【正文】 案 3 第 2章 鉛酸電池電極鑄焊設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計方案 系統(tǒng)任務(wù)描述 控制系統(tǒng)要求 該控制系統(tǒng)要求滿足以下幾點(diǎn)要求：鉛爐溫度可在 500℃～ 550℃之間可控制，誤差177。所以，溫度是系統(tǒng)的基本控制對象?？紤]到在動態(tài)情況下，鑄焊設(shè)備的加工與實(shí)際溫度和設(shè)定溫度之間的平衡關(guān)系有關(guān)： 實(shí)際溫度 設(shè)定溫度，則開始加工； 實(shí)際溫度 設(shè)定溫度，則停止加工； 實(shí)際溫度 =設(shè)定溫度，則保持不變。利用預(yù)先制定的鑄焊槽可以方便的達(dá)到預(yù)期的電極排列，其次鑄焊各個極板之間的電流關(guān)系，達(dá)到之前要求制定的電壓等級，并且插入電極棒，用于外電 路的正負(fù)接入，最后通入稀硫酸，封裝完成整個鉛酸電池的制造流程。 方案 1 首先繼電器控制是一種自動電器控制，它適用于遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嘟?、直常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 流小容量控制電路，并在電力驅(qū)動系統(tǒng)中供控制、保護(hù)及信號轉(zhuǎn)換用。繼電器的特點(diǎn)是當(dāng)其輸入量的變化達(dá)到一定程序時，輸出量 才會發(fā)生階躍性的變化。時間繼電器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)易受環(huán)境溫度和濕度變化的影響 , 造成定時的精度不高不太符合 500 度的生產(chǎn)環(huán)境，同時繼電器控制是利用時間繼電器的滯后動作來完成時間上的順序控制。 方案 2 首先先簡單介紹下單片機(jī)： 單片機(jī) 是一種集成系統(tǒng) 電路 芯片 ，它采用了 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的 中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲器RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和 中斷系統(tǒng) 、定時器 /計時器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路 轉(zhuǎn)換器 、 A/D 轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的 微型計算機(jī)系統(tǒng) ，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 該方案由單片機(jī)、溫度傳感器、變換器、 AD 模塊、按鈕、控制驅(qū)動電路、加熱裝置、冷卻裝置、氣動元件、氣缸組 成。如圖 21 所示 圖 單片機(jī)系統(tǒng)控制框架 單片機(jī)A D 轉(zhuǎn) 換變 送 器溫 度 傳 感 器控 制 驅(qū) 動電 路氣 動 元 件氣 缸冷 卻 裝 置加 熱 裝 置按 鈕第 2章 鉛酸電池電極鑄焊設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計方案 5 方案 3 首先先簡單介紹下 PLC： PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的 電子 系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。是工業(yè)控制的核 心部分。如圖 22 所示 結(jié)論：第一個方案優(yōu)先排除，接下來的兩個方案進(jìn)行對比比較， PLC 控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)相比，用單片機(jī)比用 PLC，其成本要低一些（大約能省 80%左右）。一個 PLC 的控制器，可以接收幾千個 I/O 點(diǎn)（最多可達(dá) 8000 多個 I/O）。 因此在鉛酸電池電極鑄焊設(shè)備控制系統(tǒng)方式的選擇上，采用 PLC 控制系統(tǒng)。溫度的測量，需要傳感器，利用傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電信號后，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后才能由計算機(jī)進(jìn)行有效處理。 將己經(jīng)包片好的極群由極群盒內(nèi)取出，放入夾具內(nèi)，然后再把夾具放入刷耳、切耳機(jī)上，由刷耳及切耳，一次成型。本設(shè)計自動合閉操作門→模具加熱→極群焊接→模具冷卻→脫模入殼等系列流程一次完成。方便操作人員了解鉛爐的工作情況。轉(zhuǎn)換電路可以用 A/D 模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為了能達(dá)到預(yù)期設(shè)計的效果，必須對各個硬件進(jìn)行選型。溫度傳感器的種類繁多，如熱電偶傳感器、熱敏 電阻傳感器、電阻溫度檢測器 (RTD)傳感器和 IC 溫度傳感器以及 PT 傳感器。綜上要精確檢測 500 度以內(nèi)的溫度，上述各類溫度傳感器都不符合。鉑（ PT）測溫電阻的電阻溫度系數(shù)分散性小，其精度高、線性好、靈敏度也比較高，用它制作的溫差計性能優(yōu)良，現(xiàn)在市面上的 PT 傳感器以 PT100 和 PT1000 為主， PT100和 PT1000 的工作原理都一樣，但是不同點(diǎn)在于： 0 攝氏度時的電阻不一常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 樣 ,PT100 是 100 歐 ,PT1000 是 1000 歐 。同樣 PT100 傳感器也 滿足冷卻裝置溫度檢測電路。 變送器的選擇 變送器的作用就是讓傳感器輸出的非模擬量變?yōu)榭梢宰R別的模擬量，上面所選的傳感器的接線方式為 3 線制，所以變送器必須有 3 線接口，能與傳感器配接。而且變送器可以將非模擬量變?yōu)殡娏髁炕蛘唠妷毫浚紤]到設(shè)計的環(huán)境，電壓量的波動比較大，會造成 2 次誤差，電流量比較穩(wěn)定，適合設(shè)計的要求，所以變送器選型確定為 MIKPCT300,將 PT100的 3根接線接入到 MIKPCT300的接線口上 . A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個重要接口。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇是至關(guān)重要的。目前的高速 A/D 轉(zhuǎn)換器已被應(yīng)用于各種儀表、成像以及通信領(lǐng)域中。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，如 SAR 型 A/D 轉(zhuǎn)換器、閃存型 A/D 轉(zhuǎn)換器、流水線型 A/D 轉(zhuǎn)換器，由于考慮到溫度是 500 度，轉(zhuǎn)換為 2 進(jìn)制為 9 位，因?yàn)?SAR 型 A/D 通常具有 10～ 16 位的分辨率。若要獲得 n 位的分辨率，逐次逼近轉(zhuǎn)換器就必須執(zhí)行 n 次比較器操作，并把每一次的結(jié)果都存儲在寄存器中。而且這種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是硅片尺寸小、功耗低且精度高。 FX2N2AD 可混合使用電壓輸入和電流輸入， 2 個通道的輸入特性相同，之前選型的變送器為電流輸入。 因?yàn)?FX2N2AD 與 FX2N2DA 與三菱 PLC 的接線方式是一樣的，都是通過延伸電纜進(jìn)行鏈接，下圖 可理解為為 FX2N2AD 與三菱 PLC 的連接圖 如圖 為溫度值 /模擬量對應(yīng)關(guān)系，不同的溫度對應(yīng)不同的電流值，因?yàn)?PT100 的上限為 850 度且 FX2N2AD 模塊的輸入模擬電流上限為 40mA,考慮到安全問題，將 20mA 作為 600 度對應(yīng)的模擬量，整體提高了安全系數(shù)。“友好”的屏幕畫面，高效的主機(jī)處理能力，讓越來越多的工業(yè)所匹配。本系統(tǒng)需要將鉛爐的溫度以及冷卻裝置的溫度展現(xiàn)在屏幕上，設(shè)計可以通過 MCGS 軟件制作出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)畫面，達(dá)到設(shè)計要求 ,最終確定上位機(jī)的型號為 IBM T61。本設(shè)計本設(shè)計氣動需要控制自動合閉操作門→模具加熱→極群焊接→刮鉛板刮鉛→模具冷卻→脫模入殼等系列流程。但是 PLC與氣缸是不能直接相連的，必須通過電磁閥來控制氣缸的行動的方向，首先先介紹下電磁閥：在氣動系統(tǒng)中，電磁閥是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。而閥體是控制算法得以實(shí)現(xiàn)的重要設(shè)備。 為了解決這樣的問題可以加中間繼電器過渡一下， PLC 輸出信號控制繼電器線包，電磁閥的控制信號從繼電器的觸點(diǎn)上 取。氣缸活塞有 磁石，當(dāng)活塞到達(dá)感應(yīng)開關(guān)位置時，感應(yīng)開關(guān)會給出反饋信號，傳到 PLC，進(jìn)而程序會繼續(xù)下一步，實(shí)現(xiàn)自動化。 驅(qū)動電壓為直流 24V，所以不需要中間繼電器，節(jié)約成本。通過查詢可知電磁閥功率小可以直接與 PLC 配對，通過電磁閥的通斷來傳送氣體給氣缸，達(dá)到預(yù)期的效果。壓縮氣體輸送管道：耐壓強(qiáng)度達(dá)到 Mpa 以上，無縫管管道，直徑≥φ 30mm。 表 氣動回路明細(xì)表 序號 符號 名稱 型號 數(shù)量 1 Y1 門氣缸 SC50500S 1 2 Y Y3 模架氣缸 (左、右 ) SC50200S 2 3 Y4 刮鉛渣板氣缸 SC40250S 1 4 Y5 刮鉛板、頂出氣缸 SC50250S 1 5 Y6 夾具支架氣缸 SC100500S20 1 6 Y7 壓盒氣缸 SDSC10040S10 1 8 Y8 脫模頂出氣缸 SC50250S 1 9 GC 氣源處理三件套 GC60020 1 套 10 YV1 門氣缸電磁閥 5SV3108B 1 11 YV YV3 模架氣缸 (左、右 )電磁閥 5SV3108B 2 12 YV4 刮鉛渣板氣缸電磁閥 5SV3108B 1 13 YV5 刮鉛板、頂出氣缸電磁閥 5SV3108B 1 14 YV6 夾具支架氣缸電磁閥 5SV41015B 1 15 YV7 壓盒氣缸電磁閥 5SV41015B 1 17 YV8 脫模頂出氣缸電磁閥 5SV3108B 1 18 調(diào)速 閥 AS3201F0208S 10 19 調(diào)速閥 AS4201F0410S 4 冷卻裝置 冷去裝置用來將鑄焊完的電極迅速冷卻下來，能快速的進(jìn)入到下次的加工工序中，提高整個工序的效率。 (2)冷卻水道數(shù)量盡可能多，而且要便于加工。 (3)所有成型零部件均要求通冷卻水道，除非無位置。 A 板， B 板，水口板，澆口部分則視情況定。入水，出水溫差會影響模具冷卻的均勻性，故設(shè)計時應(yīng)標(biāo)明入水，出水方向，模具制作時要求在模坯上標(biāo)明。 (5)盡量減少冷卻水道中“死水” (不參與流動的介質(zhì) )的存在。 (7)保證冷卻水道的最小邊距 (即水孔周邊的最小鋼位厚度 )，要求當(dāng)水道長度小于 150mm 時，邊間距大于 3mm；當(dāng)水道長度大于 150mm 時，邊間距大于 5mm。 (9)對冷卻水道布置有困難的部位應(yīng)采取其它冷卻方式，如鈹銅、熱管等 (10)合理確定冷卻水接頭位置，避免影響模具安裝、固定。包括設(shè)于極群模具下方的冷卻水槽，冷卻水槽包括外冷卻槽和設(shè)于外冷卻槽內(nèi)的內(nèi)冷卻槽，內(nèi)冷卻槽上邊沿高于外冷卻槽上邊沿，內(nèi)冷卻槽連接進(jìn)水管連續(xù)供水，外冷卻槽連接出水管連續(xù)排水。設(shè)備冷卻系統(tǒng)采用自來水，最好采用去離子水，直徑φ 20mm 的水管接入口，用水量約為 ∕ min。用它進(jìn)行對冷卻裝置的控制，電磁閥得電之后冷卻裝置冷卻水通過，當(dāng)電磁閥失電時，冷卻水?dāng)嚅_，額定電壓為直流 24V，所以不需要配對開關(guān)電源。 加熱及恒溫電路 加 熱電路用來快速的化解鉛料，便于之后的電極鑄焊，所以加熱裝置的溫度要達(dá)到 550 度左右。恒溫電路用來保證鉛爐工作在制定的溫度下，提高整個系統(tǒng)的效率，而且在高于溫度的情況下，自動斷開電源，在低于溫度的情況下，自動打開電源，降低功耗，對于這樣的設(shè)計要求，可以通過三相調(diào)壓電路來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，下圖 為三相調(diào)壓電路原理圖，僅供參考 ，不作為本設(shè)計內(nèi)容。通過控制雙向開關(guān)的通斷控制輸出的三相交流電壓。固態(tài)繼電器可以避免 PLC 的觸點(diǎn)長時間工作在開關(guān)狀態(tài)，造成 PLC 的觸點(diǎn)損壞，帶來的后果很嚴(yán)重。 U V W 分別接負(fù)載，接線上必須一一對應(yīng)。如圖 為 TSR120DAW 與 FX2N2DA 以及 JCA105 接線圖。 N /N 39。因?yàn)殂U爐的溫度達(dá)到 500 度，所以一般接觸型傳感器不符合本設(shè)計要求，綜上考慮所以采用型號為 EESPX613 1M 非接觸型光電傳感器，該傳感器的電源電壓為 24V，輸出電流為 100mA，所以不需要配對開關(guān) 圖 TSR120DAW 的接線圖 N4 2 0 m A0 1 0 VC O MC O N T+ 5 V~ 2 2 0 V輸 入輸 出J C A 1 0 5T S R 1 2 0 D A W F X 2 N 2 D AV I NI I NC O MV I NI I NC O MC H OC H 1圖 TSR120DAW 與 FX2N2DA 以及JCA105 接線圖 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 15 電源。 控制電路 控制系統(tǒng)用來控制整個設(shè)備的系統(tǒng)有序地工作，鑄焊設(shè)備的動作繁多，所以一個完善的控制系統(tǒng)十分重要，在第二章里已經(jīng)具體介紹過，控制系統(tǒng)的確定為 PLC 為核心的系統(tǒng)電路。通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 .PLC 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有 PLC 。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。產(chǎn)品規(guī)模向兩極分化； 追求高可靠性； 系統(tǒng)操作站配高分辨率的監(jiān)視器 ； P L CC O MX iE E S P X 6 1 31 M圖 EESPX613 1M 與 PLC 連接 第 3章 鉛酸電池電極鑄焊設(shè)備的電氣原理設(shè)計 16 PLC 的選型 1．確定輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號 1）輸入信號 位置檢測信號： 7 個下限以及上限， 2 個右限和左限 ，共 16 個感應(yīng)開關(guān)，需要 16 個輸入端子。 “工作方式”選擇開關(guān)：有手動、自動 2 種工作方式，需要 2 個輸入