歐德神思軟件系統(tǒng)（北京）有限公司

一、電鍍生產(chǎn)簡介

電鍍是一種比較重要的工藝，產(chǎn)品經(jīng)過電鍍工藝處理后，不僅產(chǎn)品質(zhì)量獲得提高，產(chǎn)品性能也會大幅度提高，同時延長了產(chǎn)品的使用時間。電鍍生產(chǎn)線是指按一定的電鍍生產(chǎn)工藝要求,將有關(guān)的各種電鍍處理槽、電鍍行車運(yùn)動裝置、電源設(shè)備、循環(huán)過濾裝置、檢測儀器、加熱裝置、空氣攪拌裝置、排水排水及污染處理裝置等組合起來，是一個由電氣控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的完整系統(tǒng)。自動電鍍生產(chǎn)線降低了物量消耗量，減輕了人的勞動強(qiáng)度與減少人和化學(xué)污染的接觸，同時提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并有利于設(shè)備與生產(chǎn)流程的數(shù)字化集中化管理。行車的運(yùn)行與電鍍系統(tǒng)溫度直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量和效率，核心控制方案采用禾川基于CODESYS軟件開發(fā)的Q系列高級運(yùn)動控制器，并且結(jié)合禾川X3EB EtherCAT伺服系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度、靈活地帶動各鍍件走位，同時通過PID算法實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)溫度控制的快速響應(yīng)，穩(wěn)定而可靠。

圖1 電鍍控制系統(tǒng)框架

二、電鍍生產(chǎn)線的基本工作流程

圖2 電鍍生產(chǎn)工藝流程

電鍍自動生產(chǎn)線生產(chǎn)環(huán)節(jié)一般分為三個階段：鍍前處理階段、電鍍過程階段和鍍后處理階段。鍍前處理是電鍍的預(yù)處理環(huán)節(jié)，它是在工件電鍍前將其表面進(jìn)行一些準(zhǔn)備處理工作，主要是除去工件表面的金屬氧化層或油漬，這樣在電鍍時可以減少許多雜質(zhì)，以保證鍍層質(zhì)量。一般情況下，鍍前處理工藝主要經(jīng)過脫脂，電解去油，電拋光，電腐蝕，活化，水洗等。電鍍過程就是把工件放入鍍槽里進(jìn)行電鍍，最重要的是控制好鍍液的溫度、電壓、電流方以及電鍍時間，電鍍時間可能要幾個小時。鍍后處理主要經(jīng)過含鉻沖洗，保證電鍍的質(zhì)量。

圖3 電鍍生產(chǎn)線現(xiàn)場示意圖

圖4 電鍍生產(chǎn)線的人機(jī)可視化界面

三、電鍍生產(chǎn)線的電氣配置與控制說明

電氣配置如圖5所示，行車主要是伺服電機(jī)帶動工件上下運(yùn)動的升降伺服與控制工件左右運(yùn)動的平移伺服，主要通過CODESYS提供MC_MoveAbsolute絕對定位功能實(shí)現(xiàn)伺服的走位。根據(jù)工藝要求，伺服帶動機(jī)構(gòu)分別在清洗池完成清洗，電鍍池完成電鍍各個工位完整組合，最終完成工件的電鍍工藝。

圖5 電鍍生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場系統(tǒng)拓?fù)?/span>

系統(tǒng)分為手動控制和自動控制兩種方式，自動又分為單周期與連續(xù)控制，采用子程序編寫，主程序完成系統(tǒng)初始化設(shè)置及子程序調(diào)用。電鍍、回收、清洗的時間在觸摸屏上根據(jù)工件不同和環(huán)境溫度不同，進(jìn)行設(shè)置、修改，達(dá)到最佳控制效果，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了工作效率。

四、電鍍生產(chǎn)線PID溫度控制工藝

PID控制以不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型、結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用在閉環(huán)控制制系統(tǒng)中。而對鍍槽液溫度的控制，首先要求克服對象特性的多變性、非線性、噪聲、不對稱增益特性、較大的純滯后等因素的影響，實(shí)現(xiàn)較精確的溫度控制。電鍍過程中鍍槽液溫度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，鍍層結(jié)晶才會細(xì)致均勻。因此，本例中采用PID控制維持被控對象穩(wěn)定溫度，以滿足生產(chǎn)工藝的要求，保證電鍍質(zhì)量。用禾川基于 CODESYS 軟件平臺開發(fā)的Q0 PAC對模擬量進(jìn)行PID控制時，可用 CODESYS 提供系統(tǒng)功能塊實(shí)現(xiàn)。

圖6 電鍍生產(chǎn)線人機(jī)操作界面

圖7  PID控制原理圖

圖8 電鍍槽溫度控制示意圖

圖9  PID溫控實(shí)現(xiàn)程序

PID(比例、積分、微分)控制具有魯棒性好、易實(shí)現(xiàn)、算法簡單、較強(qiáng)的靈活性和較高的準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，因此在溫度控制方面應(yīng)用十分廣泛。PID有比例系數(shù)KP、積分系數(shù)KI、微分系數(shù)KD三個關(guān)鍵參數(shù)。在 PID 控制算法中，比例(P)控制是最簡單的控制方式，控制器的輸出與輸入偏差值成比例關(guān)系(KP)。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。積分(I)環(huán)節(jié)主要是用來消除靜差，所謂靜差，就是系統(tǒng)穩(wěn)定后輸出值和設(shè)定值之間的差值，積分環(huán)節(jié)實(shí)際上就是偏差累計的過程，把累計的誤差加到原有系統(tǒng)上以抵消系統(tǒng)造成的靜差。微分參數(shù)：微分信號則反應(yīng)了偏差信號的變化規(guī)律，或者說是變化趨勢，根據(jù)偏差信號的變化趨勢來進(jìn)行超前調(diào)節(jié)，從而增加了系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。

五、結(jié)語

隨著自動化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)設(shè)備越來越先進(jìn)和智能化，電鍍設(shè)備產(chǎn)線也伴隨著上下游產(chǎn)業(yè)鏈與市場的需求發(fā)展，不斷創(chuàng)新走向一個新的階段。運(yùn)動控制產(chǎn)業(yè)的成熟與性價比的凸顯使得伺服電機(jī)在各種設(shè)備上應(yīng)用越來越多，結(jié)構(gòu)緊湊、高速高精度、易于技術(shù)人員開發(fā)設(shè)計、適應(yīng)性強(qiáng)讓伺服控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)正在深化融合發(fā)展，并賦能傳統(tǒng)設(shè)備走向智能化升級。對于電鍍工業(yè)場景來說，現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，存在著各種對人體有害的化學(xué)物質(zhì)，而設(shè)備的智能化以及全產(chǎn)線生產(chǎn)流程的無人化避免了人直接與危險環(huán)境的接觸，且高度的自動化提高了產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)系統(tǒng)效率并極大地降低了原材料的損耗，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)提質(zhì)增效降本并促進(jìn)人的健康發(fā)展。