一、前言

隨著工業控制技術的不斷發展，國內鋁型材氧化線控制方式由傳統的手動控制模式逐步過渡到全自動控制模式。由于氧化生產線承建商較多，各家的控制方案也不盡相同，造成生產線與表面處理電源的數據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的接口要求。
 

二、鋁型材氧化線生產過程控制的現狀

在手動生產線上，生產現場的環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，要做到長時間手眼精確的配合，操作準確到位還是比較困難的。在生產現場經常可以看到：操作者不按要求操作，出現取錯料、放錯槽、工件掛破工藝槽體的防腐層等現象，甚至出現把電泳料做成封孔料的嚴重錯誤。

在自動生產線上，自動行車的控制系統核心是PLC，這是一種工業用的計算機系統，可以依據預設好的程序（當然這種程序是可以改變的），嚴格而準確的完成各種工藝動作。所以自動行車的運行是非常可靠的。

投產較早的氧化線采用全手動控制模式，生產線上的行車控制以及電源設備的控制完全依靠生產一線員工手動操作，人工成本越來越高，而且現場腐蝕性氣體和噪音對員工身心健康有較大影響，也導致員工流失率較高。同時，生產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，生產安全得不到保證。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。

隨著工藝和工業控制技術的不斷發展，氧化線生產過程自動化控制成為必然。國內較早的全自動化氧化線主要由日本、韓國的生產線承建商設計，現在國內生產線承建商大多也掌握了這種全自動化的生產控制技術，在性價比方面具有顯著優勢。近年來，半自動或全自動氧化生產線已成為主流。

三、全手動氧化線配套電源設備的控制

為之配套的表面處理電源與生產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，每臺電源設備配備一臺遠控操作箱，遠控箱放置于對應的槽體旁邊，既可做成箱式掛在墻上，也可做成立柱型置于槽邊。遠控箱摒棄了以往配備時間繼電器加電表和開關按鈕的模式，配置了智能觸摸屏、聲光提示和報警指示器，與電源設備采用RS485方式和硬接點方式交換數據，可以根據工藝的要求設置和存儲多種電源運行參數（包括軟啟動、軟關機、輸出電壓電流、各時段運行時間等），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境，也有利于監測整條氧化線的生產過程。

在全手動氧化線上，電源設備也可實現半自動或全自動控制，具體的實現方式與自動化氧化線基本相同，只是電源開停機指令和運行參數設置來自于上料區的計算機。

四、電源設備與自動化氧化線的硬件接口方案

目前活躍于國內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驗，電源設備與生產線的接口方案可分為四類：

1．專用PLC網絡

目前氧化線中常見的專用PLC網絡有三菱的MELSECNET網絡和西門子的PROFIBUS-DP網絡。

MELSECNET是三菱開發的專用數據鏈路系統，通訊介質有同軸電纜、雙絞線、光纜等多種方式。MELSECNET采用令牌傳遞的方式循環分配分配發送權，網絡中所有站點共享同一數據地址空間，通常傳輸速率10Mbps，使用光纖介質時速率可達25Mbps。

PROFIBUS-DP是一種基于RS485的高速數據傳輸，支持單主站和多主站的網絡。主站間通過令牌傳遞總線控制權，主站通過實時掃描從站來讀寫從站數據。PROFIBUS-DP最高傳輸速率可達12Mbps，物理層支持電纜和光纜。任何第三方支持PROFIBUS-DP協議的產品，均可以通過產品定制的GSD(電子設置數據文件)加入到現有的網絡組態中去。

2．工業以太網

工業以太網是在交換以太網的基礎上，提高了網絡安全性、可操作性和實時性的一種更高標準的網絡。目前大部分PLC廠商都有直接支持以太網的CPU或通訊模塊，不同廠家設備之間可以非常簡單的實現網絡互聯。以太網的物理層連接方式主要有：屏蔽網線、光纖、無線傳輸(WIFI)，其中WIFI在移動工作的設備上有非常廣泛的應用。

3．現場總線

除了專用的PLC現場總線，其它的現場總線也可用于生產自動化系統與電源設備的連接，其中典型的代表是Modbus。Modbus是一種開放的主從通訊協議，主要定義了數據鏈路層標準，物理層可以是串行口(RS232、RS485、RS422)和以太網(TCP)。Modbus網絡中有一個主站和一個或多個從站，采取主站查詢，從站應答的模式通訊，從站通過站地址進行識別。

4．硬接點

在這種連接方式下，開關量傳遞通過繼電器接點進行，用于傳遞電源的運行/停止、故障、準備好等狀態以及開/停機指令信號。模擬量傳遞通過D/A和A/D進行，用于調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，從網絡的應用層面而言，自動化生產線控制系統與電源設備的數據交換都是統一的。電源設備自動運行的控制邏輯可由下圖表示。

電源設備在具備通電條件后向CCR(生產線系統)發送“Ready”信號；CCR將型材送入對應工藝槽后發送“Crane In”(吊車到位)信號給電源設備，同時依次發送“Data Request”(數據發送請求)和"Control Data"(控制數據)給電源設備；電源設備向CCR發送"Data Answer"(數據應答)表明其收到的控制數據無誤；CCR復位數據請求指令；電源設備依照設定的參數開機直至設定的工作時間到后自動停機。

六、電源中控臺的設計

不同的項目、不同的生產線承建商都有各自的接口方案，為了適應不同的網絡物理層連接的需要，如果電源設備直接與生產線自動化控制系統對接，氧化線上所有的電源設備必須有相應的物理接口。這樣一來，電源設計的標準化將難以實現，且會帶來設計工作量大、成本上升、維護困難等諸多問題。

有效且又經濟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備與生產線控制系統數據交互的橋梁，發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線自動化控制系統的接口要求，電源本體設計可以實現標準化；另一方面，當生產線自動化系統出現故障時，電源中控臺作為電源設備的人工操作界面繼續下發工作指令。

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，電源中控臺負責提供氧化線上所有電源設備的操作界面，所有電源的參數設置、開停機控制均由操作人員在觸摸屏上完成；在自動模式下，生產線控制系統通過通訊方式對所有電源進行控制管理，可配合生產線實現氧化線全自動生產。

具體而言，電源中控臺功能如下：

（1） 監視功能：觸摸屏上實時查看所有電源運行狀態、工作參數；

（2） 操作功能：通過觸摸屏可進行開停機、參數設置等操作；

（3） 控制方式：手動控制/生產線全自動控制；

（4） 提醒功能：電源工作結束蜂鳴指示燈鳴響，電源故障時觸摸屏蜂鳴報警；

（5） 應急處理：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；

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

（7） 通訊功能：包括與電源的通訊、與生產線的通訊。

得益于自動化技術的飛速發展，電源中控臺的具體實現方式有無數種，可以作為一個專題進行探討。電源中控臺設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，負責與工藝槽對應的電源設備進行PROFIBUS-DP通訊、與生產線PLC互相傳遞生產信息完成全自動化過程。電源設備均連入DP網絡，可以向網絡提供設備的開停機狀態、故障狀態、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網絡下發從生產線控制系統收到的各種指令。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以及整流電源的輸出參數。

七、結論

簡要介紹了鋁型材氧化線生產過程控制的現狀,重點闡述了全自動氧化生產線與電源設備的接口方案和基本的控制邏輯，為了滿足各種類型生產線接口的要求，電源中控臺的設計是關鍵。本文并給出了一個具體電源中控臺設計實例。不同的鋁型材自動化生產線，與其配套的電源設備之間具有不同的接口方案，如專用PLC網絡、工業以太網、現場總線、硬接點等。為實現配套電源的標準化設計，有效且又經濟的解決方案是配置一個電源中控臺，將其作為電源設備與生產線控制系統數據交互的橋梁，發揮承上啟下的作用。電源中控臺可基于成熟可靠、易于操作、性價比高的原則，根據生產線及現場的具體情況靈活設計。