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鋁陽極氧化線的節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改造

文檔作者：何躍武文檔來源：江門市安諾特炊具制造有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年07月16日
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疆PLC技術(shù)
[摘要]
關(guān)鍵詞
0引言
鋁陽極氧化線的節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改造
何躍武
(江門市安諾特炊具制造有限公司，廣東江門 529040)
通過使用新型開關(guān)電源型整流機(jī)，采用在線氧化膜厚檢測技術(shù)，升級控制系統(tǒng)程序，改造滑車系統(tǒng)等處理措
施，對大型鋁陽極氧化線進(jìn)行節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改造。實(shí)踐證明，改造后的鋁陽極氧化線節(jié)能增產(chǎn)效果明顯。
鋁陽極氧化線變壓器式整流機(jī)開關(guān)電源型節(jié)能增產(chǎn)
鋁陽極氧化線是對鋁或鋁合金產(chǎn)品表面進(jìn)行氧化處理
的大型自動化生產(chǎn)線。它由包括上、下料位在內(nèi)的27個
缸位工序組成，在缸位正上方構(gòu)筑有半封閉鋼結(jié)構(gòu)隧道式
龍門架，龍門架軌道上安裝有3臺轉(zhuǎn)運(yùn)物流的滑車，大功
率氧化整流機(jī)和冷凍系統(tǒng)等附屬設(shè)備集中安裝在機(jī)房內(nèi)。
鋁陽極氧化線的控制系統(tǒng)由控制室內(nèi)的上位機(jī)、觸摸屏、
PLC，滑車上的PI C遠(yuǎn)程模塊，現(xiàn)場各種檢測取樣元件、
終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，可實(shí)現(xiàn)手動工作、自動工作、生產(chǎn)程
序號內(nèi)工藝參數(shù)設(shè)定和修改、現(xiàn)場狀態(tài)參數(shù)顯示和人機(jī)對
話等功能。工件架推入上料位，選擇并確認(rèn)程序號后，3
臺滑車自動按相應(yīng)程序號的工藝參數(shù)要求和順序工作，并
將處理完成后的產(chǎn)品送到下料位。由于受地面基礎(chǔ)長期不
均衡下沉對線體結(jié)構(gòu)的破壞，滑車設(shè)計(jì)不合理，未實(shí)現(xiàn)在
線氧化膜厚自動控制，陽極氧化用的大功率變壓器式整流
機(jī)耗電量大、故障頻繁且維修周期長等的影響，鋁陽極氧
化線運(yùn)行不穩(wěn)定，故障率高，嚴(yán)重制約了產(chǎn)能的增長、產(chǎn)
品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。為降低生產(chǎn)成本，提高鋁陽極氧化
線的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，在總結(jié)使用和
維護(hù)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對鋁陽極氧化線實(shí)施節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改
：造。
1鋁陽極氧化線改造前的狀況
改造前，鋁陽極氧化物存在氧化工作不能自動控制、
滑車定位不精準(zhǔn)、大功率變壓器式整流機(jī)工作不穩(wěn)定且耗
電量大等問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
(1)能耗高。鋁陽極氧化線共有7個氧化缸，配套安
裝了3臺300kVA和4臺250kVA風(fēng)冷卻變壓器式整流
機(jī)。據(jù)檢測，變壓器式整流機(jī)的電能轉(zhuǎn)換率最高在75 左
右，半載或輕載時只有55 ～65 ，這意味著變壓器式整
流機(jī)在進(jìn)行電量轉(zhuǎn)換時要多消耗25 ～35 的電能。以鋁
陽極氧化線改造前兩年變壓器式整流機(jī)年平均總用電量
366萬kW ·h為基數(shù)， 電量轉(zhuǎn)換時平均多消耗電能取
3O ，那么變壓器式整流機(jī)一年要多消耗電量109．8萬
kW ·h。同時，整流機(jī)變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，連續(xù)工作時易燒
線圈，且拆送、維修重達(dá)2t的整流機(jī)，費(fèi)用高、維修周期
長，對生產(chǎn)影響很大。上置4l 離心通風(fēng)機(jī)由上向下吹
風(fēng)對整流機(jī)進(jìn)行冷卻降溫，加上機(jī)房內(nèi)沒有高效的空氣流
通設(shè)施，造成機(jī)房內(nèi)工作溫度高達(dá)40℃，且噪音在75dB
以上。另外，變壓器式整流機(jī)的諧波干擾嚴(yán)重，為此每臺
整流機(jī)還配套安裝了1套諧波濾除裝置柜。
(2)氧化工序不能自動控制。由于沒有采用在線氧化
膜厚檢測技術(shù)，因此不能將現(xiàn)場氧化工作時氧化膜厚情況
實(shí)時傳送到控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氧化工序自動工作。生產(chǎn)過程
中，操控人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在上位機(jī)中設(shè)定氧化工作時間，再
參考整流機(jī)的工作電壓、電流進(jìn)行實(shí)時修改以控制產(chǎn)品氧
化膜厚。通常，為保證氧化膜厚，會加大氧化時間，這樣
不僅造成產(chǎn)品氧化膜厚與標(biāo)準(zhǔn)的一致性差，還使整流機(jī)消
耗大量的電能。
(3)滑車系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造不合理。滑車門式框架鋼性和
強(qiáng)度不夠，在使用中慢慢變成八字形，影響滑車的動作安
全。行走電機(jī)安裝在滑車的一端，使滑車重心偏向一邊，
不利于行走時兩端的同步性。同時，地基下沉使滑車軌道
不平直，造成滑車運(yùn)行時晃動大，滑車與缸位中心線差異
大，滑車定位不精準(zhǔn)。
(4)設(shè)備地基下沉嚴(yán)重。安裝鋁陽極氧化線的水泥平
臺下深處是松軟地，在壓力不均等因素的影響下，水泥地
基出現(xiàn)不均衡持續(xù)下沉，其中最大下沉幅度達(dá)到500mm，
造成鋁陽極氧化線機(jī)體結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重，龍門架上的滑車軌
道呈波浪形，控制系統(tǒng)的各種位置信號開關(guān)經(jīng)常失靈。雖
然進(jìn)行過幾次機(jī)架水平調(diào)整，但效果不明顯。這樣不僅加
大了設(shè)備維護(hù)難度，還易引發(fā)故障，影響鋁陽極氧化線正
常運(yùn)行。
2節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改造措施
通過深人研究鋁陽極氧化線存在的問題，詳細(xì)了解鋁
陽極氧化生產(chǎn)工藝要求，并借鑒同行業(yè)氧化線或電鍍線先
進(jìn)成熟技術(shù)，制定出鋁陽極氧化線節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改造方
案。為減少技術(shù)改造對現(xiàn)有生產(chǎn)造成的影響，改造分階段
進(jìn)行。
收稿日期：2011—08-24
作者簡介：何躍武(1971一)，高級技師，主要從事工廠電氣及自動化控制相關(guān)工作。
42I WWW．chinaet．net I電工技術(shù)
PLC技術(shù)髓
(1)第一階段是對整流機(jī)實(shí)施升級改造，用250kVA
開關(guān)電源型整流機(jī)替代原變壓器式整流機(jī)。開關(guān)電源型整
流機(jī)采用了鈉米變壓器和IGBT模塊等器件，電能轉(zhuǎn)換率
達(dá)到85 ～93 ，且具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。鈉米變
壓器的環(huán)形磁芯由納米軟磁材料制成，電能轉(zhuǎn)換率高達(dá)
99 oA；變壓器外圍由鋁材包裹做成模塊形狀，內(nèi)置冷卻循
環(huán)水路，既減少了電磁干擾，又使得變壓器始終保持在正
常的工作溫度。因整機(jī)采用水冷卻降溫形式，故開關(guān)電源
型整流機(jī)工作時噪聲小。
整流機(jī)的升級改造在正常生產(chǎn)中分步進(jìn)行。先把#1
整流機(jī)更換成輸出電壓／電流相同、功率為250kVA的開
關(guān)電源型整流機(jī)，并將開關(guān)電源型整流機(jī)的控制整合到鋁
陽極氧化線的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信號互通。在相同條件
下，使該開關(guān)電源型整流機(jī)與其它6臺變壓器式整流機(jī)一
起試運(yùn)行3個月。運(yùn)行結(jié)果表明： 由開關(guān)電源型整流機(jī)生
產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且達(dá)到工藝要求，氧化工作效率有了小
幅提高，該整流機(jī)符合鋁陽極氧化線的要求。隨后在不影
響生產(chǎn)的情況下逐臺替換變壓器式整流機(jī)。但在后續(xù)的使
用過程中，發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源型整流機(jī)多次出現(xiàn)IGBT模塊爆
裂故障。經(jīng)檢查分析，這是由安裝在現(xiàn)場的諧波濾除裝置
柜引起的。此諧波濾除裝置柜是針對原變壓器式整流機(jī)產(chǎn)
生的5次、7次諧波安裝的，在與開關(guān)電源型整流機(jī)并聯(lián)
工作時，其產(chǎn)生的諧波干擾造成IGBT模塊爆裂。拆除諧
波濾除裝置柜后，再沒有出現(xiàn)IGBT模塊爆裂現(xiàn)象。
(2)第二階段是對控制系統(tǒng)和滑車進(jìn)行技術(shù)改造。一
是采用在線氧化膜厚檢測技術(shù)，即安裝在線氧化膜厚檢測
儀。通過控制系統(tǒng)設(shè)定在線氧化膜厚檢測儀參數(shù)，氧化工
作時氧化膜厚一旦達(dá)到設(shè)定值，在線氧化膜厚檢測儀便發(fā)
信號給PLC，通知滑車將產(chǎn)品從氧化缸中吊出進(jìn)入下一道
工序。這樣便實(shí)現(xiàn)了氧化工作的自動化，進(jìn)而能準(zhǔn)確地控
制氧化膜厚，提高產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，降低氧化時整流
機(jī)的能耗。二是修改和升級控制系統(tǒng)中的程序。原PLC
程序中3臺滑車都可以做全程工作，且滑車之間工作交匯
點(diǎn)和重疊處多，程序的互鎖、聯(lián)鎖關(guān)系復(fù)雜，使整個PLC
控制程序異常復(fù)雜且易出現(xiàn)運(yùn)行異常。在滿足各種氧化產(chǎn)
品工藝動作要求前提下，對3臺滑車均衡地劃定工作區(qū)
域，以此進(jìn)行PLC程序的修改和升級。將滑車直接啟
動、停止和不同速度轉(zhuǎn)換控制程序改為線性升降速啟動、
停止和速度轉(zhuǎn)換，并根據(jù)控制系統(tǒng)改進(jìn)的需要相應(yīng)地對上
位機(jī)和觸摸屏程序作了修改。三是改進(jìn)滑車系統(tǒng)，以提高
滑車運(yùn)行速度。校正滑車門式框架、勾手等鋼結(jié)構(gòu)并加強(qiáng)
其強(qiáng)度，同時通過將行走動力系統(tǒng)安裝到滑車中部等改進(jìn)
措施，以提升滑車行走穩(wěn)定性和工序缸位定位的精確度。
在此基礎(chǔ)上，約提高滑車行走速度和勾手上下動作速度
16 (為保證定位精確度，定位段速度不變)?；嚫脑焱?
運(yùn)后工作穩(wěn)定，大幅提高了運(yùn)行效率。
(3)第三階段是對地基和機(jī)架結(jié)構(gòu)等相關(guān)機(jī)械部分
進(jìn)行改造， 以確保鋁陽極氧化線的整體結(jié)構(gòu)水平穩(wěn)定。
先停產(chǎn)，將鋁陽極氧化線整體拆除移走，然后在原地基
打樁做成框架結(jié)構(gòu)的設(shè)備整體基礎(chǔ)平臺，待水泥基礎(chǔ)平
臺凝固期過后重新安裝鋁陽極氧化線。在重裝過程中對
相關(guān)部分進(jìn)行改進(jìn)，整理、分開原混合放在塑料線槽中
的動力、控制信號電纜到2條噴塑鐵線槽中以減少信號
干擾；加強(qiáng)隧道式龍門架強(qiáng)度；提高滑車軌道安裝水平
度和直線精度等。
3節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改造后的效果
為測試投運(yùn)的開關(guān)電源型整流機(jī)實(shí)際節(jié)電效果，選取
功率相同的3臺變壓器式整流機(jī)和3臺開關(guān)電源型整流
機(jī)，在同等條件下進(jìn)行相同產(chǎn)品的氧化生產(chǎn)，兩種型號整
流機(jī)氧化工作時用電情況見表1。
表1兩種型號整流機(jī)氧化工作時用電情況對比表
從表1可知，開關(guān)電源型整流機(jī)比變壓器式整流機(jī)節(jié)
電14 左右。以改造前一年變壓器式整流機(jī)總用電量407
萬kW ·h為基數(shù)，改造后氧化產(chǎn)品量增長28．5 ，計(jì)算
出變壓器式整流機(jī)一年總用電量為523萬l【w ·h，而實(shí)際
上采用開關(guān)電源型整流機(jī)一年總用電量為449萬kw ·h，
節(jié)約74萬kW ·h。以年平均電價0．74元／(kW ·h)計(jì)
算，全年少支付電費(fèi)54．76萬元，加上處理7臺變壓器式
整流機(jī)所得的16萬元，則在一年左右就可收回改造費(fèi)
用。
開關(guān)電源型整流機(jī)功率因數(shù)為0．89，因而可省去7臺
諧波濾除裝置柜的運(yùn)維成本。同時，開關(guān)電源型整流機(jī)投
運(yùn)后，高壓變配電房內(nèi)低壓總電流比改造前下降約
500A，為將來增容留下了更多余量。此外，開關(guān)電源型整
流機(jī)的使用以及諧波濾除裝置柜的拆除，使機(jī)房內(nèi)的溫度
和噪音有明顯改善，為機(jī)房內(nèi)開關(guān)電源型整流機(jī)、大型冷
凍機(jī)等設(shè)備的穩(wěn)定工作以及延長其使用壽命創(chuàng)造了良好的
外部環(huán)境。
地基平臺樁架結(jié)構(gòu)水泥地面的處理和整體機(jī)架結(jié)構(gòu)的
加強(qiáng)，為鋁陽極氧化線的安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。升級
改造控制系統(tǒng)、滑車系統(tǒng)后，大幅提升了滑車運(yùn)行的穩(wěn)定
性和速度，減少了產(chǎn)品在鋁陽極氧化線上的流轉(zhuǎn)時間，提
高了工作效率。新型開關(guān)電源型整流機(jī)和在線氧化膜厚檢
測技術(shù)的應(yīng)用，縮短了產(chǎn)品氧化時間，提升了產(chǎn)能。
(編輯楊正君)
電工技術(shù)『2012『3期{43

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