加酸壶清洗机自动控制系统的设计

   李合周

(浙江天能动力能源有限公司  浙江313100)

    摘要：本文详细介绍了加酸壶清洗机自动控制系统的设计思路，方法及实施方案

关键词：加酸壶  清洗机  自动控制  设计

Automatic Control System Design of The Sulfuric Acid Pot Cleaning Machine

Li hezhou

（ZheJiang TianNeng Power Resource Co.ltd  zhejiang313100）

Abstract: the paper introduces the method of automatic control system design in the sulfuric acid pot cleaning machine.

Ke ywords: Sulfuric Acid Pot, Cleaning Machine, Automatic Control System, Design Thought.

清洗机制作背景

在铅酸蓄电池行业中，阀控密闭电池普遍采用加胶体电解液后内化成的生产工艺。胶体电解液一般由气相二氧化硅与稀硫酸配制而成，具有一定的粘度。在电池加酸工序中，加酸机上的加酸壶内壁会粘附胶体，造成加酸壶内部容积变小，从而导致电池加酸量发生变化，影响电池的性能。因此，使用一段时间后，必须对加酸壶内部进行清洗，去除粘附的胶体。但由于加酸壶为密闭式，只有进酸口、出酸口，清洗难度较大，且无法清洗干净。

针对上述情况，我们设计制作了自动清洗机，用专用清洗液对加酸壶进行清洗。

一、设备组成

清洗机由清洗循环系统、水箱组件、机头组件、定位组件、控制系统组成。如图1、图2所示。

1-清洗循环系统，2-清洗液箱组件，3-加酸壶，4-定位组件，5-机头组件，6-控制系统。

参见附图F1-1，F1-2。

F1-1加酸壶自动清洗机·图1                  F1-2 加酸壶自动清洗机·图2

二、清洗机动作要求

2.1 自动循环过程

手工放好酸壶——按下定位按钮——定位气缸推出——手工定位完毕——按循环启动按钮——定位气缸退回——压紧气缸向下，压紧酸壶——时间控制，时间到——压缩空气通入，吹加酸壶——压缩空气通入时间到——压缩空气电磁阀关闭——清洗水路打开，冲洗酸壶——时间到，清洗水路关闭——压缩空气通入，吹加酸壶——通气时间到，压缩空气关闭——清洗水路打开……。

——如此反复，持续3个循环后---压缩空气通入，吹加酸壶——时间到，压缩空气关闭，吹酸壶完毕——压紧气缸退回原位——自动停止，手动取出加酸壶。一个循环结束。

开始下一个自动循环过程……。

2.2  手动操作：要求自动循环过程中的每一步要求能够实现手动操作，调整。

2.2.1  酸壶定位气缸推出/退回（向前/向后）；

2.2.2  酸壶主气缸推出/退回（向下/向上）；

2.2.3  压缩空气电磁阀打开/关闭；

2.2.4  清洗液水电磁阀打开/关闭；

2.2.5  水泵打开/关闭。

2.3  急停控制：遇到紧急情况时，停止所有动作。

三、 PLC的选择及输入/输出点的地址分配及接线

   根据工艺动作要求，对所有的开关，按钮，电磁阀等动作进行计算，并对PLC 输入/输出点优化，控

制系统核心选用西门子PLC S7-200 CPU 224XP CN AC/DC/RLY。

3.1西门子PLC S7-200 CPU 224XP CN AC/DC/RLY输入/输出地址分配表

3.2  PLC外部接线图（见附图F2）

附图F2  PLC外部接线图

四、顺序控制程序的设计

4.1  编写循序控制流程图（见附图F4）：

根据清洗机动作要求，用顺序控制程序编写控制程序，首先画出顺序功能图，见附图F4。

  顺序功能图又叫状态流程图或者状态转移图，顺序功能图编程语言是基于工艺流程的高级语言。它是用图形符号和文字表达相结合的方法，包含电气、液压、气动和机械控制系统或系统某些部分的控制过程、功能和特性的一种通用语言,

 在功能表图中，把一个过程循环分解称若干个清晰的连续阶段，称之为“步” ，步与步之间由“转换”分隔。当两步之间的转换条件满足，并实现转换，上一步的活动结束，而下一步的活动开始。一个过程循环分的步越多，对过程的描述就越准确。

4.2  PLC 控制程序的编写

4.2.1主程序(OB)编程要点：

4.2.1.1  主程序（OB）编制时包括调用 2 个子程序，即自动循环控制子程序（子程序1）和手动方式调试子程序（子程序2）；

 4.2.1.2  用一个三位钮子开关，可以分别旋至自动位置(I0.6=1)，空位置，手动位置(I0.7=1);分别接通：调用自动循环子程序1(SBR-1)，调用手动控制程序子程序2(SBR-2)，放在空位置上时程序没动作；

 4.2.1.3  主程序包括紧急情况急停按钮控制程序，急停按钮将PLC的输出线圈点，压缩空气，冲水，水泵起动(Q0.4,Q0.5,Q0.6)立即复位(RI)，(Q0.4,Q0.5,Q0.6=0)禁止输出；

4.3自动循环控制程序编写难点：

4.3.1  循环次数计数器（C10）开始计数:由于自动循环中压缩空气和冲洗加酸壶都是靠时间继电器控制的，因此循环次数计数器开始技术必须以时间继电器的接通脉冲上升沿（P）控制，T101触发一次，计数一次；

4.3.2  循环次数计数器（C10）结束计数：由于工艺要求循环结束时，最后一次是压缩空气冲加酸壶，这就意味着压缩空气比冲洗加酸壶多了1次，因此在计数器（C10）计数次数达到设定值时，计数器（C10）动作的同时，必须禁止冲洗洗加酸壶动作，所以要将计数器（C10）的常闭触点串入液路和水泵（Q0.5，Q0.6）控制；

4.3.3  主气缸退回上位（Q0.3）：工艺要求的循环次数到，循环次数计数器（C10）接通，C10常开触点接通Q0.3,压紧气缸退回上位后，感应开关I0.3接通，退回停止；

4.3.4 循环次数计数器（C10）复位控制：在循环结束时，循环次数计数器（C10）处于接通状态，因此采用下次酸壶定位按钮按下（I0.0）来复位循环次数计数器（C10），使其清零。

4.3.5 再次循环开始条件：第一次循环结束，酸壶主气缸回到上位（I0.3通）后，要将退回动作（Q0.3）复位，同时为下一次循环条件置位，以便开始下一个循环；

4.3.6  避免再次循环开始时的误动作：由于上次循环中，压缩空气通入后，冲洗动作没有进行，但是冲洗动作转换条件已经接通，再次循环开始后，一旦条件具备，会造成有些误动作，因此必须在程序中编入必要的置位和复位，以保证再次循环的正确动作。

4.3.7  加酸壶定位气缸前进/后退，加酸壶主气缸夹紧/松开依靠各自气缸前/后位感应开关，到位后要停止相关的动作。

4.3.8 紧急情况的停止：在自动循环时，一旦发生紧急情况，如加酸壶漏水，管道破裂等，需要紧急停止当前正在进行的动作，由于自动循环控制程序是顺序控制程序，可以将三位旋钮旋至空位置不能关断正在进行的动作，必须旋至手动位置，为了可靠操作，考虑到员工的工作习惯，也可以采用双重保险，因此又增加了急停按钮。

4.3.9 自动循环程序是顺序控制程序，急停按钮需要控制步与步之间转换条件，比较麻烦，因此将急停按钮直接控制压缩空气，冲洗水路电磁阀及水泵，在主程序中将输出线圈直接复位。

4.3.10 由于自动循环控制程序是顺序控制程序，当临时故障处理完毕后可以继续接着进行以前没有进行完毕的步骤，因此将急停安装释放后，可以接着进行原来的步骤进行。 

                                      五、效果验证

加酸壶清洗机采用自动控制系统，由于用清洗液清洗时间和压缩空气冲洗时间及冲洗次数可调，修改方便，动作准确，每分钟可以同时清洗4至加酸壶，大大提高了清洗效率，降低了劳动强度，提高了人效，效果良好。

作者简介

李合周：1987年毕业于西安交通大学自动控制专业，大学本科，工学学士，高级工程师。现任浙江动力能源有限公司工程设备部经理。