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智能化表面处理电源数字组网技术的发展与应用
绍兴市承天电器有限公司 高昌勇
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摘要：论述了电镀企业生产自动化程度较低的现状，并从电源的角度分析了造成这种状况的原因。进而论述了传统电源模拟组网的原理和弊病，以及智能化电源数字组网的原理和优势。提出，智能化电源数字组网技术是推动行业自动化升级的重要力量，能够真正显现全自动生产线的优势。
关键词：智能化电源 数字组网技术 自动化生产 产业升级
前言
随着社会发展和电子电器等工业技术水平的提高，智能化、自动化产品的应用越来越广泛。人们已经逐步熟悉并习惯于汽车、计算机、家用电器等行业的智能化、人性化，但对于电镀企业来讲，在实现电镀生产过程中的自动化、智能化方面的接受程度远远落后于很多行业。特别国内电镀企业存在较大的两极分化现象，小企业大多设备老旧，创新观念不强，没有实力提升设备水平。大企业观念新、有实力，但往往只信赖进口产品。
当危机来临时，较低的生产效率和较高的劳动力成本使国内很多的表面处理工厂经营惨淡，竞争力较弱，应对危机显然力不从心。再加上，国家对环境的注重，清洁生产推广的不断深入，许多中小电镀厂要么被关停，要么面对升级或迁移。在这样“内忧外患”的背景下，我国的电镀产业面临着或主动或被动的产业升级。
本文从电源的角度论述了自动线与半自动线的区别，然后从自动线生产中电源的传统组网方式和数字组网方式的区别和优劣，阐述了其控制、组网原理，从而表明智能化电源的强大联网功能是代表国际先进水平的技术，值得我国在产业升级过程中大力推广和应用。
1 我们电镀企业自动化程度现状：
就目前的经济形势来看，企业应对危机的对内举措是练内功、挖潜力。而在市场销售不理想的情况下，内部成本中劳动力成本的比重更加明显，机器可以停，但工人的工资还得照发。因此，最大程度地提高生产设备的自动化程，尽可能少地使用工人成为度过难关和提高市场竞争力的有效办法，这也是工业生产发展的趋势。对于电镀企业来讲，自动化生产也是有效控制质量，提高产品档次，实现标准化生产的重要条件。
传统的电镀生产工艺大多采用几个工人、一个电源、一个槽，采用的是纯手工的作业方式，对电源来讲，只要有稳定的输出就可以了，不用在意什么控制方式和联网功能；而市场上常见的半自动线一般是指部分设备采用自动控制，部分采用手动控制，对电源也没有联网功能要求。国内目前真正采用全自动生产线的电镀企业却很少，有些电镀企业虽然购买了自动线，但往往并没有把电镀电源也联网到控制系统中。这其实也不能算作是标准的全自动生产线。仅有较少的外资、国有和部分大型民营电镀企业开始采用全自动的生产方式，虽然比例不高，但也为众多中小型电镀企业提供了参考和借鉴，证明了被公众认为高污染、低档次的电镀加工也可以实现现代化的生产工艺流程。
2 造成自动化程度不高的原因
事实上，许多生产线制造厂家也都可以提供全自动电镀生产线的设计和制造，部分出口的事实也说明我国的生产线制造技术也已经比较成熟。但是国内电镀行业的自动化程度仍然不高。
仔细分析，造成这种情况的原因有五：
一、用户对自动化控制没有概念，或没有这方面的财务预算，因此没有这方面的要求。在我国很多用户并不太懂设备方面的技术发展情况，受传统观念影响，对自动化生产缺乏正确的认识。
二、能够提供联网电源的生产厂家虽然不少，但电源本身的质量却不佳，所以做出来的工程并不被用户接受。
三、生产线制造企业推广力度有限。采用模拟联网方式存在一定弊病，电源控制出现问题后往往会影响整条生产线，从而影响整条生产线的调试和验收。生产线制造厂家往往不愿意受拖累，如果客户指定采用自动控制的，生产线企业也往往主张电源一个系统，生产线一个系统，以区别责任。这势必会造成浪费。
四、真正掌握数字控制技术的电源生产企业其实不多，数字控制电源推广的力度不足。
五、有些生产线制造厂家因为技术、认识等诸多方面的原因，还不能、也不敢向用户大力推荐数字化电源。
3 电源模拟组网的原理及弊病
其实电源与生产线的联网很多年前就已经应用了，目前市场上采用较多也是这种模拟式的联网控制。其原理是将电源输出的电流、电压模拟信号通过电量变送器转化为工业常用的标准信号如4～20mA、0～5V、0～10V等等， PLC通过其模拟量输入模块采集这些信号，PLC程序处理，计算出需要的控制电压，其模拟量输出模块输出此控制信号，然后再通过电量变送器输送到电源，达到控制电源的目的。电源的启/停，稳压/稳流转换通过PLC输出开关量信号来控制。其基本原理如下图所示：

（图片）

这种联网方式存在以下弊端：
一、浪费材料，如果有十几台、几十台电源需要联网，将需要大量的PLC模拟量输入输出模块、开关量模块、电量变送器、电缆；
二、模拟信号在传输过程中容易受到干扰，容易产生误动作；
三、模拟信号之间存在共地的问题，所以做好信号隔离是系统稳定的十分关键一步；稍微处理的不好，系统很容易工作不稳定、易瘫痪，容易损坏器件，包括整流电源；
三、模拟信号远距离传输存在衰减和易受干扰问题，所以难以实现远距离传输；
四、现场调试过程烦琐，需要反复校准、浪费大量的人力和时间；这种方式调试经常是一两个月才能完成。给客户造成极大的资源浪费。
随着现代控制技术的发展，自动化控制的要求越来越高，节能增效的呼声越来越高，这种联网控制方式逐渐被淘汰是必然趋势。
4 数字电源联网的原理及优势
4.1 定义
智能化电源是指采用数字控制、标配RS-485通信接口的电源。RS-485接口是一种国际通用且常用的通信接口，存在价格便宜、通讯简单方便、适合远距离传输等诸多优点。如果电源的通讯协议采用国际标准协议，如MODBUS协议、PROFIBUS协议等等，那么这种数字电源就很容易接入到国际上常用的开放式网络上。采用这种接口进行组网控制，电源不再需要手动调节，而只需要通过上位机或PLC来进行远程控制，结合周边的行车、传感器等设备，通过编写的控制程序，可以实现无人化或极少人操作的生产流程。通过智能化电源的数字组网技术可以完全杜绝普通电源模拟联网的诸多弊端，其组网方式如下：

（图片）

4.2 优势
智能型电源数字组网的优势具体表现在：
一、提高电源的控制精度，由模拟控制的1%提高为数字控制的1‰；
二、减化联网程序，降低联网成本；因为采取数字传输，因此抗干扰能力强；
三、节省硬件成本，只需要一根双绞线就可以把所有的设备连接起来，而模拟控制一台至少需要 6芯控制电缆。PLC或工控机通过其自带的RS485通讯口或RS232通讯口来控制每台电源，所有的数据传输就是一根双绞线来完成。这样就节省了大量的PLC模拟量输入输出模块、开关量模块、电量变送器、电缆；
四、基本不用现场调试，只需用电源调试软件设定每台电源的通讯地址即可；
五、故障率低，因为电源功率的控制是智能控制，设备工作状态改变时，系统给出软件补偿，改变了模拟控制系统因突升、突降对设备造成的极大冲击，保护了关键功率器件IGBT。从而改变了设备的工作参数，使设备一直处于良好的工作状态下。
六、远距离传输不存在信号衰减。适合长距离传输，理论传输距离1200米。
……
4.3 附助功能
除了具备高速的通信功能外，有些厂家制造的数字电源还具备其他附带功能。如承天电器生产的数控电源（包括数控开关电源和数控可控硅电源）除具备高速通信RS-485接口外，还具备其他附助功能：
一、安时/安分功能。可以随时积算电量，可以有效控制镀层厚度和加料；
二、上电定时功能。可以自由设定工作时间，设置多步缓升，编写工艺曲线。
三、操作模式记忆功能。可以记录先前存储的的操作模式，进行智能化的循环操作。
5 智能化电源的应用
从稳定角度出发，智能化高频开关电源的单机应当控制在10000安以内（10000A应当采用水冷或油浸水冷方式），10000安培以上则可以考虑采用并机方式实现；当然，这种情况在核心器件IGBT的发展下，肯定会有改变。智能化可控硅整流器则可以达到100000安培及以上。电源的大小主要取决于具体工艺的要求，如PCB电镀，电流和电压都比较小，但要求精度较高；氧化电源的电压一般在18V以上，电压稍高，电流却比较大；硬质氧化电源因为其工作参数复杂则更需要采用触摸屏数字控制；电泳电源的电压则通常在200V以上，电压较高，电流相对不大。因此，根据不同的工艺，需要定制不同的电源。是否具备特殊电源的设计和制造能力也是衡量电源生产企业实力强弱的重要因素。 5/10/2012

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