高效含浸机的控制系统设计和实现

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本文主要论述了设备自动化控制系统的设计、开发和实现过程，并描述控制系统中各个子系统的组成和工作原理。设计的主要目的是设计出具有自动监控和操作、封闭式液体循环、保温、自动脱液以及能循环加压控制系统。

1智能化控制流程

设备操作人员只需在开始对设备进行简单的数据调用（预先设定），点击运行，系统便能根据设定的参数，完成整个含浸。

2控制系统的组成

该设备的控制系统,主要由5个子系统组成,如图2所示。每个子系统均为独立的闭环控制系统，通过主系统的触发，完成相应的操作后，发送反馈信号给主系统。每个子系统的反馈信号都包含有完成信号、状态信号、报警信号等。

2.1压力控制系统

由于含浸前和入液后，含浸的缸体必须处在负压状态，而含浸过程必须处在高压状态，以达到电解液高效渗透入铝箔纸中。因此压力控制系统必须实时监控缸体压力，并根据压力传感器的反馈信号作相应的输出响应。压力控制系统主要监控主缸的压力，主要由主缸（耐压缸）、压力传感器、真空泵和流量泵组成，主缸内的压力传感器作为输入反馈信号、连接主缸的真空泵作为负压输出源、连接主缸的流量泵作为正压力输出源（正负输出是相对当地的大气压力），组成了闭环控制系统。系统选件方面，由于压力控制的范围，负压要求要达到100Pa,而缸体的体积约为150L，考虑到抽真空效率，选用流量为28L/s的真空泵，并设计一个体积约为130L真空存储缸体，以便让主缸体更快达到需要的真空度；而正压要求达到1.2MPa，最高压力不能超过1.6MPa，选用流量为1.6L/h的流量泵，作为正压的加压源，并设有爆破片，防止因压力过大发生事故。反馈信号方面，采用一个压力传感器检测缸体压力，压力传感器能把压力值转化成电压值输出，再由PLC的模拟量模块进行采集，最后PLC根据采集回来的数据作相应的输出响应，由于缸体的压力一般呈现线形变化，这样，PLC便能实时监控压力传感器反馈回来的数据，根据反馈回来的数据的变化趋势，就能判断缸体内的各种状况（如是否漏气、输出是否正常等）。并依据这些数据作出相应的输出及提示。选用压力传感器方面，通过以下计算得出压力传感器的最小分辨率。其中压力传感器反馈的电压信号输出为2～4V值,而压力传感器最大的检测范围是0～2MPa。

2.2加热及保温系统

在含浸过程中，若电解液处在一定高温（约65℃左右），能提高电解液的渗透效果和速度。所以，必须设计一个加热及保温系统，来确保电解液的温度保持在设定温度上。该系统的硬件主要由发热棒、热电偶、传热油及保温层组成。由于不能对电解液直接加热，所以必须采用隔离加热的方式，发热棒对传热油进行加热，传热油作为传热介质，对缸体的电解液导热，达到加热及保温效果。控制方面，主要采用PLC的温控模块立缸体内的温度进行控制，发热棒作为加热源、热电偶作为反馈信号，由PLC实现闭环PID控制，能精确控制传热油的温度，从而使电解液的温度可控；并在缸体外加上隔热棉保温，使电解液的温度不易下降，起到节能环保作用。

2.3电解液循环系统

主要由主缸、储液缸、辅佐缸及控制阀门组成。由于含浸过程要经过多次换液，所以本系统能在封闭的环境下，使电解液在3个缸体之间循环或导出。这不但能节约电解液的用量，还能防止电解液在空气中挥发导致的环境污染。含浸后的电解液经过过滤导出，能再次用于含浸生产，这样做就直接降低生产成本和提高电解液的使用效率，同样有助于减少对环境的污染；而且在循环过程中，能按工艺要求在任意的循环点返回，如此可让循环多样化，不但能提高含浸质量，还能提高含浸效率。

2.4脱液系统

主要由脱液筛网、密封圈、变频器及电机组成，通过PLC的PWM输出，控制变频器的输出频率，从而控制电机转速。由于含浸后的电解液需要经过晾干，如果在含浸后直接取出晾干，由于元件会残留大量的电解液，不但晾干时间长，而且电解液在空气中挥发对周围环境造成污染，所以，在取出晾干前，直接在主缸内的筛网脱液。通过采用变频电机以多段速度带动晒网旋转，在离心力的作用，可以把残留在元件上的电解液基本除去，多段速度控制可使在旋转过程中的元件所受到的冲击惯性最少，避免元件的损伤，还有助于残留液体较好地清除，然后再取出进一步晾干，这样就大大减少了晾干的时间，而且脱液过程中被甩出来的电解液能通过主缸回收，进一步减少电解液的损耗和对环境的污染。

3结论

智能化高效含浸机解决传统人手操作含浸问题，提高含浸效率和含浸质量，由于使用了脱液和液体循环系统，从而减少了电解液的用量，节约成本及减少对人体伤害和环境的污染。在设计过程中，较难点为如何准确控制缸体压力以及当加正压时的安全性等。通过对电气件的筛选和对控制系统的优化，实现缸体压力的准确控制。

本文作者：何海华 梁国衡 单位：肇庆信泰机电科技有限公司