加酸壺清洗機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

清洗機(jī)制作背景

在鉛酸蓄電池行業(yè)中，閥控密閉電池普遍采用加膠體電解液后內(nèi)化成的生產(chǎn)工藝。膠體電解液一般由氣相二氧化硅與稀硫酸配制而成，具有一定的粘度。在電池加酸工序中，加酸機(jī)上的加酸壺內(nèi)壁會(huì)粘附膠體，造成加酸壺內(nèi)部容積變小，從而導(dǎo)致電池加酸量發(fā)生變化，影響電池的性能。因此，使用一段時(shí)間后，必須對(duì)加酸壺內(nèi)部進(jìn)行清洗，去除粘附的膠體。但由于加酸壺為密閉式，只有進(jìn)酸口、出酸口，清洗難度較大，且無法清洗干凈。

針對(duì)上述情況，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了自動(dòng)清洗機(jī)，用專用清洗液對(duì)加酸壺進(jìn)行清洗。

一、設(shè)備組成

清洗機(jī)由清洗循環(huán)系統(tǒng)、水箱組件、機(jī)頭組件、定位組件、控制系統(tǒng)組成。如圖1、圖2所示。

1-清洗循環(huán)系統(tǒng)，2-清洗液箱組件，3-加酸壺，4-定位組件，5-機(jī)頭組件，6-控制系統(tǒng)。

參見附圖F1-1，F(xiàn)1-2。

F1-1加酸壺自動(dòng)清洗機(jī)·圖1 F1-2加酸壺自動(dòng)清洗機(jī)·圖2

二、清洗機(jī)動(dòng)作要求

2.1 自動(dòng)循環(huán)過程

手工放好酸壺——按下定位按鈕——定位氣缸推出——手工定位完畢——按循環(huán)啟動(dòng)按鈕——定位氣缸退回——壓緊氣缸向下，壓緊酸壺——時(shí)間控制，時(shí)間到——壓縮空氣通入，吹加酸壺——壓縮空氣通入時(shí)間到——壓縮空氣電磁閥關(guān)閉——清洗水路打開，沖洗酸壺——時(shí)間到，清洗水路關(guān)閉——壓縮空氣通入，吹加酸壺——通氣時(shí)間到，壓縮空氣關(guān)閉——清洗水路打開……。

——如此反復(fù)，持續(xù)3個(gè)循環(huán)后---壓縮空氣通入，吹加酸壺——時(shí)間到，壓縮空氣關(guān)閉，吹酸壺完畢——壓緊氣缸退回原位——自動(dòng)停止，手動(dòng)取出加酸壺。一個(gè)循環(huán)結(jié)束。

開始下一個(gè)自動(dòng)循環(huán)過程……。

2.2 手動(dòng)操作：要求自動(dòng)循環(huán)過程中的每一步要求能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)操作，調(diào)整。

2.2.1 酸壺定位氣缸推出/退回（向前/向后）；

2.2.2 酸壺主氣缸推出/退回（向下/向上）；

2.2.3 壓縮空氣電磁閥打開/關(guān)閉；

2.2.4 清洗液水電磁閥打開/關(guān)閉；

2.2.5 水泵打開/關(guān)閉。

2.3 急停控制：遇到緊急情況時(shí)，停止所有動(dòng)作。

三、 PLC的選擇及輸入/輸出點(diǎn)的地址分配及接線

根據(jù)工藝動(dòng)作要求，對(duì)所有的開關(guān)，按鈕，電磁閥等動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)PLC 輸入/輸出點(diǎn)優(yōu)化，控

制系統(tǒng)核心選用西門子PLC S7-200 CPU 224XP CN AC/DC/RLY。

3.1西門子PLC S7-200 CPU 224XP CN AC/DC/RLY輸入/輸出地址分配表

3.2 PLC外部接線圖（見附圖F2）

附圖F2 PLC外部接線圖

四、順序控制程序的設(shè)計(jì)

4.1 編寫循序控制流程圖（見附圖F4）：

根據(jù)清洗機(jī)動(dòng)作要求，用順序控制程序編寫控制程序，首先畫出順序功能圖，見附圖F4。

順序功能圖又叫狀態(tài)流程圖或者狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，順序功能圖編程語言是基于工藝流程的高級(jí)語言。它是用圖形符號(hào)和文字表達(dá)相結(jié)合的方法，包含電氣、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械控制系統(tǒng)或系統(tǒng)某些部分的控制過程、功能和特性的一種通用語言,

在功能表圖中，把一個(gè)過程循環(huán)分解稱若干個(gè)清晰的連續(xù)階段，稱之為“步” ，步與步之間由“轉(zhuǎn)換”分隔。當(dāng)兩步之間的轉(zhuǎn)換條件滿足，并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，上一步的活動(dòng)結(jié)束，而下一步的活動(dòng)開始。一個(gè)過程循環(huán)分的步越多，對(duì)過程的描述就越準(zhǔn)確。

4.2 PLC 控制程序的編寫

4.2.1主程序(OB)編程要點(diǎn)：

4.2.1.1 主程序（OB）編制時(shí)包括調(diào)用2 個(gè)子程序，即自動(dòng)循環(huán)控制子程序（子程序1）和手動(dòng)方式調(diào)試子程序（子程序2）；

4.2.1.2 用一個(gè)三位鈕子開關(guān)，可以分別旋至自動(dòng)位置(I0.6=1)，空位置，手動(dòng)位置(I0.7=1);分別接通：調(diào)用自動(dòng)循環(huán)子程序1(SBR-1)，調(diào)用手動(dòng)控制程序子程序2(SBR-2)，放在空位置上時(shí)程序沒動(dòng)作；

4.2.1.3 主程序包括緊急情況急停按鈕控制程序，急停按鈕將PLC的輸出線圈點(diǎn)，壓縮空氣，沖水，水泵起動(dòng)(Q0.4,Q0.5,Q0.6)立即復(fù)位(RI)，(Q0.4,Q0.5,Q0.6=0)禁止輸出；

4.3自動(dòng)循環(huán)控制程序編寫難點(diǎn)：

4.3.1 循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器（C10）開始計(jì)數(shù):由于自動(dòng)循環(huán)中壓縮空氣和沖洗加酸壺都是靠時(shí)間繼電器控制的，因此循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器開始技術(shù)必須以時(shí)間繼電器的接通脈沖上升沿（P）控制，T101觸發(fā)一次，計(jì)數(shù)一次；

4.3.2 循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器（C10）結(jié)束計(jì)數(shù)：由于工藝要求循環(huán)結(jié)束時(shí)，最后一次是壓縮空氣沖加酸壺，這就意味著壓縮空氣比沖洗加酸壺多了1次，因此在計(jì)數(shù)器（C10）計(jì)數(shù)次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器（C10）動(dòng)作的同時(shí)，必須禁止沖洗洗加酸壺動(dòng)作，所以要將計(jì)數(shù)器（C10）的常閉觸點(diǎn)串入液路和水泵（Q0.5，Q0.6）控制；

4.3.3 主氣缸退回上位（Q0.3）：工藝要求的循環(huán)次數(shù)到，循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器（C10）接通，C10常開觸點(diǎn)接通Q0.3,壓緊氣缸退回上位后，感應(yīng)開關(guān)I0.3接通，退回停止；

4.3.4 循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器（C10）復(fù)位控制：在循環(huán)結(jié)束時(shí)，循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器（C10）處于接通狀態(tài)，因此采用下次酸壺定位按鈕按下（I0.0）來復(fù)位循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器（C10），使其清零。

4.3.5 再次循環(huán)開始條件：第一次循環(huán)結(jié)束，酸壺主氣缸回到上位（I0.3通）后，要將退回動(dòng)作（Q0.3）復(fù)位，同時(shí)為下一次循環(huán)條件置位，以便開始下一個(gè)循環(huán)；

4.3.6 避免再次循環(huán)開始時(shí)的誤動(dòng)作：由于上次循環(huán)中，壓縮空氣通入后，沖洗動(dòng)作沒有進(jìn)行，但是沖洗動(dòng)作轉(zhuǎn)換條件已經(jīng)接通，再次循環(huán)開始后，一旦條件具備，會(huì)造成有些誤動(dòng)作，因此必須在程序中編入必要的置位和復(fù)位，以保證再次循環(huán)的正確動(dòng)作。

4.3.7 加酸壺定位氣缸前進(jìn)/后退，加酸壺主氣缸夾緊/松開依靠各自氣缸前/后位感應(yīng)開關(guān)，到位后要停止相關(guān)的動(dòng)作。

4.3.8 緊急情況的停止：在自動(dòng)循環(huán)時(shí)，一旦發(fā)生緊急情況，如加酸壺漏水，管道破裂等，需要緊急停止當(dāng)前正在進(jìn)行的動(dòng)作，由于自動(dòng)循環(huán)控制程序是順序控制程序，可以將三位旋鈕旋至空位置不能關(guān)斷正在進(jìn)行的動(dòng)作，必須旋至手動(dòng)位置，為了可靠操作，考慮到員工的工作習(xí)慣，也可以采用雙重保險(xiǎn)，因此又增加了急停按鈕。

4.3.9 自動(dòng)循環(huán)程序是順序控制程序，急停按鈕需要控制步與步之間轉(zhuǎn)換條件，比較麻煩，因此將急停按鈕直接控制壓縮空氣，沖洗水路電磁閥及水泵，在主程序中將輸出線圈直接復(fù)位。

4.3.10 由于自動(dòng)循環(huán)控制程序是順序控制程序，當(dāng)臨時(shí)故障處理完畢后可以繼續(xù)接著進(jìn)行以前沒有進(jìn)行完畢的步驟，因此將急停安裝釋放后，可以接著進(jìn)行原來的步驟進(jìn)行。

五、效果驗(yàn)證

加酸壺清洗機(jī)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于用清洗液清洗時(shí)間和壓縮空氣沖洗時(shí)間及沖洗次數(shù)可調(diào)，修改方便，動(dòng)作準(zhǔn)確，每分鐘可以同時(shí)清洗4至加酸壺，大大提高了清洗效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了人效，效果良好。