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　　摘要：陽極氧化(anodic oxidation)：鋁及其合金在相應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和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度，保護金屬表面等。所以一套完整的陽極氧化生產線需要幾十甚至上百種制程工藝同時存在，這就導致常規的陽極氧化生產線長度達到幾十甚至上百米同時工藝控制復雜，這就對線體的控制及數據傳輸提出了嚴峻考驗。

　　而源于日本及亞洲的工業開放式總線網絡CC-Link協議家族無疑在這點上發揮了巨大的優勢，不僅保證了網絡數據長距離穩定傳輸同時速率最高也達到了10Mbps，最多可鏈接64個站，總延長距離可達1200m。同時CC-Link強大的兼容產品使各類控制元器件能接到統一網絡中大大節省了硬件成本。

　　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

　　某科技集團是專業從事計算機、通訊、消費性電子等3C產品研發制造，廣泛涉足數位內容、汽車零組件、通路、云運算服務及新能源、新材料開發應用的高新科技企業。

　　在3C制造行業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用最普遍也是最重要的制程之一。組成這套完整的工藝產線不僅包括了大量的現場實時數據讀取如時間、溫度、電壓、電流、PH值、電導率等還涉及到復雜的運行邏輯控制，特別在某些重要工藝處理單元，例如如此龐大的龍門線機構其控制要求需要達到毫秒級別，這就對控制系統的實時性提出了相當高的要求。除此之外生產環境中存在大量的強酸、弱堿、超聲波、強電流等干擾因素這給控制系統的信號穩定傳輸也帶來了考驗。如圖1所示為陽極氧化產線局部視圖。

圖1 陽極氧化生產線

　　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，擴大應用范圍，延長使用壽命，表面處理技術成為鋁合金使用中不可缺少的一環，而陽極氧化技術是目前應用最廣泛且最成功的。將鋁及其合金置于相應電解液(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，硬質陽極氧化膜可達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250～500千克/平方毫米，良好的耐熱性，硬質陽極氧化膜熔點高達2320K，優良的絕緣性，耐擊穿電壓高達2000V，增強了抗腐蝕性能，在ω=0.03NaCl鹽霧中經幾千小時不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，膜微孔吸附能力強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)都可進行陽極氧化處理，這種方法廣泛應用3C電子行業的手機、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

　　該設備是一條可連續工作的龍門式陽極氧化生產線，針對鋁殼產品陽極氧化而設計。作業員在上料位將裝夾產品的夾治具掛于揮桿上。完成上料動作后，通過設備的自動輸送天車將揮桿連同產品送至各工作槽位，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作業等，該設備包含76個工位，呈直線型排布，整機工作過程可以由PLC及觸摸屏監控自動控制，也可由人工手動控制;，配備開放式流程適用工件多種工藝流程彈性生產。如圖3所示為現場工藝流程圖

圖3 陽極氧化工藝原理

　　3. 系統方案介紹

　　3.1硬件配置

　　從上面的工藝流程我們可以知道開發設計一條這樣的自動化產線控制系統的難易度。不僅僅對現場實時數據的獲取要求高效、穩定，同時在驅動控制上也要達到一定的控制精度。運動控制中采用RFID定位技術、溫度調節中采用PID控制技術等。由于此系統的龐大及復雜我們在遠距離信號控制及采集上摒棄了傳統的485通信方式，通過比較了市面上主流的幾個現場總線性能及參數(如表1)最終從網絡的拓撲形式、傳輸速率、傳輸距離、數據容量、可靠性、硬件成本、產品兼容性、調試便捷性等方面選擇了三菱電機的控制系統及CC-Link的網絡架構。

表1 主流現場總線性能對比

　　主要硬件包括：PLC Q12UDEHCPU、遠程輸入模塊AJ65SBTB1-32D、遠程輸出模塊AJ65SBTB1-32T、遠程模擬量輸入模塊AJ65SBT64AD、遠程模擬量輸出模塊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場圖如圖4所示。

圖4 現場圖片

　　3.2網絡規劃

　　本系統網絡高度集成了整個設備現場所有可連接的控制器，傳感器、執行機構、掃描系統、數據分析系統、數據可視化系統等。采用兩臺主PLC為控制系統一臺為冗余系統并通過以太網模塊接入車間局域網并在終端、移動端顯示設備的生產狀態控，控制制程數據的導入設備及運行。如圖5所示為現場網絡架構圖。

圖5 系統架構圖

　　CC-Link網絡理論上支持最大64個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IO點，讀寫256個字，當然現在的2.00版本可以支持到最高的8192個IO點，讀寫2048個字。但整個系統考慮到傳輸穩定性以及傳輸大量智能設備站數據，所以本系統中使用了三個主站模塊分別連接了IO模塊系統(包括數字及模擬量)、定位RFID系統和變頻器系統。所有系統采用線性連接如圖6所示。

圖6 現場CC-Link網絡拓撲

　　3.3. 軟件設計

　　變頻器CC-Link通訊參數設置示例：

　　CC-Link主站模塊參數設置示例：

　　CC-Link各站參數設置示例：

　　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系統優勢

　　1、 豐富、強大的兼容產品線：

　　本系統中使用了大量的CC-Link協議家族兼容產品，其中包括BAULUFF的RFID產品，倍加福的IO-Link模塊產品，SMC的電磁閥島產品、三菱的控制類產品。在節省配線的前提下大大提高了系統的高度集成性，所有主控設備可通過CC-Link總線協議連接到同一個網絡中便于調試及維護。

　　2、 更得心應手的調試診斷工具:

　　RAS 功能(可靠性、可使用性、可維護性)是CC-Link另外一個特點，該功能包括備用主站、從站脫離、自動恢復、測試和監控，它提供了高可靠性的網絡系統并使網絡癱瘓的時間最小化。

　　3、 節省配線帶來的效率提升：

　　CC-Link 顯著地減少了現場所需復雜的控制線纜和電源線纜的數量。它減少了配線和安裝的費用，使完成配線所需的工作量減少并極大改善了維護工作。

　　4、 高速與穩定的輸入輸出響應：

　　除了能以 10Mbps 的高速通信外，CC-Link 具有高確定性和實時性等通信優勢，能夠使系統設計時方便構建穩定的控制系統。CC-Link 系統的實際掃描時間與計算值幾乎一致，所以可以靈活處理必須進行高速通信的傳感器輸入與必須進行大容量數據通信的智能設備之間的通信。

　　5、 傳輸距離滿足使用現場的擴展：

　　當選擇10Mbps時，最大傳送距離為100米。當網絡速度選擇為最低的 156Kbps時，傳送距離可以達到 1.2Km。使用電纜中繼器和光中繼器使長度可擴展得更長。此特點在本應用中得到充分展現由此減少了配線和設備安裝所需的工作量。

　　6、 改善系統可靠性的功能：

　　A. 從站切斷功能：

　　斷開因斷電而不能繼續數據鏈接的模塊，只在正常模塊之間繼續進行數據鏈接。提高了系統整體的穩定性;

　　B. 自動恢復功能：

　　當因斷電而切斷數據鏈接的模塊恢復到正常狀態時，該模塊自動參加數據鏈接。使數據連接得到快速恢復;

　　C. 備用主站功能：

　　如果主站出現問題，則切換到備用主站繼續數據鏈接。提供了可靠的冗余機制;

　　D. 預約站功能：

　　把將在以后接入的模塊指定為預約站的話，就不會把它們當作數據鏈接出錯的站處理。如果指定了已鏈接的模塊中的任一個的話，它就不能執行數據鏈接。預約站可設置為 0 點。大大提高了系統的容錯率;

　　E. 在站號重疊檢查功能：

　　檢查占用的站號是否重迭或者系統中是否把多于一個的模塊的站號設定為 0。提高了調試效率;

　　F. 瞬時傳送功能：

　　指定對方并在任意時刻通信。對高速輸入、輸出信號定義了新的傳輸機制。

　　4.2個人應用建議

　　? 如非特別需要不建議復雜現場(長距離、強干擾)環境使用T型分支連接各個從站;

　　? 終端電阻的使用請注意根據電纜來定：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;

　　? 在實際應用中應盡量保證遠程IO模塊的電源與主站CPU的電源屬于同一個電源，可減少異常斷電誤動作的風險。

　　? 盡管CC-Link協議的抗干擾性在485總線的基礎上有了大步提高，但在復雜的現場環境中布線時還是需要考慮強弱電的有效隔離，并做好對干擾源的屏蔽措施以提高系統的穩定性。