量要求的確難以保證。

（5）系統的頻繁手動升降、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。據統計，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。

針對上述現有技術存在的不足，要從根本上解決鋁產品氧化質量要求、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，且控制系統設計、安裝、調試、維修方便等一系列的優點。所以對該系統采用PLC技術控制是必然選擇，這樣使系統和產品質量更加穩定以及實現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經濟條件、改造的方便、實用性等關鍵因素，現對原系統作如下改造方案：

1.為了便于對系統進行調整和檢修，在操作上保留原有系統手動控制，并增加FX3U-48MR可編程控制器進行自動控制，通過PLC實現了系統操作規范、邏輯控制和各參數的精確調整，并簡化了系統的接線和控制方式。

2.為了進一步改善系統操作的準確性和生產的規范化，在原有系統中對每一個工藝流程進行加裝了限位開關SQ1-SQ11，以此提升原系統操作的穩定性和安全性，避免了過去人手操作繁鎖并單靠個人經驗判斷來定位，且杜絕了以往超限位發生撞車等違規現象，從而大大減輕工人的勞動強度和提高系統操作的可靠性及安全系數。

3.在原有系統的基礎上，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溫度監測裝置，避免了系統改造前的工人單憑肉眼看時間來決定氧化作業時間和不定時地利用溫度計測量氧化液體溫度。通過改造后的系統可以大大提高系統操作的準確性和可靠性，減少系統因人為操作不規范而出現的質量問題，從而達到自動控制的目的。

4.系統改造后操作簡單方便，按一下按鈕就可以讓系統能夠實現自動氧化作業控制，這樣通過系統的改造不僅改善工人工作環境、降低系統機械設備沖擊，而且減少系統故障率和維修工人的工作量及其安全。

5.系統改造后的工作原理：

（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，操作工人將鋁型產品放在掛具上，即準備開始進行氧化作業。

（4）吊鉤上升：按下啟動按鈕SB4（X3），狀態轉移到S20，S20置1，驅動吊鉤電機M1得電正轉，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，使狀態轉移到S21，驅動行車電機M2得電正轉，行車前進。

（6）吊鉤下降：行車前進碰撞到除油定位SQ5，使狀態轉移到S22，行車前進停止，同時繼電器KM2得電，吊鉤電機反轉，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對鋁型產品進行除油。

（8）吊鉤上升：T0定時時間到，使狀態轉移到S23， KM1得電，吊鉤電機正轉，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。其具體工作狀態流程圖如圖4所示。

6.經過改后的系統，能夠在確保企業產品質量要求的同時，還相應提高生產效率，同時也為企業創造了極大的經濟效益，并達到改造的預期目標。

三、系統改造后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系統線路簡單、清晰，按鈕操作簡便，可靠性高，能夠使鋁型產品氧化有較高質量保證，操作員無需再像以前要經常對電機采用反復的控制。改造后的系統不僅有利于系統對鋁材氧化作業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，可明顯改善鋼結構的承載性能。在延長設備使用壽命同時，減少了維修費用。

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

責任編輯何麗華