蓄電池固化工藝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

廖雪超 阮 航

（1.武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 武漢 430065）（2.武漢鋼鐵股份有限公司設(shè)備管理部 武漢 430080）

1 引言

鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝中，其極板制作需經(jīng)歷固化工藝［1］。固化過程的好壞直接影響蓄電池的初期性能、使用壽命，是鉛酸蓄電池制造工藝過程的核心之一［2］。而極板固化過程是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，既有物理變化也有化學(xué)變化，要達(dá)到的效果有板刪腐蝕層的形成、游離鉛的轉(zhuǎn)化、堿式硫酸仟再結(jié)晶［3］。

固化過程按順序大體可分為三個(gè)階段［4］：1）第一階段，使板刪形成腐蝕層，促使鉛膏與板刪有強(qiáng)的附著力，使鉛膏中的3BS與4BS生成合適的比例［5］；2）第二階段，主要完成鉛膏中的游離鉛轉(zhuǎn)化為氧化鉛，同時(shí)板柵也進(jìn)一步氧化腐蝕；3）第三階段，為干燥階段，主要完成鉛膏的硬化脫水、堿式硫酸鉛再結(jié)晶、多孔電極的形成，前階段脫水形成大孔，后階段繼續(xù)脫水形成微孔［6］。而在固化的三個(gè)階段中，固化室的溫度、濕度和時(shí)間的控制非常重要［7］。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)廠方需求，本系統(tǒng)需在固化工藝的四個(gè)子車間現(xiàn)場(chǎng)分布九套監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，來實(shí)時(shí)采集工藝數(shù)據(jù)（主要包括：固化時(shí)間、固化濕度、固化溫度、極板中心溫度、鉛膏水分、極板中游離鉛含量［8］等）。據(jù)此，本系統(tǒng)主要包括以下部分：

· 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（9套）：AP1～AP11，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)；

· 觸摸屏（4臺(tái)）：TP1～TP4，將多臺(tái)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，監(jiān)控；

· 上位機(jī)（1臺(tái)）：實(shí)時(shí)采集觸摸屏的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)主要工藝過程進(jìn)行監(jiān)控；

· 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（1臺(tái)）；為客戶端提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等；

· Web服務(wù)器（1臺(tái)）；對(duì)上位機(jī)上組態(tài)的工藝畫面進(jìn)行WEB發(fā)布；

· Web客戶端（若干）；用戶在 Web客戶端上，可通過IE瀏覽器查詢、統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)，并以圖表的形式進(jìn)行顯示。

圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1）觸摸屏

四個(gè)車間各配置觸摸屏一臺(tái)，主要完成如下功能：

· 通過RS485串口通信方式，將多臺(tái)數(shù)據(jù)采集器電路板發(fā)送過來的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并短期保存（約1周）在內(nèi)置存儲(chǔ)卡內(nèi)；

· 實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前子系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)；

·為操作人員提供現(xiàn)場(chǎng)操作及監(jiān)測(cè)工藝界面；

·采用以太網(wǎng)方式，將工藝數(shù)據(jù)發(fā)送至WEB數(shù)據(jù)服務(wù)器；

2）上位機(jī)

上位機(jī)上安裝PRO－SEVER EX組態(tài)軟件，主要完成如下功能：

· 通過局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)服務(wù)器與觸摸屏進(jìn)行通訊；

· 提供基礎(chǔ)監(jiān)控畫面，監(jiān)控生產(chǎn)任務(wù)的工作情況；

· 通過局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)服務(wù)器器將數(shù)據(jù)寫入到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中；

3）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要功能是將數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，按照格式要求寫入到數(shù)據(jù)庫中，供用戶進(jìn)行歷史查詢和統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)包括：IO服務(wù)器、冗余服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、登錄服務(wù)器以及歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器；

4）Web服務(wù)器

Web服務(wù)器將從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)，為Web客戶端提供監(jiān)控、查詢和統(tǒng)計(jì)頁面。

5）Web客戶端

局域網(wǎng)中的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以下載客戶端工程，這些計(jì)算機(jī)被定義為IE瀏覽客戶端，用戶可以在客戶端上瀏覽工程中定義的畫面，如果畫面中引用了Web服務(wù)器中的變量，那么客戶端就會(huì)從Web服務(wù)器上讀取變量并實(shí)時(shí)更新畫面；

6）數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器：采集變送器的標(biāo)準(zhǔn)電流／電壓信號(hào)（采集周期為1分鐘），并進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后暫存至片內(nèi)ROM，并作為RS485串口通信子站，將數(shù)據(jù)發(fā)送至觸摸屏。

圖2 監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)監(jiān)控主界面

系統(tǒng)工藝畫面可以查看每個(gè)倉的生產(chǎn)步驟，包括：每個(gè)倉當(dāng)前批次的開始時(shí)間；每個(gè)倉當(dāng)前工作的程序號(hào)；每個(gè)倉當(dāng)前的工作溫度和濕度；每個(gè)倉所運(yùn)行的段號(hào)。此外，系統(tǒng)工藝畫面的實(shí)時(shí)曲線還可以查看每個(gè)倉的實(shí)時(shí)曲線，包括每個(gè)倉的濕度和溫度實(shí)時(shí)曲線。為了方便用戶查看，系統(tǒng)工藝監(jiān)控畫面采用以下幾種措施：

·不同倉采用不同的顏色用以區(qū)分；

· 批次（月／日）或批次（時(shí)／分）如果為空，則表示當(dāng)前固化倉未生產(chǎn)；

· 方格如果為綠色代表該段已經(jīng)完成，如果閃爍則表示正在進(jìn)行該段的生產(chǎn)；

3.2 各固化室實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控子畫面

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面可以查看每個(gè)倉的工作詳細(xì)信息：

·單獨(dú)顯示每個(gè)倉溫度和濕度的實(shí)時(shí)曲線

· 顯示每段的完成時(shí)間

· 顯示當(dāng)前批次的運(yùn)行時(shí)間

· 顯示當(dāng)前段的運(yùn)行時(shí)間

用戶可以通過選擇不同的倉號(hào)，查看每個(gè)倉的工作狀態(tài)

圖3 系統(tǒng)監(jiān)控主界面

圖4 1＃固化室監(jiān)控子畫面

3.3 曲線比對(duì)監(jiān)控畫面

曲線比對(duì)監(jiān)控畫面可以以曲線的形式顯示歷史曲線。為了方便用戶對(duì)不同的倉、不同的時(shí)間段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，本系統(tǒng)設(shè)置了兩套時(shí)間段選擇控件，并以左右的形式進(jìn)行了布局。通過點(diǎn)擊文本框中的文字，曲線將被加粗顯示，用以標(biāo)示該曲線。

圖5 曲線對(duì)比監(jiān)控畫面

4 結(jié)語

表1 1＃固化室極板固化過程各參數(shù)變化

固化是鉛蓄電池生極板制造工藝的核心環(huán)節(jié)，除了要盡量創(chuàng)造滿足固化的條件外，還需結(jié)合電池的用途、固化作用機(jī)理以及需要達(dá)到的效果制定合理的固化工藝，同時(shí)需關(guān)注生極板制作和固化過程的關(guān)鍵工藝參數(shù)（溫度和濕度）［9］。電池的一致性指標(biāo)與固化室內(nèi)各處的參數(shù)的一致性關(guān)系密切。如表1所示，通過本系統(tǒng)，生產(chǎn)人員可對(duì)固化過程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)固化每個(gè)階段的作用機(jī)理和變化規(guī)律有了更全面的認(rèn)識(shí)［10］。同時(shí)，系統(tǒng)可將多批歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，得出最優(yōu)工藝控制曲線，進(jìn)而對(duì)固化過程的工藝參數(shù)控制進(jìn)行指導(dǎo)。

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