摘要：陽極氧化(anodic oxidation)：鋁及其合金在相應(yīng)的電解液和特定的工藝條件下，由于外加電流的作用下，在鋁制品(陽極)上形成一層氧化膜的過程。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態(tài)和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性、增強(qiáng)耐磨性及硬度，保護(hù)金屬表面等。所以一套完整的陽極氧化生產(chǎn)線需要幾十甚至上百種制程工藝同時(shí)存在，這就導(dǎo)致常規(guī)的陽極氧化生產(chǎn)線長(zhǎng)度達(dá)到幾十甚至上百米同時(shí)工藝控制復(fù)雜，這就對(duì)線體的控制及數(shù)據(jù)傳輸提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。

　　而源于日本及亞洲的工業(yè)開放式總線網(wǎng)絡(luò)CC-Link協(xié)議家族無疑在這點(diǎn)上發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì)，不僅保證了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離穩(wěn)定傳輸同時(shí)速率最高也達(dá)到了10Mbps，最多可鏈接64個(gè)站，總延長(zhǎng)距離可達(dá)1200m。同時(shí)CC-Link強(qiáng)大的兼容產(chǎn)品使各類控制元器件能接到統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中大大節(jié)省了硬件成本。

　　Abstract: Anodic oxidation: Aluminum and its alloys form a layer of oxide film on aluminum products (anode) under the action of applied current under corresponding electrolyte and specific process conditions. The metal oxide film changes the surface state and properties, such as surface coloring, improving corrosion resistance, enhancing wear resistance and hardness, and protecting metal surfaces. Therefore, a complete set of anodizing production line requires dozens or even hundreds of process technologies to exist at the same time, which leads to the length of conventional anodizing production lines reaching tens or even hundreds of meters, and the process control is complicated, which is the control and data of the line body. Transmission posed a severe test.

　　And the high-speed open bus network ``CC-Link'' originating from Japan and Asia undoubtedly exerts a huge advantage in this point. It not only ensures the stable transmission of network data over long distances, but also has a maximum rate of 10Mbps, and can be linked at most. There are 64 stations with a total extension distance of up to 1200m. At the same time, CC-Link's powerful compatible products enable various control components to be connected to a unified network, which greatly saves hardware costs.

　　Keywords: Anodizing, CC-Link, compatible products, long-distance data transmission

　　1. 引言

　　某科技集團(tuán)是專業(yè)從事計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)性電子等3C產(chǎn)品研發(fā)制造，廣泛涉足數(shù)位內(nèi)容、汽車零組件、通路、云運(yùn)算服務(wù)及新能源、新材料開發(fā)應(yīng)用的高新科技企業(yè)。

　　在3C制造行業(yè)眾多的表面處理工藝中如陽極氧化、電泳、PVD、電鍍、噴涂、拋光蝕刻，而陽極氧化正是其中應(yīng)用最普遍也是最重要的制程之一。組成這套完整的工藝產(chǎn)線不僅包括了大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取如時(shí)間、溫度、電壓、電流、PH值、電導(dǎo)率等還涉及到復(fù)雜的運(yùn)行邏輯控制，特別在某些重要工藝處理單元，例如如此龐大的龍門線機(jī)構(gòu)其控制要求需要達(dá)到毫秒級(jí)別，這就對(duì)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了相當(dāng)高的要求。除此之外生產(chǎn)環(huán)境中存在大量的強(qiáng)酸、弱堿、超聲波、強(qiáng)電流等干擾因素這給控制系統(tǒng)的信號(hào)穩(wěn)定傳輸也帶來了考驗(yàn)。如圖1所示為陽極氧化產(chǎn)線局部視圖。

圖1 陽極氧化生產(chǎn)線

　　2. 工藝流程介紹

　　為了克服鋁合金表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，延長(zhǎng)使用壽命，表面處理技術(shù)成為鋁合金使用中不可缺少的一環(huán)，而陽極氧化技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛且最成功的。將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下進(jìn)行電解。陽極的鋁或其合金氧化，表面上形成氧化鋁薄層，其厚度為5～30微米，硬質(zhì)陽極氧化膜可達(dá)25～150微米。陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達(dá)250～500千克/平方毫米，良好的耐熱性，硬質(zhì)陽極氧化膜熔點(diǎn)高達(dá)2320K，優(yōu)良的絕緣性，耐擊穿電壓高達(dá)2000V，增強(qiáng)了抗腐蝕性能，在ω=0.03NaCl鹽霧中經(jīng)幾千小時(shí)不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，膜微孔吸附能力強(qiáng)可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金(如鋁、鎂及其合金等)都可進(jìn)行陽極氧化處理，這種方法廣泛應(yīng)用3C電子行業(yè)的手機(jī)、電腦外殼的表面處理工藝。如圖2所示為陽極氧化工藝原理圖。

圖2 陽極氧化工藝原理

　　該設(shè)備是一條可連續(xù)工作的龍門式陽極氧化生產(chǎn)線，針對(duì)鋁殼產(chǎn)品陽極氧化而設(shè)計(jì)。作業(yè)員在上料位將裝夾產(chǎn)品的夾治具掛于揮桿上。完成上料動(dòng)作后，通過設(shè)備的自動(dòng)輸送天車將揮桿連同產(chǎn)品送至各工作槽位，依次完成各處理工藝后送至下料位完成下料。天車再將揮桿回吊至上料位循環(huán)作業(yè)等，該設(shè)備包含76個(gè)工位，呈直線型排布，整機(jī)工作過程可以由PLC及觸摸屏監(jiān)控自動(dòng)控制，也可由人工手動(dòng)控制;，配備開放式流程適用工件多種工藝流程彈性生產(chǎn)。如圖3所示為現(xiàn)場(chǎng)工藝流程圖

圖3 陽極氧化工藝原理

　　3. 系統(tǒng)方案介紹

　　3.1硬件配置

　　從上面的工藝流程我們可以知道開發(fā)設(shè)計(jì)一條這樣的自動(dòng)化產(chǎn)線控制系統(tǒng)的難易度。不僅僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取要求高效、穩(wěn)定，同時(shí)在驅(qū)動(dòng)控制上也要達(dá)到一定的控制精度。運(yùn)動(dòng)控制中采用RFID定位技術(shù)、溫度調(diào)節(jié)中采用PID控制技術(shù)等。由于此系統(tǒng)的龐大及復(fù)雜我們?cè)谶h(yuǎn)距離信號(hào)控制及采集上摒棄了傳統(tǒng)的485通信方式，通過比較了市面上主流的幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線性能及參數(shù)(如表1)最終從網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问?、傳輸速率、傳輸距離、數(shù)據(jù)容量、可靠性、硬件成本、產(chǎn)品兼容性、調(diào)試便捷性等方面選擇了三菱電機(jī)的控制系統(tǒng)及CC-Link的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

表1 主流現(xiàn)場(chǎng)總線性能對(duì)比

　　主要硬件包括：PLC Q12UDEHCPU、遠(yuǎn)程輸入模塊AJ65SBTB1-32D、遠(yuǎn)程輸出模塊AJ65SBTB1-32T、遠(yuǎn)程模擬量輸入模塊AJ65SBT64AD、遠(yuǎn)程模擬量輸出模塊AJ65SBT64DA、CC-Link主站模塊QJ61BT11N、RS485通訊模塊QJ71C24N-R4、以太網(wǎng)模塊QJ71E71-100、Modmus模塊QJ71MB91、巴魯夫RFID模塊BIS010P、變頻器E700系列FR-A7NC通訊模塊、亞控KingSCADA3.5軟件、倍加福IO-Link模塊、SMC的電磁閥島等?，F(xiàn)場(chǎng)圖如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)圖片

　　3.2網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

　　本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)高度集成了整個(gè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)所有可連接的控制器，傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、掃描系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)等。采用兩臺(tái)主PLC為控制系統(tǒng)一臺(tái)為冗余系統(tǒng)并通過以太網(wǎng)模塊接入車間局域網(wǎng)并在終端、移動(dòng)端顯示設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)控，控制制程數(shù)據(jù)的導(dǎo)入設(shè)備及運(yùn)行。如圖5所示為現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。

圖5 系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　CC-Link網(wǎng)絡(luò)理論上支持最大64個(gè)站的連接但是必須滿足以下的模塊條件：

　　其中1.10版本最大支持2048個(gè)IO點(diǎn)，讀寫256個(gè)字，當(dāng)然現(xiàn)在的2.00版本可以支持到最高的8192個(gè)IO點(diǎn)，讀寫2048個(gè)字。但整個(gè)系統(tǒng)考慮到傳輸穩(wěn)定性以及傳輸大量智能設(shè)備站數(shù)據(jù)，所以本系統(tǒng)中使用了三個(gè)主站模塊分別連接了IO模塊系統(tǒng)(包括數(shù)字及模擬量)、定位RFID系統(tǒng)和變頻器系統(tǒng)。所有系統(tǒng)采用線性連接如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)CC-Link網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

　　3.3. 軟件設(shè)計(jì)

　　變頻器CC-Link通訊參數(shù)設(shè)置示例：

　　CC-Link主站模塊參數(shù)設(shè)置示例：

　　CC-Link各站參數(shù)設(shè)置示例：

　　CC-Link主站通訊異常程序示例:

　　變頻器CC-Link通訊速度寫入、讀取程序示例：

　　4. 使用心得

　　4.1系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

　　1、 豐富、強(qiáng)大的兼容產(chǎn)品線：

　　本系統(tǒng)中使用了大量的CC-Link協(xié)議家族兼容產(chǎn)品，其中包括BAULUFF的RFID產(chǎn)品，倍加福的IO-Link模塊產(chǎn)品，SMC的電磁閥島產(chǎn)品、三菱的控制類產(chǎn)品。在節(jié)省配線的前提下大大提高了系統(tǒng)的高度集成性，所有主控設(shè)備可通過CC-Link總線協(xié)議連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中便于調(diào)試及維護(hù)。

　　2、 更得心應(yīng)手的調(diào)試診斷工具:

　　RAS 功能(可靠性、可使用性、可維護(hù)性)是CC-Link另外一個(gè)特點(diǎn)，該功能包括備用主站、從站脫離、自動(dòng)恢復(fù)、測(cè)試和監(jiān)控，它提供了高可靠性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并使網(wǎng)絡(luò)癱瘓的時(shí)間最小化。

　　3、 節(jié)省配線帶來的效率提升：

　　CC-Link 顯著地減少了現(xiàn)場(chǎng)所需復(fù)雜的控制線纜和電源線纜的數(shù)量。它減少了配線和安裝的費(fèi)用，使完成配線所需的工作量減少并極大改善了維護(hù)工作。

　　4、 高速與穩(wěn)定的輸入輸出響應(yīng)：

　　除了能以 10Mbps 的高速通信外，CC-Link 具有高確定性和實(shí)時(shí)性等通信優(yōu)勢(shì)，能夠使系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)方便構(gòu)建穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。CC-Link 系統(tǒng)的實(shí)際掃描時(shí)間與計(jì)算值幾乎一致，所以可以靈活處理必須進(jìn)行高速通信的傳感器輸入與必須進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)通信的智能設(shè)備之間的通信。

　　5、 傳輸距離滿足使用現(xiàn)場(chǎng)的擴(kuò)展：

　　當(dāng)選擇10Mbps時(shí)，最大傳送距離為100米。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)速度選擇為最低的 156Kbps時(shí)，傳送距離可以達(dá)到 1.2Km。使用電纜中繼器和光中繼器使長(zhǎng)度可擴(kuò)展得更長(zhǎng)。此特點(diǎn)在本應(yīng)用中得到充分展現(xiàn)由此減少了配線和設(shè)備安裝所需的工作量。

　　6、 改善系統(tǒng)可靠性的功能：

　　A. 從站切斷功能：

　　斷開因斷電而不能繼續(xù)數(shù)據(jù)鏈接的模塊，只在正常模塊之間繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接。提高了系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性;

　　B. 自動(dòng)恢復(fù)功能：

　　當(dāng)因斷電而切斷數(shù)據(jù)鏈接的模塊恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，該模塊自動(dòng)參加數(shù)據(jù)鏈接。使數(shù)據(jù)連接得到快速恢復(fù);

　　C. 備用主站功能：

　　如果主站出現(xiàn)問題，則切換到備用主站繼續(xù)數(shù)據(jù)鏈接。提供了可靠的冗余機(jī)制;

　　D. 預(yù)約站功能：

　　把將在以后接入的模塊指定為預(yù)約站的話，就不會(huì)把它們當(dāng)作數(shù)據(jù)鏈接出錯(cuò)的站處理。如果指定了已鏈接的模塊中的任一個(gè)的話，它就不能執(zhí)行數(shù)據(jù)鏈接。預(yù)約站可設(shè)置為 0 點(diǎn)。大大提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)率;

　　E. 在站號(hào)重疊檢查功能：

　　檢查占用的站號(hào)是否重迭或者系統(tǒng)中是否把多于一個(gè)的模塊的站號(hào)設(shè)定為 0。提高了調(diào)試效率;

　　F. 瞬時(shí)傳送功能：

　　指定對(duì)方并在任意時(shí)刻通信。對(duì)高速輸入、輸出信號(hào)定義了新的傳輸機(jī)制。

　　4.2個(gè)人應(yīng)用建議

　　? 如非特別需要不建議復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)(長(zhǎng)距離、強(qiáng)干擾)環(huán)境使用T型分支連接各個(gè)從站;

　　? 終端電阻的使用請(qǐng)注意根據(jù)電纜來定：支持Ver.1.00的CC-Link專用電纜使用110Ω±5% ?W, 支持Ver.1.00的CC-Link專用高性能電纜使用130Ω±5% ?W;

　　? 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量保證遠(yuǎn)程IO模塊的電源與主站CPU的電源屬于同一個(gè)電源，可減少異常斷電誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

　　? 盡管CC-Link協(xié)議的抗干擾性在485總線的基礎(chǔ)上有了大步提高，但在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中布線時(shí)還是需要考慮強(qiáng)弱電的有效隔離，并做好對(duì)干擾源的屏蔽措施以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。