PLC技术在铝材氧化作业系统中的应用

何卫光

设备是企业生产力的主体之一，也是企业生产能力和产品质量、职工工作效率的保障。先进和完善的设备是一个企业赖以生存和发展的先决条件。目前我国相当多的企业和工厂所使用的设备是旧式设备。它们普遍都是耗能大、效率低、安全性能不高、操控繁锁的设备，它严重制约了企业的生产能力。

所以改造企业的设备是当前急待解决的问题，但短期内引入大量的新设备，所需的成本较高，也不符合企业的实情。因此，立足现有企业设备的基础上，升级改造旧式设备，才能符合企业实际，并以此提高企业的产品质量、生产力和工作效率，增加企业的经济效益。而可编程控制器是改造旧式设备的一种有效方式。笔者与科研室及企业的技术人员，经过反复研究与尝试，证明将PLC技术应用在铝材氧化作业系统中是完全可行的，并使校企挂钩的企业获得意想不到的效果。

通过选择FX3U-48MR型的PLC对铝材氧化作业系统的改造，可以实现手动和自动控制，从而提高产品的质量，减少工人劳动强度，实现工业自动化控制，并提高整个电气控制系统的工作性能和工人的人身健康安全，及降低机械冲击强度和减少工人对系统维护、维修的工作量。

一、原铝材氧化作业系统概述

1.原铝材氧化作业生产系统的流程具体分为8个步骤，其工艺流程如下面图1所示：

其结构是由江阴市红桥起重电器厂有限公司生产的型号为XLD、载重为1吨可以起吊6米高的电动葫芦手动操作完成；其可控升降采用功率为1.5KW，3相Y接，转速为1380r/min的锥形转子电动机；可控运行电机为0.5KW。现针对原系统实际运行情况，在铝材氧化作业中主要存在着铝产品氧化质量不稳定，人手操作不可靠和人身安全隐患并存以及生产效率低等一系列问题逐渐凸显：

（1）笔者在带毕业班学生参加“2+1”顶岗实习过程中，经常在企业的产品质量分析报告会上了解到，有相当一部分铝产品质量不合格的问题是在氧化作业部分。例如出现产品分色、碰伤、膜厚、光泽度不符合客户要求等缺陷，这种质量效果严重影响企业生产效率。

（2）原系统是靠工人一只手频烦操作电动葫芦，另一只手扶住铝型材产品，并且要不断注意各氧化池的温度变化和氧化的时间等。所以工人劳动强度较大，

（3）系统的工作环境较差。酸蚀产生的大量废气导致生产车间烟雾弥漫，能见度较低。由于废气主要成份是HF（氟化氢），且它在空气环境中很容易生成腐蚀性很强的氢氟酸，是一种剧毒气体，恶劣的空气环境造成工人在生产过程中容易产生疲劳或误操作，工人人手直接氧化作业的危险性较大，这将直接影响现场生产和工人的人身安全。

（4）原系统在铝产品氧化作业的过程中都是单凭工人个人经验判断，没有一个连贯的系统性，其生产质量和效率可想而知，因此原系统操作对产品质量要求的确难以保证。

（5）系统的频繁手动升降、前后移动和起动、停止速度不一，而且都是惯性负载，因而机械冲击较大。设备运行可靠性较低。这直接影响设备使用寿命及操作人员的安全系数。据统计，最多的一天要维修上十次，因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。

针对上述现有技术存在的不足，要从根本上解决铝产品氧化质量要求、工人操作安全性、劳动强度以及设备故障率高等一系列的问题，就必须要利用PLC作为控制装置，以程序控制取代人手控制。因为利用PLC技术具有可靠性高、抗干扰能力强、适应性强、编程方便，且控制系统设计、安装、调试、维修方便等一系列的优点。所以对该系统采用PLC技术控制是必然选择，这样使系统和产品质量更加稳定以及实现了自动化及半自动化控制的目的同时，提高设备的档次。

二、原系统的改造和改造后的工作原理

为了提高原有设备的利用率并考虑企业经济条件、改造的方便、实用性等关键因素，现对原系统作如下改造方案：

1.为了便于对系统进行调整和检修，在操作上保留原有系统手动控制，并增加FX3U-48MR可编程控制器进行自动控制，通过PLC实现了系统操作规范、逻辑控制和各参数的精确调整，并简化了系统的接线和控制方式。

2.为了进一步改善系统操作的准确性和生产的规范化，在原有系统中对每一个工艺流程进行加装了限位开关SQ1-SQ11，以此提升原系统操作的稳定性和安全性，避免了过去人手操作繁锁并单靠个人经验判断来定位，且杜绝了以往超限位发生撞车等违规现象，从而大大减轻工人的劳动强度和提高系统操作的可靠性及安全系数。

3.在原有系统的基础上，利用PLC增加了氧化过程的准确时间控制和安装了型号为XMTD温度监测装置，避免了系统改造前的工人单凭肉眼看时间来决定氧化作业时间和不定时地利用温度计测量氧化液体温度。通过改造后的系统可以大大提高系统操作的准确性和可靠性，减少系统因人为操作不规范而出现的质量问题，从而达到自动控制的目的。

4.系统改造后操作简单方便，按一下按钮就可以让系统能够实现自动氧化作业控制，这样通过系统的改造不仅改善工人工作环境、降低系统机械设备冲击，而且减少系统故障率和维修工人的工作量及其安全。

5.系统改造后的工作原理：

（1）开机，主电路总开关QS合上和PLC通电，为系统手动操作和自动操作作准备。

（2）手動操作控制过程：按下按钮SB2（X1）使S1置1，吊钩上升按SB5，吊钩下降按SB6，行车前进按SB7，行车后退按SB8。

（3）自动操作控制过程：按下按钮SB3（X2）使S2置1，各种氧化液体温度达到设定值M0为1，行车在原位，吊钩下降在最下方时，行车后退限位开关SQ2、吊钩下限位开关SQ4被压下动作，操作工人将铝型产品放在挂具上，即准备开始进行氧化作业。

（4）吊钩上升：按下启动按钮SB4（X3），状态转移到S20，S20置1，驱动吊钩电机M1得电正转，吊钩上升，当碰撞到上升限位SQ3后，吊钩上升停止。

（5）行车前进：在吊钩上升停止的同时，使状态转移到S21，驱动行车电机M2得电正转，行车前进。

（6）吊钩下降：行车前进碰撞到除油定位SQ5，使状态转移到S22，行车前进停止，同时继电器KM2得电，吊钩电机反转，吊钩下降。

（7）定时除油：吊钩下降碰撞到下限位开关SQ4动作时，使定时器T0定时1200S对铝型产品进行除油。

（8）吊钩上升：T0定时时间到，使状态转移到S23， KM1得电，吊钩电机正转，吊钩上升。当碰撞到上升限位SQ3后，吊钩上升停止。

后面各道工序的顺序动作过程，依此类推。最后行车退回到原位上方，吊钩下降到原位。若再次按下启动按钮SB4，则开始下一个工作循环。其具体工作状态流程图如图4所示。

6.经过改后的系统，能够在确保企业产品质量要求的同时，还相应提高生产效率，同时也为企业创造了极大的经济效益，并达到改造的预期目标。

三、系统改造后PLC的输入输出接线图如图3所示

应用PLC技术改造后的铝材氧化作业系统线路简单、清晰，按钮操作简便，可靠性高，能够使铝型产品氧化有较高质量保证，操作员无需再像以前要经常对电机采用反复的控制。改造后的系统不仅有利于系统对铝材氧化作业进行准确定位和时间的控制及工人的安全性，而且负载特性好，无冲击负荷，降低了机械传动冲击，可明显改善钢结构的承载性能。在延长设备使用寿命同时，减少了维修费用。

经过PLC技术改造后的系统，是一种实用而有效的自动化控制系统，实现自动化控制的目的，并使企业设备改造实现了小投入大回报和利益最大化的目的，从而增加企业的竞争能力。

责任编辑何丽华