一、前言
随着工业控制技术的不断发展，国内铝型材氧化线控制方式由传统的手动控制模式逐步过渡到全自动控制模式。由于氧化生产线承建商较多，各家的控制方案也不尽相同，造成生产线与表面处理电源的数据交互方式存在许多差异。本文主要介绍这些差异的特点，并提供解决方案满足不同类型氧化线自动控制系统的接口要求。
二、铝型材氧化线生产过程控制的现状
在手动生产线上，生产现场的环境通常是比较恶劣的，高温、潮湿、刺激的空气，都会影响操作者的精神状态，要做到长时间手眼精确的配合，操作准确到位还是比较困难的。在生产现场经常可以看到：操作者不按要求操作，出现取错料、放错槽、工件挂破工艺槽体的防腐层等现象，甚至出现把电泳料做成封孔料的严重错误。
在自动生产线上，自动行车的控制系统核心是PLC，这是一种工业用的计算机系统，可以依据预设好的程序（当然这种程序是可以改变的），严格而准确的完成各种工艺动作。所以自动行车的运行是非常可靠的。
投产较早的氧化线采用全手动控制模式，生产线上的行车控制以及电源设备的控制完全依靠生产一线员工手动操作，人工成本越来越高，而且现场腐蚀性气体和噪音对员工身心健康有较大影响，也导致员工流失率较高。同时，生产效率和成品率的提高依赖于员工的个人技能、品德和基本素质，生产安全得不到保证。这种模式目前主要存在于卧式氧化线和一部分立式氧化线中。
随着工艺和工业控制技术的不断发展，氧化线生产过程自动化控制成为必然。国内较早的全自动化氧化线主要由日本、韩国的生产线承建商设计，现在国内生产线承建商大多也掌握了这种全自动化的生产控制技术，在性价比方面具有显著优势。近年来，半自动或全自动氧化生产线已成为主流。
三、全手动氧化线配套电源设备的控制
为之配套的表面处理电源与生产线不存在接口的问题，但在人工操作方式上，可提供两种模式：
a) 槽边手动控制
这种模式下，每台电源设备配备一台远控操作箱，远控箱放置于对应的槽体旁边，既可做成箱式挂在墙上，也可做成立柱型置于槽边。远控箱摒弃了以往配备时间继电器加电表和开关按钮的模式，配置了智能触摸屏、声光提示和报警指示器，与电源设备采用RS485方式和硬接点方式交换数据，可以根据工艺的要求设置和存储多种电源运行参数（包括软启动、软关机、输出电压电流、各时段运行时间等），控制电源的启停，具有功能丰富、操作简单、显示清晰的优点。
与槽边控制不同之处在于，对所有电源的控制集中在一个台面完成，这样可以改善员工的工作环境，也有利于监测整条氧化线的生产过程。
在全手动氧化线上，电源设备也可实现半自动或全自动控制，具体的实现方式与自动化氧化线基本相同，只是电源开停机指令和运行参数设置来自于上料区的计算机。
四、电源设备与自动化氧化线的硬件接口方案
目前活跃于国内的自动化氧化线承建商有近十家，每家都有各自的特色，自动化程度还有半自动和全自动之分。因此，对电源接口的要求可谓五花八门。综合我们近年来配套几十条自动化氧化线的经验，电源设备与生产线的接口方案可分为四类：
1．专用PLC网络
目前氧化线中常见的专用PLC网络有三菱的MELSECNET网络和西门子的PROFIBUS-DP网络。
MELSECNET是三菱开发的专用数据链路系统，通讯介质有同轴电缆、双绞线、光缆等多种方式。MELSECNET采用令牌传递的方式循环分配分配发送权，网络中所有站点共享同一数据地址空间，通常传输速率10Mbps，使用光纤介质时速率可达25Mbps。
PROFIBUS-DP是一种基于RS485的高速数据传输，支持单主站和多主站的网络。主站间通过令牌传递总线控制权，主站通过实时扫描从站来读写从站数据。PROFIBUS-DP最高传输速率可达12Mbps，物理层支持电缆和光缆。任何第三方支持PROFIBUS-DP协议的产品，均可以通过产品定制的GSD(电子设置数据文件)加入到现有的网络组态中去。
2．工业以太网
工业以太网是在交换以太网的基础上，提高了网络安全性、可操作性和实时性的一种更高标准的网络。目前大部分PLC厂商都有直接支持以太网的CPU或通讯模块，不同厂家设备之间可以非常简单的实现网络互联。以太网的物理层连接方式主要有：屏蔽网线、光纤、无线传输(WIFI)，其中WIFI在移动工作的设备上有非常广泛的应用。
3．现场总线
除了专用的PLC现场总线，其它的现场总线也可用于生产自动化系统与电源设备的连接，其中典型的代表是Modbus。Modbus是一种开放的主从通讯协议，主要定义了数据链路层标准，物理层可以是串行口(RS232、RS485、RS422)和以太网(TCP)。Modbus网络中有一个主站和一个或多个从站，采取主站查询，从站应答的模式通讯，从站通过站地址进行识别。
4．硬接点
在这种连接方式下，开关量传递通过继电器接点进行，用于传递电源的运行/停止、故障、准备好等状态以及开/停机指令信号。模拟量传递通过D/A和A/D进行，用于调整电源的输出电压或电流。这种方式比较简单，但是信息量太少，而且无明显的成本优势，所以较少采用。
五、电源设备与自动化氧化线的数据交换无论在物理层面采用何种硬件接口方案，从网络的应用层面而言，自动化生产线控制系统与电源设备的数据交换都是统一的。电源设备自动运行的控制逻辑可由下图表示。
电源设备在具备通电条件后向CCR(生产线系统)发送“Ready”信号；CCR将型材送入对应工艺槽后发送“Crane In”(吊车到位)信号给电源设备，同时依次发送“Data Request”(数据发送请求)和"Control Data"(控制数据)给电源设备；电源设备向CCR发送"Data Answer"(数据应答)表明其收到的控制数据无误；CCR复位数据请求指令；电源设备依照设定的参数开机直至设定的工作时间到后自动停机。
六、电源中控台的设计
不同的项目、不同的生产线承建商都有各自的接口方案，为了适应不同的网络物理层连接的需要，如果电源设备直接与生产线自动化控制系统对接，氧化线上所有的电源设备必须有相应的物理接口。这样一来，电源设计的标准化将难以实现，且会带来设计工作量大、成本上升、维护困难等诸多问题。
有效且又经济的解决方案是配置一个电源中控台。
如上图所示，电源中控台作为电源设备与生产线控制系统数据交互的桥梁，发挥了承上启下的作用。一方面，通过电源中控台可以满足不同类型生产线自动化控制系统的接口要求，电源本体设计可以实现标准化；另一方面，当生产线自动化系统出现故障时，电源中控台作为电源设备的人工操作界面继续下发工作指令。
电源中控台有两种控制方式可供选择：手动模式和自动模式。在手动模式下，电源中控台负责提供氧化线上所有电源设备的操作界面，所有电源的参数设置、开停机控制均由操作人员在触摸屏上完成；在自动模式下，生产线控制系统通过通讯方式对所有电源进行控制管理，可配合生产线实现氧化线全自动生产。
具体而言，电源中控台功能如下：
（1） 监视功能：触摸屏上实时查看所有电源运行状态、工作参数；
（2） 操作功能：通过触摸屏可进行开停机、参数设置等操作；
（3） 控制方式：手动控制/生产线全自动控制；
（4） 提醒功能：电源工作结束蜂鸣指示灯鸣响，电源故障时触摸屏蜂鸣报警；
（5） 应急处理：中控台为每个槽配置1个紧停按钮，紧急情况下可立即停机；
（6） 工艺配合：根据订单铝型材膜厚、面积，自动计算氧化硅机输出电流和氧化时间；根据订单的着色要求自动选择预先设定的配套着色参数；
（7） 通讯功能：包括与电源的通讯、与生产线的通讯。
得益于自动化技术的飞速发展，电源中控台的具体实现方式有无数种，可以作为一个专题进行探讨。电源中控台设计的基本原则是成熟可靠、易于操作、性价比高。下图是我公司为某大型铝材厂设计制造的电源中控台的一个实例。
电源中控台为每个工艺槽配置一台三菱中型PLC，负责与工艺槽对应的电源设备进行PROFIBUS-DP通讯、与生产线PLC互相传递生产信息完成全自动化过程。电源设备均连入DP网络，可以向网络提供设备的开停机状态、故障状态、输出电压、输出电流、工作时间等信息；同时电源中控台的PLC通过DP网络下发从生产线控制系统收到的各种指令。每个工作槽配备一个大尺寸触摸屏，用于观察各整流电源的工作状态以及整流电源的输出参数。
七、结论
简要介绍了铝型材氧化线生产过程控制的现状,重点阐述了全自动氧化生产线与电源设备的接口方案和基本的控制逻辑，为了满足各种类型生产线接口的要求，电源中控台的设计是关键。本文并给出了一个具体电源中控台设计实例。不同的铝型材自动化生产线，与其配套的电源设备之间具有不同的接口方案，如专用PLC网络、工业以太网、现场总线、硬接点等。为实现配套电源的标准化设计，有效且又经济的解决方案是配置一个电源中控台，将其作为电源设备与生产线控制系统数据交互的桥梁，发挥承上启下的作用。电源中控台可基于成熟可靠、易于操作、性价比高的原则，根据生产线及现场的具体情况灵活设计。
