基于铅酸电池电极铸焊设备控制系统设计毕业设计说明书Word文档格式.docx

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专业：

电气工程及其自动化

班级：

09电Y4

学生姓名：

学号：

指导教师：

职称：

副教授

评阅教师：

2013年6月

摘要

铅酸电池电极铸造是可完成蓄电池制造的加工设备，无论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。

传统的铅酸电池电极铸造采用机械传动作为控制核心，但受到不同环境的差异以及机械元器件的寿命和灵敏可靠性的一系列问题，所以很难保证蓄电池的质量以及生产的效率，因此需要通过一种更可靠的控制系统以及新的流程来解决传统机械传统中所暴露出等等问题，大大的化解庞大系统的复杂度，新型的控制很多，本设计主要提到单片机、PLC这两种可编程控制系统，目前这两种方式在各大产业中使用，具有可靠性高、编程简单、能耗低、功能强调试方便等优点。

本次设计的铅酸电池电极铸造控制设备是基于以上可编程控制系统设计的并采用人机交互，并重点阐述了该系统的硬件、软件的设计方法，经过简单的运行实践表面利用新型控制系统可靠性和实用性良好，完全满足系统设计要求，取得了预期良好的经济效益

关键字：

铅酸电池电极；

可编程控制器；

人机交互；

Abstract

Manufacturingofleadacidbatteryelectrodeisakindofprocessingequipmentoffabricatingstoragebattery,andleadacidbatteryplaysanimportantroleinmanyareassuchastransportation,correspondence,electricity,military,navigationandaviation.Thetraditionalmanufacturingmethodismakinguseofmechanicaldriveasthecoreofcontrol,however,thequalityofstoragebatteryandproductionefficiencycannotbeguaranteedbecauseofdifferentconditionsandlifespanandsensitivityofmechanicalcomponents,asaresult,anewkindofcontrolsystemandprocessareneededtosolvetheproblemswhicharerevealedintraditionalmachineryandthusresolvethecomplexityofthesystem.Thenewcontrolmethodsarevarious,thisdesignconcludestwoprogrammablecontrolsystemswhicharemicrocontrollerandPLC.Nowadays,thetwosystemsareusedinmajorindustries,whicharereliable,simple,low-efficient,goodfunctionandeasydebugging.Thedesignisbasedontheprogrammablecontrolsystemandemphasizesonthedesignmethodsofhardwareandsoftwareinthissystem.Throughatrialoperation,itdemonstratesthatthesystemisreliableandpractical,whichmeetsthedesignrequirementsandachievegoodeconomicbenefit.

Keywords:

leadacidbatteryelectrode;

programmablecontroller;

man-machineinteraction

第1章引言

1.1课题的来源

近年来，随着科学技术高速的发展，现代化的工业生产开始趋向商品化、社会化和国际路线。

所以加工设备制造的商品已经不单单是面向本国消费，而是要发展面向出口创汇，逐渐形成目前流行的外向型经济。

因其低廉的价格、易得的原料、可靠的性能、容易回收以及适合大电流放点等特点，高效产量的铅酸电池已经解决了目前铅酸电池在市场的需求，但是许多停滞的工业化企业仍保留传统的制造方法，由于市面上的大多铅酸电池面临目前铅酸电池电极铸焊是一种多工序、多物料、复杂的作业，因此造成生产过程中的因素会很多，特别是在一些工序在生产中货收到环境特性的变化，比如说温度、湿度、震度等等，因此在产品生产过程中的质量控制会受到人员、设备、环境、材料、方法等因素，只有保证每一工序都满足质量的要求，才能保证整个生产过程的最终质量。

但是目前传统的制造技术很难达到现在的产业质量要求，铅酸电池经常出现热失控、电压浮动、电池失水等问题，大大的降低铅酸电池的寿命以及使用安全，因此在铅酸电池电极铸焊的过程中实施合理的、科学的、有效的质量控制是十分必要的。

1.2铅酸电池生产设备国内外发展趋势

每道工序的工艺要求不同，所用设备也不同；

对于相同的工序，不同的设备所达到的工艺要求也不尽相同。

虽然设备相同，但是操作人员不同，环境不同，所得到的结果也不相同。

因此，对于生产工艺和每道工序的要求必须了如指掌，对所用设备更是要懂得其结构、性能及原理。

目前国内外铅酸电池铸焊设备的电池汇流排的焊接方式有3种，分别为手工焊接、半自动铸焊和全自动焊接。

手工焊接肯定是要被淘汰的，半自动焊接占地大，劳动强度大，环境差，质量不稳定，工效略高于手工焊接。

全自动铸焊是目前的发展方向，占地小，环境好，质量稳定，工效与半自动焊接相当。

全自动铸焊机的缺点是工效不高，应当加以改进，增加多头夹具，提高自动化水平以增加生产效率。

1.3本文研究的内容

面对现在企业中传统的电极铸焊设备，设备数量大，复杂度比较高，对于操作人员的要求也同样如此，所以在环境变化、人员操作时间长所造成的质量下降、合格率达不到预期的标准，成为了现在制造中最为头疼的地方。

一个智能化的控制系统越来越成为现在人们探求的新课题，采用可编程元件可实现铅酸电池电极铸焊的智能化控制、监测及执行。

可编程元件的智能化的电极铸焊设备控制系统可以大大的提高传统机械传动中出现的元器件老化，控制精度低的问题，不但能使控制系统简单化，并且可以如期的保证产量与质量。

现在国内外很多企业开始研发智能化的电极铸焊设备，设备容量小、安装方便、便于拆卸以及检修。

第2章铅酸电池电极铸焊设备控制系统设计方案

2.1系统任务描述

2.1.1控制系统要求

1、该控制系统要求满足以下几点要求：

铅炉温度可在500℃～550℃之间可控制，误差±

2℃；

2、冷却水箱温度可以显示；

3、采用上位机显示工作状态，并可进行参数设置；

2.1.2铅酸电池电极铸焊设备生产工艺概述

对电极铸焊设备系统进行控制，是为了满足铅炉对温度的要求。

所以，温度是系统的基本控制对象。

对于铅炉来说温度的高低主要取决于环境温度的高低以及设备自身的稳定性。

考虑到在动态情况下，铸焊设备的加工与实际温度和设定温度之间的平衡关系有关：

实际温度>

设定温度，则开始加工；

实际温度<

设定温度，则停止加工；

实际温度=设定温度，则保持不变。

通过温度值来通知系统的工作与停止，系统的主要动作由气缸完成，利用冷却装置能快速的进行下一步工序以及提高电池的生产率，同时横向刮刀可以去除铅料上的毛刺，提高产品的质量，形成整体美观性。

利用预先制定的铸焊槽可以方便的达到预期的电极排列，其次铸焊各个极板之间的电流关系，达到之前要求制定的电压等级，并且插入电极棒，用于外电路的正负接入，最后通入稀硫酸，封装完成整个铅酸电池的制造流程。

2.1.3控制系统方式选择

当前控制系统领域较为成熟的控制技术主要有三种，分别是传统继电器控制和单片机控制系统以及PLC控制系统。

方案1

首先继电器控制是一种自动电器控制，它适用于远距离接通和分断交、直流小容量控制电路，并在电力驱动系统中供控制、保护及信号转换用。

控制继电器的输入量通常是电流、电压等电量，也可以是温度、压力、速度等非电量，输出量则是触点动作时发出的电信号或输出电路的参数变化。

继电器的特点是当其输入量的变化达到一定程序时，输出量才会发生阶跃性的变化。

因为继电器控制是依靠机械触点的吸合动作来完成控制的继电器控制系统,工作频率低,工作速度慢，与此同时继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。

时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响,造成定时的精度不高不太符合500度的生产环境，同时继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。

时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响,造成定时的精度不高，这些都会影响产品的质量甚至会造成工作人员的安全问题，考虑到这些问题，传统继电器优先排除，不做具体的规模设计。

方案2

首先先简单介绍下单片机：

单片机是一种集成系统电路芯片，它采用了超大规模集成电路技术将具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。

从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。

该方案由单片机、温度传感器、变换器、AD模块、按钮、控制驱动电路、加热装置、冷却装置、气动元件、气缸组成。

本方案采用模拟温度传感器作为测温元件，对所需要的温度进行测量，传感器将测到的温度变为相对应的电阻值，然后通过变送器将非模拟量变为单片机可以识别的模拟量，最后通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，传给单片机，

单片机将温度值进行处理之后最后通过触摸屏进行显示，当温度值超过设置值时，系统开始工作。

如图2-1所示

图2.1单片机系统控制框架

方案3

首先先简单介绍下PLC：

PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

是工业控制的核心部分。

图2.2PLC系统框图

该方案由PLC、温度检测转换电路、按钮、上位机、加热恒温电路、冷却装置、气缸。

如图2-2所示

结论：

第一个方案优先排除，接下来的两个方案进行对比比较，PLC控制系统和单片机控制系统相比，用单片机比用PLC，其成本要低一些（大约能省80%左右）。

但是单片机由于集成度比较高，面对500℃的铅炉很容易造成单片机热化，以及铅酸电池电极制造是属于工业制造业，对于产品的产量以及质量要求必须按照国家制造业标准，系统的稳定性是十分重要，单片机很难适应长期灵活编写的系统，而且系统维