蓄電池固化工藝監測系統的設計與實現＊

廖雪超 阮 航

（1.武漢科技大學計算機科學與技術學院 武漢 430065）（2.武漢鋼鐵股份有限公司設備管理部 武漢 430080）

1 引言

鉛酸蓄電池生產工藝中，其極板制作需經歷固化工藝［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比較復雜的過程，既有物理變化也有化學變化，要達到的效果有板刪腐蝕層的形成、游離鉛的轉化、堿式硫酸仟再結晶［3］。

固化過程按順序大體可分為三個階段［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化為氧化鉛，同時板柵也進一步氧化腐蝕；3）第三階段，為干燥階段，主要完成鉛膏的硬化脫水、堿式硫酸鉛再結晶、多孔電極的形成，前階段脫水形成大孔，后階段繼續脫水形成微孔［6］。而在固化的三個階段中，固化室的溫度、濕度和時間的控制非常重要［7］。

2 系統硬件設計

根據廠方需求，本系統需在固化工藝的四個子車間現場分布九套監測子系統，來實時采集工藝數據（主要包括：固化時間、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）。據此，本系統主要包括以下部分：

· 數據采集子系統（9套）：AP1～AP11，實時采集現場工藝數據；

· 觸摸屏（4臺）：TP1～TP4，將多臺數據采集子系統中的數據進行匯總，監控；

· 上位機（1臺）：實時采集觸摸屏的生產數據，并對主要工藝過程進行監控；

· 數據庫服務器（1臺）；為客戶端提供實時數據、報警數據和歷史數據等；

· Web服務器（1臺）；對上位機上組態的工藝畫面進行WEB發布；

· Web客戶端（若干）；用戶在 Web客戶端上，可通過IE瀏覽器查詢、統計歷史數據，并以圖表的形式進行顯示。

圖1 監測系統結構圖

1）觸摸屏

四個車間各配置觸摸屏一臺，主要完成如下功能：

· 通過RS485串口通信方式，將多臺數據采集器電路板發送過來的工藝數據進行實時采集，并短期保存（約1周）在內置存儲卡內；

· 實時顯示當前子系統的工藝數據；

·為操作人員提供現場操作及監測工藝界面；

·采用以太網方式，將工藝數據發送至WEB數據服務器；

2）上位機

上位機上安裝PRO－SEVER EX組態軟件，主要完成如下功能：

· 通過局域網，數據服務器與觸摸屏進行通訊；

· 提供基礎監控畫面，監控生產任務的工作情況；

· 通過局域網，數據服務器器將數據寫入到遠程數據庫中；

3）數據庫服務器

數據庫服務器的主要功能是將數據服務器發送過來的數據，按照格式要求寫入到數據庫中，供用戶進行歷史查詢和統計。數據服務器內包括：IO服務器、冗余服務器、報警服務器、登錄服務器以及歷史數據服務器；

4）Web服務器

Web服務器將從數據庫服務器中獲取數據，為Web客戶端提供監控、查詢和統計頁面。

5）Web客戶端

局域網中的任意一臺計算機都可以下載客戶端工程，這些計算機被定義為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服務器中的變量，那么客戶端就會從Web服務器上讀取變量并實時更新畫面；

6）數據采集器

數據采集器：采集變送器的標準電流／電壓信號（采集周期為1分鐘），并進行A／D轉換，轉換為數字量后暫存至片內ROM，并作為RS485串口通信子站，將數據發送至觸摸屏。

圖2 監測子系統內部結構圖

3 系統軟件實現

3.1 系統監控主界面

系統工藝畫面可以查看每個倉的生產步驟，包括：每個倉當前批次的開始時間；每個倉當前工作的程序號；每個倉當前的工作溫度和濕度；每個倉所運行的段號。此外，系統工藝畫面的實時曲線還可以查看每個倉的實時曲線，包括每個倉的濕度和溫度實時曲線。為了方便用戶查看，系統工藝監控畫面采用以下幾種措施：

·不同倉采用不同的顏色用以區分；

· 批次（月／日）或批次（時／分）如果為空，則表示當前固化倉未生產；

· 方格如果為綠色代表該段已經完成，如果閃爍則表示正在進行該段的生產；

3.2 各固化室實時數據監控子畫面

實時數據監控畫面可以查看每個倉的工作詳細信息：

·單獨顯示每個倉溫度和濕度的實時曲線

· 顯示每段的完成時間

· 顯示當前批次的運行時間

· 顯示當前段的運行時間

用戶可以通過選擇不同的倉號，查看每個倉的工作狀態

圖3 系統監控主界面

圖4 1＃固化室監控子畫面

3.3 曲線比對監控畫面

曲線比對監控畫面可以以曲線的形式顯示歷史曲線。為了方便用戶對不同的倉、不同的時間段的生產數據進行比對，本系統設置了兩套時間段選擇控件，并以左右的形式進行了布局。通過點擊文本框中的文字，曲線將被加粗顯示，用以標示該曲線。

圖5 曲線對比監控畫面

4 結語

表1 1＃固化室極板固化過程各參數變化

固化是鉛蓄電池生極板制造工藝的核心環節，除了要盡量創造滿足固化的條件外，還需結合電池的用途、固化作用機理以及需要達到的效果制定合理的固化工藝，同時需關注生極板制作和固化過程的關鍵工藝參數（溫度和濕度）［9］。電池的一致性指標與固化室內各處的參數的一致性關系密切。如表1所示，通過本系統，生產人員可對固化過程進行實時跟蹤監測，進而對固化每個階段的作用機理和變化規律有了更全面的認識［10］。同時，系統可將多批歷史數據進行分析統計，得出最優工藝控制曲線，進而對固化過程的工藝參數控制進行指導。

［1］王有山，孫麗娜.極板固化工藝與控制［J］.電池技術，2008（4）：31－33.

［2］吳林.極板固化設備原理與固化條件對極板質量的影響［J］.蓄電池，2002（2）：76－78.

［3］唐征，毛賢仙，王瑜.閥控鉛酸蓄電池生極板的高溫固化［J］.電源技術，2003（6）：539－544.

［4］閻新華，史鵬飛.鉛酸蓄電池固化條件的研究［J］.蓄電池，2003（3）：104－109.

［5］王有山，孫力生，王有林.極板固化條件對電池一致性的影響［J］.蓄電池，2008（1）：21－23.

［6］朱松然.蓄電池手冊［M］.天津：天津大學出版社，2000.

［7］譚建國，毛賢仙，劉建同.閥控式鉛蓄電池的快速固化工藝的應用［J］.蓄電池，2009（2）：84－86，92.

［8］李昌鏃.生極板的固化控制與機理分析［J］.蓄電池，2002（4）：170－173.

［9］尹曉波.鉛酸蓄電池制造與過程控制［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［10］孫成.鉛酸蓄電池用高性能正極板［J］.電池工業，2002，7（6）：312－324.