高效含浸機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)

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本文主要論述了設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和實現(xiàn)過程，并描述控制系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的組成和工作原理。設(shè)計的主要目的是設(shè)計出具有自動監(jiān)控和操作、封閉式液體循環(huán)、保溫、自動脫液以及能循環(huán)加壓控制系統(tǒng)。

1智能化控制流程

設(shè)備操作人員只需在開始對設(shè)備進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)調(diào)用（預(yù)先設(shè)定），點擊運行，系統(tǒng)便能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，完成整個含浸。

2控制系統(tǒng)的組成

該設(shè)備的控制系統(tǒng),主要由5個子系統(tǒng)組成,如圖2所示。每個子系統(tǒng)均為獨立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過主系統(tǒng)的觸發(fā)，完成相應(yīng)的操作后，發(fā)送反饋信號給主系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)的反饋信號都包含有完成信號、狀態(tài)信號、報警信號等。

2.1壓力控制系統(tǒng)

由于含浸前和入液后，含浸的缸體必須處在負(fù)壓狀態(tài)，而含浸過程必須處在高壓狀態(tài)，以達(dá)到電解液高效滲透入鋁箔紙中。因此壓力控制系統(tǒng)必須實時監(jiān)控缸體壓力，并根據(jù)壓力傳感器的反饋信號作相應(yīng)的輸出響應(yīng)。壓力控制系統(tǒng)主要監(jiān)控主缸的壓力，主要由主缸（耐壓缸）、壓力傳感器、真空泵和流量泵組成，主缸內(nèi)的壓力傳感器作為輸入反饋信號、連接主缸的真空泵作為負(fù)壓輸出源、連接主缸的流量泵作為正壓力輸出源（正負(fù)輸出是相對當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Γ?，組成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)選件方面，由于壓力控制的范圍，負(fù)壓要求要達(dá)到100Pa,而缸體的體積約為150L，考慮到抽真空效率，選用流量為28L/s的真空泵，并設(shè)計一個體積約為130L真空存儲缸體，以便讓主缸體更快達(dá)到需要的真空度；而正壓要求達(dá)到1.2MPa，最高壓力不能超過1.6MPa，選用流量為1.6L/h的流量泵，作為正壓的加壓源，并設(shè)有爆破片，防止因壓力過大發(fā)生事故。反饋信號方面，采用一個壓力傳感器檢測缸體壓力，壓力傳感器能把壓力值轉(zhuǎn)化成電壓值輸出，再由PLC的模擬量模塊進(jìn)行采集，最后PLC根據(jù)采集回來的數(shù)據(jù)作相應(yīng)的輸出響應(yīng)，由于缸體的壓力一般呈現(xiàn)線形變化，這樣，PLC便能實時監(jiān)控壓力傳感器反饋回來的數(shù)據(jù)，根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)的變化趨勢，就能判斷缸體內(nèi)的各種狀況（如是否漏氣、輸出是否正常等）。并依據(jù)這些數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的輸出及提示。選用壓力傳感器方面，通過以下計算得出壓力傳感器的最小分辨率。其中壓力傳感器反饋的電壓信號輸出為2～4V值,而壓力傳感器最大的檢測范圍是0～2MPa。

2.2加熱及保溫系統(tǒng)

在含浸過程中，若電解液處在一定高溫（約65℃左右），能提高電解液的滲透效果和速度。所以，必須設(shè)計一個加熱及保溫系統(tǒng)，來確保電解液的溫度保持在設(shè)定溫度上。該系統(tǒng)的硬件主要由發(fā)熱棒、熱電偶、傳熱油及保溫層組成。由于不能對電解液直接加熱，所以必須采用隔離加熱的方式，發(fā)熱棒對傳熱油進(jìn)行加熱，傳熱油作為傳熱介質(zhì)，對缸體的電解液導(dǎo)熱，達(dá)到加熱及保溫效果。控制方面，主要采用PLC的溫控模塊立缸體內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，發(fā)熱棒作為加熱源、熱電偶作為反饋信號，由PLC實現(xiàn)閉環(huán)PID控制，能精確控制傳熱油的溫度，從而使電解液的溫度可控；并在缸體外加上隔熱棉保溫，使電解液的溫度不易下降，起到節(jié)能環(huán)保作用。

2.3電解液循環(huán)系統(tǒng)

主要由主缸、儲液缸、輔佐缸及控制閥門組成。由于含浸過程要經(jīng)過多次換液，所以本系統(tǒng)能在封閉的環(huán)境下，使電解液在3個缸體之間循環(huán)或?qū)С?。這不但能節(jié)約電解液的用量，還能防止電解液在空氣中揮發(fā)導(dǎo)致的環(huán)境污染。含浸后的電解液經(jīng)過過濾導(dǎo)出，能再次用于含浸生產(chǎn)，這樣做就直接降低生產(chǎn)成本和提高電解液的使用效率，同樣有助于減少對環(huán)境的污染；而且在循環(huán)過程中，能按工藝要求在任意的循環(huán)點返回，如此可讓循環(huán)多樣化，不但能提高含浸質(zhì)量，還能提高含浸效率。

2.4脫液系統(tǒng)

主要由脫液篩網(wǎng)、密封圈、變頻器及電機(jī)組成，通過PLC的PWM輸出，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。由于含浸后的電解液需要經(jīng)過晾干，如果在含浸后直接取出晾干，由于元件會殘留大量的電解液，不但晾干時間長，而且電解液在空氣中揮發(fā)對周圍環(huán)境造成污染，所以，在取出晾干前，直接在主缸內(nèi)的篩網(wǎng)脫液。通過采用變頻電機(jī)以多段速度帶動曬網(wǎng)旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用，可以把殘留在元件上的電解液基本除去，多段速度控制可使在旋轉(zhuǎn)過程中的元件所受到的沖擊慣性最少，避免元件的損傷，還有助于殘留液體較好地清除，然后再取出進(jìn)一步晾干，這樣就大大減少了晾干的時間，而且脫液過程中被甩出來的電解液能通過主缸回收，進(jìn)一步減少電解液的損耗和對環(huán)境的污染。

3結(jié)論

智能化高效含浸機(jī)解決傳統(tǒng)人手操作含浸問題，提高含浸效率和含浸質(zhì)量，由于使用了脫液和液體循環(huán)系統(tǒng)，從而減少了電解液的用量，節(jié)約成本及減少對人體傷害和環(huán)境的污染。在設(shè)計過程中，較難點為如何準(zhǔn)確控制缸體壓力以及當(dāng)加正壓時的安全性等。通過對電氣件的篩選和對控制系統(tǒng)的優(yōu)化，實現(xiàn)缸體壓力的準(zhǔn)確控制。

本文作者：何海華 梁國衡 單位：肇慶信泰機(jī)電科技有限公司