高效含浸機的控制系統設計和實現論文

本文主要論述了設備自動化控制系統的設計、開發和實現過程，並描述控制系統中各個子系統的組成和工作原理。設計的主要目的是設計出具有自動監控和操作、封閉式液體循環、保温、自動脱液以及能循環加壓控制系統。

1智能化控制流程

設備操作人員只需在開始對設備進行簡單的數據調用（預先設定），點擊運行，系統便能根據設定的參數，完成整個含浸。

2控制系統的組成

該設備的控制系統,主要由5個子系統組成,如圖2所示。每個子系統均為獨立的閉環控制系統，通過主系統的觸發，完成相應的操作後，發送反饋信號給主系統。每個子系統的反饋信號都包含有完成信號、狀態信號、報警信號等。

2.1壓力控制系統

由於含浸前和入液後，含浸的缸體必須處在負壓狀態，而含浸過程必須處在高壓狀態，以達到電解液高效滲透入鋁箔紙中。因此壓力控制系統必須實時監控缸體壓力，並根據壓力傳感器的反饋信號作相應的輸出響應。壓力控制系統主要監控主缸的壓力，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壓輸出源、連接主缸的流量泵作為正壓力輸出源（正負輸出是相對當地的大氣壓力），組成了閉環控制系統。系統選件方面，由於壓力控制的範圍，負壓要求要達到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，並設計一個體積約為130L真空存儲缸體，以便讓主缸體更快達到需要的真空度；而正壓要求達到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，並設有爆破片，防止因壓力過大發生事故。反饋信號方面，採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化成電壓值輸出，再由PLC的模擬量模塊進行採集，最後PLC根據採集回來的數據作相應的輸出響應，由於缸體的壓力一般呈現線形變化，這樣，PLC便能實時監控壓力傳感器反饋回來的數據，根據反饋回來的數據的變化趨勢，就能判斷缸體內的各種狀況（如是否漏氣、輸出是否正常等）。並依據這些數據作出相應的輸出及提示。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範圍是0～2MPa。

2.2加熱及保温系統

在含浸過程中，若電解液處在一定高温（約65℃左右），能提高電解液的滲透效果和速度。所以，必須設計一個加熱及保温系統，來確保電解液的温度保持在設定温度上。該系統的硬件主要由發熱棒、熱電偶、傳熱油及保温層組成。由於不能對電解液直接加熱，所以必須採用隔離加熱的方式，發熱棒對傳熱油進行加熱，傳熱油作為傳熱介質，對缸體的電解液導熱，達到加熱及保温效果。控制方面，主要採用PLC的温控模塊立缸體內的温度進行控制，發熱棒作為加熱源、熱電偶作為反饋信號，由PLC實現閉環PID控制，能精確控制傳熱油的温度，從而使電解液的温度可控；並在缸體外加上隔熱棉保温，使電解液的温度不易下降，起到節能環保作用。

2.3電解液循環系統

主要由主缸、儲液缸、輔佐缸及控制閥門組成。由於含浸過程要經過多次換液，所以本系統能在封閉的環境下，使電解液在3個缸體之間循環或導出。這不但能節約電解液的用量，還能防止電解液在空氣中揮發導致的環境污染。含浸後的電解液經過過濾導出，能再次用於含浸生產，這樣做就直接降低生產成本和提高電解液的`使用效率，同樣有助於減少對環境的污染；而且在循環過程中，能按工藝要求在任意的循環點返回，如此可讓循環多樣化，不但能提高含浸質量，還能提高含浸效率。

2.4脱液系統

主要由脱液篩網、密封圈、變頻器及電機組成，通過PLC的PWM輸出，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電機轉速。由於含浸後的電解液需要經過晾乾，如果在含浸後直接取出晾乾，由於元件會殘留大量的電解液，不但晾乾時間長，而且電解液在空氣中揮發對周圍環境造成污染，所以，在取出晾乾前，直接在主缸內的篩網脱液。通過採用變頻電機以多段速度帶動曬網旋轉，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過程中的元件所受到的衝擊慣性最少，避免元件的損傷，還有助於殘留液體較好地清除，然後再取出進一步晾乾，這樣就大大減少了晾乾的時間，而且脱液過程中被甩出來的電解液能通過主缸回收，進一步減少電解液的損耗和對環境的污染。

3結論

智能化高效含浸機解決傳統人手操作含浸問題，提高含浸效率和含浸質量，由於使用了脱液和液體循環系統，從而減少了電解液的用量，節約成本及減少對人體傷害和環境的污染。在設計過程中，較難點為如何準確控制缸體壓力以及當加正壓時的安全性等。通過對電氣件的篩選和對控制系統的優化，實現缸體壓力的準確控制。