1 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。行車的運行與電鍍系統(tǒng)溫度直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量和效率，采用禾川X3EB EtherCAT伺服系統(tǒng)可以實現(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

　　圖 2 禾川 X3EB 總線運動控制系統(tǒng)

　　2 電鍍生產(chǎn)線的基本工作流程

　　圖 3 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 4 電鍍生產(chǎn)線現(xiàn)場示意圖

　　圖 5 電鍍生產(chǎn)線的人機可視化界面

　　3 電鍍生產(chǎn)線的電氣配置與控制說明

　　電氣配置如圖6所示，行車主要是伺服電機帶動工件上下運動的升降伺服與控制工件左右運動的平移伺服，主要通過MC_MoveAbsolute絕對定位功能實現(xiàn)伺服的走位。根據(jù)工藝要求，伺服帶動機構(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 6 電鍍生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場系統(tǒng)拓?fù)?/p>

　　系統(tǒng)分為手動控制和自控控制兩種方式，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。觸摸屏是人機交流信息的窗口，用于監(jiān)控PAC控制的設(shè)備運行狀態(tài)的變化，通過與PAC的通訊，實現(xiàn)對PAC寄存器中的參數(shù)修改，并進(jìn)行用戶管理、數(shù)據(jù)歸檔，報表打印、配方修改、故障報警等功能。方案設(shè)計了主畫面、參數(shù)設(shè)置畫面、操作畫面、運行監(jiān)控畫面、報警畫面、取數(shù)歸檔畫面，且為了安全性設(shè)計了用戶管理。

　　4 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、　容易實現(xiàn)、有較強的靈活性和適應(yīng)性以及使用方便等優(yōu)點，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Q0 PAC對模擬量進(jìn)行PID控制時，可用Codesys系統(tǒng)功能塊實現(xiàn)。

　　圖 7 電鍍生產(chǎn)線人機操作界面

　　圖 8 PID 控制原理圖

圖 9 電鍍槽溫度控制示意圖

　　圖 10 PID 溫控實現(xiàn)程序

　　PID(比例、積分、微分)控制具有魯棒性好、易實現(xiàn)、算法簡單、較強的靈活性和較高的準(zhǔn)確性等特點， 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。

　　5 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。運動控制產(chǎn)業(yè)的成熟與性價比的凸顯使得伺服電機在各種設(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，實現(xiàn)生產(chǎn)提質(zhì)增效降本并促進(jìn)人的健康發(fā)展。工程師們一直在思索與探索自動化、數(shù)字化、智能化賦予時代與全人類的意義，自動化解放了人的重復(fù)性體力勞動，從而使人類有更多的時間和精力去創(chuàng)造文明更深更遠(yuǎn)的意義，而數(shù)字化從最終結(jié)果來說亦是自動化另一層次的體現(xiàn)，通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能實現(xiàn)了對重復(fù)流程的系統(tǒng)化歸納與可視化高效信息管理與配置，避免了人的重復(fù)過程參與和勞動，使得整個生產(chǎn)系統(tǒng)更加的高質(zhì)高效。它們的存在和發(fā)展促進(jìn)了人類社會生產(chǎn)力與精神文明的進(jìn)步，并賦予了個體意志更多自由的選擇。