王志軍 范永振

（無錫深南電路有限公司，江蘇 無錫 214000）

隨著5G時(shí)代的到來，印制電路板（PCB）行業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，開始了新一輪的建設(shè)高潮。隨著國家在安全、環(huán)保等方面的要求不斷提高，以及人工成本的不斷增加，安全、環(huán)保、智能的集塵系統(tǒng)將成為企業(yè)發(fā)展的重要組成部分。

目前PCB工廠集塵系統(tǒng)多采用一機(jī)一桶的收塵方式，現(xiàn)場(chǎng)粉塵污染大，環(huán)境惡劣，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件容易損壞，且存在較大的安全隱患。過濾單元是集塵系統(tǒng)的核心，它決定了粉塵的排放濃度，大部分PCB工廠的集塵系統(tǒng)采用布袋作為過濾單元，其主要問題是布袋容易破損，粉塵排放濃度高，且需要人工定期更換，導(dǎo)致生產(chǎn)的停機(jī)損失很高。PCB工廠每一臺(tái)集塵設(shè)備的開關(guān)操作全部由人工完成，風(fēng)機(jī)與主機(jī)以及備用風(fēng)機(jī)之間的閥門為普通蝶閥，切換工作全部由人工現(xiàn)場(chǎng)完成。這種切換方式對(duì)操作人員的技能有較高的要求，且切換的效率低，容易出錯(cuò)，經(jīng)常給生產(chǎn)帶來較大的停機(jī)損失。

以上這些是PCB工廠集塵系統(tǒng)長(zhǎng)期存在的問題，原因除了成本外，集塵設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)也缺乏為用戶更高要求的研發(fā)動(dòng)力，為此提出集塵系統(tǒng)改進(jìn)必要性和改進(jìn)思路與方案。

2 實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保、智能的集塵系統(tǒng)的必要性分析

2.1 集塵系統(tǒng)安全的必要性

安全涉及了設(shè)備安全和人身安全，設(shè)備安全是指設(shè)備能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，避免計(jì)劃外停機(jī)造成的額外損失，保障公司和客戶的利益。人身安全是盡量降低員工在設(shè)備操作、維護(hù)和使用過程中來自設(shè)備和環(huán)境的傷害，在任何企業(yè)中安全都是至關(guān)重要的。集塵系統(tǒng)作為PCB生產(chǎn)中不可或缺的輔助設(shè)備，出現(xiàn)安全事故將會(huì)對(duì)企業(yè)經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生重大影響并造成很大的損失。

2.2 集塵系統(tǒng)環(huán)保的必要性

環(huán)保已經(jīng)成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要且關(guān)鍵的因素之一，對(duì)于PCB工廠的集塵系統(tǒng)也是如此。集塵系統(tǒng)是PCB工廠粉塵處理的關(guān)鍵設(shè)備，它把生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量粉塵吸附至指定區(qū)域進(jìn)行收集。在集塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，除了保證顆粒物排放指標(biāo)能夠達(dá)成外，還要防止在粉塵收集和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中所造成的二次污染，以及設(shè)備性能的下降和對(duì)工作人員身體健康造成的傷害。

2.3 PCB工廠集塵系統(tǒng)智能的必要性

智能化工廠是制造業(yè)的未來。目前市場(chǎng)上絕大部分的集塵設(shè)備依然停留在手工操作階段，同時(shí)由于PCB行業(yè)集塵設(shè)備的介入門檻不高、生產(chǎn)水平參差不齊以及預(yù)算等原因，技術(shù)上的升級(jí)難以得到落實(shí)，在人工成本不斷增加、企業(yè)對(duì)停機(jī)損失的重視程度不斷提高的前提下，以及對(duì)設(shè)備智能化的要求越來越高的背景下，降低人工干預(yù)、提高集塵系統(tǒng)的智能化將是必然的趨勢(shì)。

3 安全、環(huán)保、智能的集塵系統(tǒng)的實(shí)施方案

3.1 集塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

PCB工廠主要的機(jī)械加工設(shè)備是數(shù)控鉆機(jī)和數(shù)控銑床，由于設(shè)備數(shù)量多，絕大部分粉塵來自這兩種生產(chǎn)設(shè)備。使用端對(duì)集塵系統(tǒng)的要求是高負(fù)壓、無須人工干預(yù)、能夠長(zhǎng)期安全穩(wěn)定地運(yùn)行。集塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路包括安全、環(huán)保、智能化三方面。在安全方面主要解決兩個(gè)問題：一是設(shè)備存在的安全隱患；二是因異常停機(jī)導(dǎo)致的生產(chǎn)損失，即解決生產(chǎn)安全問題;環(huán)保方面主要是達(dá)到盡可能低的粉塵排放量，以及解決粉塵的二次污染問題；智能化方面主要是從簡(jiǎn)化操作著手，使得生產(chǎn)人員很快就可以操作和使用集塵設(shè)備，維修人員在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)不再通過煩瑣的切換、開停機(jī)等操作。

3.2 集塵系統(tǒng)安全性的實(shí)施方案

3.2.1 優(yōu)化逆洗程序、設(shè)置堵料監(jiān)測(cè)裝置

集塵系統(tǒng)非正常停機(jī)的主要原因之一是主機(jī)堵料，尤其在加工厚銅板時(shí)更加明顯，主機(jī)堵料有設(shè)備的原因也有產(chǎn)品的原因。通過對(duì)主機(jī)堵料現(xiàn)象的持續(xù)觀察和分析，找出了主機(jī)堵料的設(shè)備原因，通過優(yōu)化內(nèi)部程序，調(diào)整逆洗閥的控制順序、通斷時(shí)間等參數(shù)，基本解決了設(shè)備原因造成的堵料問題。

主機(jī)堵料的產(chǎn)品原因主要來自厚銅板加工，加工厚銅板時(shí)的絲狀物在管道內(nèi)長(zhǎng)距離運(yùn)行最終聚集成團(tuán)，最后在卸料閥位置出現(xiàn)堵料故障。產(chǎn)品原因?qū)е碌亩铝瞎收想y以徹底根除，只有通過減少管道長(zhǎng)度、設(shè)置堵料監(jiān)測(cè)裝置來降低堵料風(fēng)險(xiǎn)，減少管道長(zhǎng)度就是將管道最短的集塵系統(tǒng)上的數(shù)控鉆機(jī)定為厚銅板加工專用設(shè)備。堵料監(jiān)測(cè)裝置可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)堵料故障，此時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)切換到備用主機(jī)系統(tǒng)，堵料設(shè)備將停止運(yùn)行并發(fā)出故障警報(bào)，避免了生產(chǎn)的停機(jī)損失和集塵設(shè)備故障的擴(kuò)大。

3.2.2 設(shè)置壓力平衡裝置

PCB工廠集塵系統(tǒng)由于負(fù)壓高，因此多采用雙段卸料裝置；雙段卸料為雙閥門結(jié)構(gòu)，其中上端閥門的閥板與主機(jī)灰斗連通，下端閥門的閥板與環(huán)境連通，兩個(gè)閥板之間為粉塵中轉(zhuǎn)區(qū)。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入主機(jī)內(nèi)，由于重力的作用落入灰斗并沉積在上端閥板的上端；當(dāng)上端閥板打開，粉塵落入中轉(zhuǎn)區(qū)，隨后上端閥板關(guān)閉，下端閥板打開，粉塵落入外部收集裝置內(nèi)，這樣就實(shí)現(xiàn)了集塵機(jī)免停機(jī)的自動(dòng)卸料功能。

但是，這種形式的卸料存在一個(gè)明顯的缺陷，那就是每個(gè)閥板都是帶壓動(dòng)作的，閥板兩端的壓差在24000 Pa以上，而閥板的開啟和關(guān)閉全部由氣缸完成，由于打開閥板時(shí)需要的力很大，打開時(shí)產(chǎn)生了很大的震動(dòng)及異響，閥板、密封圈以及卸料閥受力和運(yùn)轉(zhuǎn)部件使用壽命也大為減少，同時(shí)，由于粉塵的沖擊，經(jīng)常出現(xiàn)閥板邊緣磨穿而損壞的故障，進(jìn)而造成了負(fù)壓不穩(wěn)及堵料故障，影響了設(shè)備的安全性。為此，我們對(duì)卸料系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了一套壓力平衡裝置（見圖1），通過程序控制兩個(gè)閥門的開啟和關(guān)閉，確保任意一個(gè)閥板在動(dòng)作之前兩端受壓均等，從而實(shí)現(xiàn)卸料閥閥板在兩側(cè)壓差一致的情況下動(dòng)作，極大提高了設(shè)備的使用壽命和安全性。

圖1 壓力平衡裝置

3.2.3 設(shè)置風(fēng)機(jī)自動(dòng)注油裝置

風(fēng)機(jī)在工作過程中由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)腔體內(nèi)產(chǎn)生的大量熱量傳導(dǎo)致機(jī)殼和軸承，使得這些部位的溫度很高，尤其是出風(fēng)端更加明顯，軸承油脂的及時(shí)補(bǔ)充顯得極為重要。為此，我們?cè)O(shè)置了自動(dòng)注油裝置，通過風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間這個(gè)參數(shù)自動(dòng)控制注油時(shí)間和注入量，解決了人工注油的不確定性。

3.2.4 設(shè)置軸承溫度監(jiān)測(cè)裝置

設(shè)置風(fēng)機(jī)軸承溫度檢測(cè)裝置，一旦軸承溫度超出設(shè)定值就會(huì)發(fā)出持續(xù)的報(bào)警，當(dāng)溫度和時(shí)間均超出設(shè)定值上限時(shí)則自動(dòng)切斷風(fēng)機(jī)電源，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置了防錯(cuò)措施，防止未經(jīng)檢修直接運(yùn)行風(fēng)機(jī)。

3.2.5 閥門采用自動(dòng)切換

為避免計(jì)劃外的宕機(jī)損失，PCB工廠集塵設(shè)備多采用備用風(fēng)機(jī)或備用主機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)故障需要切換風(fēng)機(jī)或主機(jī)時(shí)，都是由人工完成的，這不僅影響了生產(chǎn)，而且由于操作的失誤，常出現(xiàn)因風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)導(dǎo)致的軸承損壞甚至風(fēng)機(jī)損毀后果。為此我們把所有手動(dòng)閥門全部改為氣動(dòng)閥門，所有切換工作全部由系統(tǒng)自動(dòng)完成，避免了生產(chǎn)的停機(jī)損失和人工誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備的安全性。

3.2.6 設(shè)定粉塵輸送設(shè)備間歇運(yùn)行

螺旋粉塵輸送設(shè)備連續(xù)長(zhǎng)期的運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致減速箱的發(fā)熱，而且運(yùn)轉(zhuǎn)部件也會(huì)因疲勞而斷裂，腔體內(nèi)壁為尼龍材料并與運(yùn)轉(zhuǎn)的螺旋體接觸，其使用壽命與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間成反比。

為此，我們通過程序控制螺旋粉塵輸送設(shè)備每間隔一段時(shí)間運(yùn)行一次的工作方式，大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命。另外為降低啟動(dòng)時(shí)馬達(dá)對(duì)軸所施加的扭力，粉塵輸送設(shè)備還采用了變頻控制。

3.2.7 其它安全措施

為避免機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件對(duì)人身帶來的傷害，我們對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件進(jìn)行了封閉處理，尤其是皮帶和皮帶輪等高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件。

在用電安全方面，集塵房?jī)?nèi)除了電機(jī)以外，全部采用低壓供電。粉塵收集房除了照明以外，不設(shè)任何配電和用電設(shè)施。

3.3 集塵系統(tǒng)環(huán)保性的實(shí)施方案

3.3.1 過濾材料的選擇

PCB工廠集塵系統(tǒng)的過濾單元通常采用布袋、濾芯或PE燒結(jié)板，目前布袋仍為市場(chǎng)的主流。PE燒結(jié)板雖然成本高，但其他所有性能都優(yōu)于布袋和濾芯，在粉塵排放方面，可以一直保持極低的排放量（見圖2），采用PE燒結(jié)板作為過濾單元，是集塵系統(tǒng)環(huán)保性能的重要保障。

圖2 檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)

3.3.2 粉塵排放的過程監(jiān)控

在每臺(tái)風(fēng)機(jī)的出口設(shè)置了傳感器用于監(jiān)測(cè)氣體的粉塵排放濃度，并持續(xù)記錄排放值；在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)的上限值，一旦數(shù)據(jù)超出上限，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。監(jiān)測(cè)裝置可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)粉塵的泄漏問題，并及時(shí)采用措施，避免粉塵對(duì)環(huán)境影響的擴(kuò)大。

3.3.3 避免粉塵的二次污染

通常采用一機(jī)一桶的方式收集粉塵，這種方式不可避免地導(dǎo)致了粉塵的二次污染以及多點(diǎn)擴(kuò)散的問題，致使集塵房的環(huán)境極為惡劣，這不僅存在著較大的安全隱患，而且也導(dǎo)致了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件的頻繁損壞，影響了設(shè)備的安全性，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的健康造成了很大影響。

為此，我們將集塵設(shè)備、粉塵收集、控制部分進(jìn)行了分室設(shè)置，并率先采用無軸螺旋粉塵輸送設(shè)備，將粉塵密閉輸送到獨(dú)立的房間內(nèi)集中收集（見圖3），大大降低了粉塵的二次污染，避免了粉塵的多點(diǎn)擴(kuò)散，提供了一個(gè)良好的工作環(huán)境。

圖3 分室設(shè)置方案

3.3.4 設(shè)備耗電量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

通過持續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄集塵系統(tǒng)的耗電量，可以及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)耗電量偏離正常值時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并據(jù)此分析異常的原因以及節(jié)能降耗的可能性，為以后在系統(tǒng)改善方面提供參考依據(jù)。

3.4 集塵系統(tǒng)智能化的實(shí)施方案

智能化是設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)，集塵系統(tǒng)智能化的首要目標(biāo)就是簡(jiǎn)化操作，除了開、關(guān)機(jī)以外，所有工作全部由系統(tǒng)完成，以減少人工的干預(yù)。

3.4.1 簡(jiǎn)化過程操作

在控制柜的操作面板上設(shè)置了操作區(qū)和維修區(qū)。操作區(qū)僅設(shè)置“啟動(dòng)”和“停止”兩個(gè)按鈕用于集塵設(shè)備的開、關(guān)機(jī)操作，開機(jī)時(shí)只需要按下“啟動(dòng)”按鈕，隨后風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)及系統(tǒng)的運(yùn)行等所有工作全部由程序自動(dòng)完成，生產(chǎn)過程也不需要人工的任何干預(yù)。為防止誤操作，停機(jī)時(shí)操作人員只需要長(zhǎng)按“停止”按鈕，待燈光閃爍后，操作人員即可離開。

維修區(qū)僅用于維修人員在設(shè)備維修和保養(yǎng)時(shí)使用，維修區(qū)設(shè)置“維修”和“生產(chǎn)”狀態(tài)的切換開關(guān)，只有開關(guān)在“維修”狀態(tài)時(shí)才可以進(jìn)行設(shè)備的維修和主機(jī)的保養(yǎng)工作，而當(dāng)開關(guān)在“生產(chǎn)”狀態(tài)時(shí)維修區(qū)所有操作全部不起作用。

3.4.2 設(shè)置中央控制單元

設(shè)置中央控制單元的目的是用于實(shí)時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，采集和傳送運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息。中央控制單元采用觸屏操作，界面為直觀的圖文顯示，它除了具備控制柜操作面板的所有功能外，還能夠進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整，查詢運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息，發(fā)出報(bào)警信號(hào)等。

3.4.3 風(fēng)機(jī)的智能切換

風(fēng)機(jī)的智能切換是集塵系統(tǒng)智能化的關(guān)鍵，系統(tǒng)默認(rèn)所有的風(fēng)機(jī)都可以互連互備，通過風(fēng)機(jī)電流、溫度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和判斷，系統(tǒng)將自動(dòng)完成風(fēng)機(jī)的免停機(jī)切換工作，當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)切換程序：

（1）故障切換，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到風(fēng)機(jī)溫度異常或變頻器電流異常時(shí)，則啟動(dòng)風(fēng)機(jī)故障切換程序，切換完成后關(guān)閉故障風(fēng)機(jī)。故障切換優(yōu)先采用備用風(fēng)機(jī)或其他停用的風(fēng)機(jī)，其切換程序?yàn)椋簡(jiǎn)?dòng)備用風(fēng)機(jī)→開啟連通閥門→關(guān)閉故障風(fēng)機(jī)端閥門→關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

（2）低負(fù)荷切換，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某臺(tái)風(fēng)機(jī)處于低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將此臺(tái)風(fēng)機(jī)合并到其他有冗余的一套或多套系統(tǒng)，以減少不必要的開機(jī)數(shù)量，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）超負(fù)荷切換，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到帶動(dòng)多套系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)處于超負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，則自動(dòng)解除備用風(fēng)機(jī)狀態(tài)并增開風(fēng)機(jī)。

（4）保養(yǎng)切換，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某臺(tái)風(fēng)機(jī)達(dá)到保養(yǎng)周期時(shí)，則自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的切換。

系統(tǒng)啟動(dòng)故障切換和保養(yǎng)切換程序時(shí)，將同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警器，并在中央控制面板上顯示報(bào)警信息，以提醒維修人員及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的維修或保養(yǎng)工作。

3.4.4 主機(jī)的智能切換

主機(jī)的智能切換是系統(tǒng)智能化的重要體現(xiàn)，備用主機(jī)主要用于其他主機(jī)故障或檢修時(shí)的切換，當(dāng)系統(tǒng)判定主機(jī)出現(xiàn)堵料故障時(shí)，則自動(dòng)完成主機(jī)的免停機(jī)切換。檢修切換則由維修人員在主機(jī)檢修或維修時(shí)手動(dòng)完成。主機(jī)智能切換時(shí)主機(jī)和風(fēng)機(jī)需要同時(shí)切換，并優(yōu)先使用備用主機(jī)系統(tǒng)上的風(fēng)機(jī)。主機(jī)切換的程序?yàn)椋簡(jiǎn)?dòng)備用風(fēng)機(jī)→開啟風(fēng)機(jī)端閥門→開啟備用主機(jī)與故障主機(jī)入口連通閥門→關(guān)閉故障主機(jī)入口閥門→關(guān)閉故障主機(jī)的風(fēng)機(jī)→關(guān)閉故障主機(jī)與互聯(lián)管道之間的閥門。

4 結(jié)論及展望

依照上述方案和思路建成的集塵系統(tǒng)已成功應(yīng)用于華東某PCB工廠，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，減輕了作業(yè)人員的工作強(qiáng)度,保障了集塵系統(tǒng)的運(yùn)行安全，為公司持續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)提供了有力的支持。下一步將進(jìn)行集塵系統(tǒng)智能開機(jī)的可行性論證，由于生產(chǎn)設(shè)備開機(jī)數(shù)量的變化，經(jīng)常需要隔一段時(shí)間才開啟另外一臺(tái)集塵設(shè)備。許多工廠集塵房與生產(chǎn)區(qū)相距較遠(yuǎn)，操作非常不便，智能化開機(jī)就是只需要啟動(dòng)一套集塵設(shè)備，后續(xù)的其它集塵設(shè)備的開機(jī)則全部由系統(tǒng)自動(dòng)完成。目前的系統(tǒng)和真正意義上的智能化相比還有不小的差距，隨著新技術(shù)新工藝的突破，集塵系統(tǒng)在智能化方面將會(huì)有更大的提升空間。