銀鋅電池隔膜烘干自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李健蘋1,游中勝2

(1.重慶工商職業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院,重慶九龍坡400052;

2.重慶師范大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,重慶沙坪壩400000)

摘要：本系統(tǒng)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)銀鋅電池隔膜烘干自動(dòng)控制系統(tǒng).主要用于將帶有水份的銀鋅電池隔膜烘干,達(dá)到生產(chǎn)出平滑無皺紋隔膜的目的.系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分：硬件電路的輸入主要是四個(gè)溫度傳感器的檢測值,輸出是對步進(jìn)電機(jī)控制的脈沖和控制4個(gè)加熱管加熱;軟件部分主要是通過編程對溫度傳感器的檢測值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算以及對溫度的精確控制.系統(tǒng)通過軟硬件結(jié)合控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，完成烘干布和隔膜的收放,達(dá)到烘干隔膜的目的.

關(guān)鍵詞：加熱管;步進(jìn)電機(jī);溫度傳感器;PLC

收稿日期：2015-05-05

作者簡介：李健蘋(1963—)，女，河北邯鄲人.副教授，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用和遠(yuǎn)程教育研究.

中圖分類號(hào)：S222.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1銀鋅電池隔膜烘干自動(dòng)控制系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

(1)4個(gè)點(diǎn)的溫度測量,量程 -200℃—200℃.

(2)4個(gè)溫度測量顯示分辨率±0.1℃,烘干保溫控制精度±2℃.

(3)烘干筒內(nèi)部有2只加熱攪拌風(fēng)扇使整個(gè)烘干筒加熱溫度上下左右均勻.

(4)具有溫度顯示及控制參數(shù)設(shè)置功能.

(5)加熱管總功率 8 kW,AC220V.

(6)具有手動(dòng)控制烘干筒電機(jī)、展布機(jī)、收膜機(jī)正反轉(zhuǎn)功能.

(7)展布機(jī)、烘干筒和收膜機(jī)三機(jī)聯(lián)動(dòng)收放布的功能.具有停機(jī)手動(dòng)和急停功能.

(8)加熱電流顯示.

(9)一次性烘干隔膜最大寬度1米,最大長度500米.

(10)安裝使用場地：5米×3米.

2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

圖1是銀鋅電池隔膜烘干自動(dòng)控制系統(tǒng)總體示意圖.從圖1上可以看到和本設(shè)計(jì)有關(guān)的幾個(gè)部件：展布機(jī)1 、周轉(zhuǎn)輥2、 收膜機(jī)3 、 膜張力調(diào)節(jié)器4、 隔膜5、 烘干筒6、烘干纖維布7、閥門8、 濕布槽9 、 布張力調(diào)節(jié)器 10 .展布機(jī)完成纖維布收放展平濕布張力調(diào)節(jié)的功能 、收膜機(jī)完成隔膜收放張力調(diào)節(jié)功能. 展平的纖維布和隔膜一起裹在烘干筒上, PLC的控制加熱管加熱完成隔膜的烘干.

圖1　銀鋅電池隔膜烘干自動(dòng)控制系統(tǒng)總體示意圖

3烘干筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2　是烘干筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

圖2是烘干筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖.從圖2上可以看到和烘干筒結(jié)構(gòu)有關(guān)的幾個(gè)部件：烘干筒步進(jìn)電機(jī)1、 烘干筒芯軸2 、加熱管3 、烘干筒4 、 溫度傳感器5、烘干筒支架6 、攪拌電機(jī)7、鏈條8、加熱攪拌風(fēng)扇9.烘干筒步進(jìn)電機(jī)1通過鏈條8拖動(dòng)烘干筒圍繞烘干筒芯軸2轉(zhuǎn)動(dòng),完成隔膜和布的收放.烘干筒芯軸2、加熱管3、測溫傳感器5、攪拌電機(jī)7和加熱攪拌風(fēng)扇9靜止不動(dòng)保證溫度測量精度和控制精度.烘干筒芯軸2由壁厚6毫米不銹鋼管制成,上有小孔便于連接控制線.為了保證烘干溫度的均勻,設(shè)計(jì)了四根加熱管分成上下左右布局,同時(shí)對應(yīng)檢測上下左右四個(gè)點(diǎn)的溫度,并配備了兩臺(tái)加熱攪拌風(fēng)扇.

4控制部分

隔膜烘干自動(dòng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示.系統(tǒng)由四個(gè)溫度傳感器、兩個(gè)EM231模擬量輸入模塊、S7-226型西門子可編程控制器、西門子TD400C液晶漢字顯示操作屏、四個(gè)6kW固態(tài)繼電器、四個(gè)2kW不銹鋼加熱管、RS485/RS232轉(zhuǎn)換器、一只6NM步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、一只4NM步進(jìn)電機(jī)、兩只45NM步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、兩只45NM步進(jìn)電機(jī)組成.通過西門子TD400C液晶漢字顯示操作屏完成控制參數(shù)設(shè)置、四點(diǎn)溫度顯示以及系統(tǒng)操作控制.S7-226型西門子可編程控制器通過控制步進(jìn)電機(jī)完成隔膜和布的收放.四個(gè)溫度傳感器輸出的毫伏級信號(hào)經(jīng)兩個(gè)EM231模擬量輸入模塊送入西門子可編程控制器(型號(hào)S7-226),監(jiān)視烘干滾筒的上下左右四點(diǎn)烘干溫度.可編程控制器PLC根據(jù)檢測到的四個(gè)點(diǎn)的溫度，控制烘干筒中的對應(yīng)四個(gè)加熱管，保證烘干筒溫度均勻和恒定，完成隔膜的烘干.

圖3　自動(dòng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

4.1PLC 選用和硬件分配

4.1.1PLC 選用[1]

表1　PLC選用表

4.1.2PLC輸入輸出分配

PLC輸入端分配表如表2所示,PLC輸出端分配表如表3所示.

表2　輸入分配表

表3　輸出分配表

4．2溫度采集電路

圖4是溫度采集電路圖.本系統(tǒng)中的溫度傳感器采用了四只Pt100[2]溫度傳感器RTD1、RTD2、RTD、RTD4其主要性能指標(biāo)：采集溫度范圍為-200℃—+200℃,顯示精度0.1℃;綜合精度0.3℃.AD轉(zhuǎn)換器選用2只EM231熱電阻模擬量輸入模塊.EM231模塊DIP開關(guān)配置如表4.

圖4　溫度采集電路圖

熱電阻類型SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8100Pt0.003850(Default)00000001

SW6=0正標(biāo)定 (+3276.7度) SW7=0 測量單位采用攝氏度(℃) SW8=1接線方式4線.

4.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

圖5是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖，[3]電路主要由收膜機(jī)的步進(jìn)電機(jī)DJ1、驅(qū)動(dòng)器QD1、烘干筒步進(jìn)電機(jī)DJ2、驅(qū)動(dòng)器QD2、展布機(jī)的步進(jìn)電機(jī)DJ3、驅(qū)動(dòng)器QD3、三只二極管、9只1.8KΩ的限流電阻構(gòu)成.步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器選用金壇市四海電機(jī)電器廠的產(chǎn)品.DJ1型號(hào)為86BYG204,QD1型號(hào)為SH2034D,DJ2型號(hào)為130BYG250,QD2型號(hào)為SH20822M,DJ3型號(hào)為130BYG250,QD3型號(hào)為SH20822M.二極管型號(hào)選用IN4007.烘干筒步進(jìn)電機(jī)和展布機(jī)步進(jìn)電機(jī)公用Q0.1高速脈沖信號(hào)輸入,Q1.5和Q1.6控制那路有效.Q1.5=0,Q1.6=1,烘干筒步進(jìn)電機(jī)高速脈沖信號(hào)有效Q1.5=1,Q1.60=0,展布機(jī)步進(jìn)電機(jī)高速脈沖信號(hào)有效.

圖5　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

4.4加熱器控制電路[4]

圖6　加熱器控制電路

圖6是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖,電路主要由加熱管[5]JRG1、加熱管JRG2、加熱管JRG3、加熱管JRG4、固態(tài)繼電器SSR1、固態(tài)繼電器SSR2、固態(tài)繼電器SSR3、固態(tài)繼電器SSR4、加熱指示燈JRZD1、加熱指示燈JRZD2、加熱指示燈JRZD3、加熱指示燈JRZD4和8只二極管組成.二極管型號(hào)選用IN4007.固態(tài)繼電器選用蘇州市固達(dá)繼電器制造有限公司生產(chǎn)的交流安裝式20A固態(tài)繼電器型號(hào)為GJ20-W.加熱管在鹽城市松泰電工器材廠[5]定制,四只功率2KW,電壓AC220V.指示燈選用4只紅色DC24.

4.5系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的控制流程如圖7所示,本系統(tǒng)工作時(shí)先對系統(tǒng)初始化，為系統(tǒng)工作做好準(zhǔn)備,系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置好后,系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài).烘干系統(tǒng)操作過程是放膜→烘干→收膜→待機(jī).放膜按健AN1按下,I0.1上升沿有效,烘干筒電機(jī)啟動(dòng)將膜和纖維布裹在烘干筒上,狀態(tài)顯示放膜.烘干按鍵AN3按下,I0.3上升沿有效,開烘干定時(shí)中斷,狀態(tài)顯示烘干,烘干加熱指示燈亮.可編程控制器PLC根據(jù)檢測到的溫度控制烘干筒中的加熱管電源開關(guān),保證烘干筒溫度均勻和恒定,烘干時(shí)間到,關(guān)加熱管電源并使系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài).收膜按鍵AN2按下,I0.2上升沿有效.收膜機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)收膜和展布機(jī)收布,狀態(tài)顯示收膜.停止按鍵AN4按下,I0.4上升沿有效,停止展布電機(jī)、收膜電機(jī)和烘干筒電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并使系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài).

圖7　系統(tǒng)的控制流程圖

5總結(jié)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)銀鋅電池隔膜烘干自動(dòng)控制系統(tǒng).主要用于將帶有水份銀鋅電池隔膜烘干,達(dá)到生產(chǎn)出平滑無皺紋隔膜的目的.系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分：硬件電路的輸入主要是四個(gè)溫度傳感器的檢測值,輸出是對步進(jìn)電機(jī)控制的脈沖和控制4個(gè)加熱管加熱;軟件部分主要是編程對溫度傳感器的檢測值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算以及對溫度的精確控制.系統(tǒng)通過軟硬件結(jié)合控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，完成烘干布和隔膜的收放,達(dá)到烘干隔膜的目的.

參考文獻(xiàn)：

[1] S7-200，可編程控制器系統(tǒng)手冊[S].

[2] 深圳市鉑電科技有限公司.裝電式PT100熱電阻[EB/OL].[2015-03-15].http://www.rtd-rtd.com/s04/rtd-rtd/cpxx/20121015/16239968.html.

[3] 金壇市四海電機(jī)電器廠.永磁感應(yīng)步進(jìn)電機(jī)[EB/OL].[2015-03-18].http://www.sihaidj.com/company.html.

[4] 蘇州固達(dá)繼電器制造有限公司.固態(tài)繼電器模塊[EB/OL].[2015-03-18].http://www.ssrzzq.com/gsjj.htm.

[5] 鹽城市松泰電工器材廠.電加熱管系列[EB/OL].[2015-03-18].http://www.ycstdg.com/Products.asp?sort=9.

[責(zé)任編輯范藻]

Automatic Control System Design of Smee Cell Membrane Drying

LI Jianping1, YOU Zhongsheng2

(1.Electronic Information Engineering Department of Chongqing Vocational Industry and Business College, Chongqing 400052;

2.Mathematics and Computer Science School of Chongqing Normal University, Chongqing 400000, China)

Abstract:The program will design an automatic control system of Smee cell membrane drying in order to produce flat and smooth membrane. The system includes soft and hard parts. The import of the hard part focuses on the test value of four temperature transmitters and the export is to adjust the impulse of the stepping motor and the heat of the four heating tubes. The soft part refers to the programming which can achieve A/D transform of the test value, calculation and precise control of temperature. The program combines the soft and hard part to control the positive and native rotation of the stepping motor and to put and take drying cloth and membrane.

Key words:heating tube; stepping motor; temperature transmitter; PLC