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摘 要 本文主要介绍了以触摸屏为主站，PLC和变频器作从站，使用RS232和RS485通信控制所有电气元件，实现胶体灌胶机全自动定量、搅拌、灌胶和清洗等。
关键词 精确定量 自动清洗 主动回酸 通信 宏指令
AbstractThis article introduces that the Man-machine interface as masterstation, PLC and Motor driver as primary station, all electrical components controlled by communication that are RS232 and RS485, to achieve automatic quantitative, mixing, acid colloidal filling, cleaning ,etc.
Key words:Accurate quantitativeAutomatic cleaningSulfuric acid flow back activelyCommunicationMacro commands
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一 铅酸蓄电池注胶现状
目前大多数铅酸蓄电池厂生产的电池已不再单单是往电池中注入硫酸，为改善电池性能出现了改用注入用二氧化硅、硫酸等混合的胶体，这种胶体较为粘稠，且在一定时间后会凝固。这时如果还用普通注酸机进行注胶，则会出现量酸时多余的胶体长时间无法回流到酸箱，定量不精确，定量用的酸杯因粘有胶体出现不准确，并开始产生累积性误差，注胶的效率也变得很差。因此就给胶体电池注酸提出了新的要求：自动快速搅拌、精确定量、主动快速回抽定量时多余的酸、注酸完成后能自动清洗粘在量杯壁的胶体。
正是由于以上原因，自动定量灌胶机应运而生。它以触摸屏为主站，通过与PLC和变频器通迅控制整机的自动运行，实现自动定量、自动较准偏移量、自动注酸、抽酸后主动回酸、自动清洗以及搅拌功能。此注胶机已成功应用到公司的生产实践中。
二 系统总体设计方案
注胶机主要由搅拌系统、注胶系统、定量系统、回酸系统和清洗系统组成。搅拌系统在注胶前将已凝固的胶体搅散或在注胶时保持胶体不凝固，以保证自动注胶时胶体为液态。注胶系统与普通注酸机一样，完成胶体自动注入电池。定量系统完成注酸前的定量，使用步进电机控制定量板的升降高度控制量酸酸量。回酸系统采用抽酸管道循环，使用一个酸泵和多个气动阀完成抽酸、回酸。清洗系统由气缸的升降控制清洗量酸酸杯。
1搅拌系统
三相异步电动机转速
v = 60f(1-s)/p(1)
对于已制成的电动机，极对数p是一定的，当电源频率不同时，电动机就有不同的转速。在未超过电机的额定转矩情况下，电机的转差率s很小，由
n=n1(1-s) (2)
可近似地认为n无限接近n1，考虑到电机的运行性能，并使电动机得到充分利用，在变频的同时电源电压应根据负载性质的不同作相应的变化，通常希望气隙磁通Φm维持不变，若Φm增大，将使电机磁路过分饱和，引起励磁电流增加，功率因数降低；若Φm减小，则会使电机容量得不到充分利用。若要使Φm为定值，则电压则要随频率作正比变化，即压频
λ=U/f(3)
变频器在工控中已得到广泛应用，在实现电机的无级调速上有其独特的优势。变频器通过改变输出电源的频率改变电机的转速，在低于电机的额定转速时保持λ不变，在高于额定转速后则采用恒压调速，但此时电机不再是恒转矩运行，而是转矩呈下降趋势，所以最好不要超速运行。
变频器和触摸屏一般都具备有RS485通信模块，所以两者可直接进行通讯，使用通信模块可有效减少外部电路，一条电话线就可以实现，在维护方面也较为方便。电机的运转指令及转速由触摸屏给定，触摸屏对这些指令进行运算处理，变频器将实时信息如转速、温度、故障信息等传回给触摸屏和PLC。触摸屏设为站号0，PLC为站号1，通信格式为RS232，9600，7，E，1；变频器为站号2，通信格式为RS485，9600，8，E，1，采用RTU模式。
2 注胶系统
自动注胶系统包括抽酸、回酸、定位、下酸、抽真空、开大气等。除将电池推到位外，系统自动完成所有动作。在转换为自动状态或自动状态下开机时，酸泵抽酸一次，酸泵停下后，回酸管上气动阀自动转换，改变酸的流向，进酸改为出酸，将多余的胶液抽回酸箱中。完成以上动作后，触摸屏显示定量好可以注胶，此时按下启动，系统首次抽真空、下酸，下酸完成系统再次抽酸、回酸，同时系统循环抽真空、开大气将胶体注入电池。自动状态下真空泵由真空压力开关控制，低于下限开，高于上限停，同时为避免真空泵频繁启动和保持真空压力的平稳性，在机身后我们用了三个较大的真空罐，压力开关装在接近真空泵的真空罐上，可以防止酸对它的损伤，也可以较真实地检测真空度，从而准确地控制真空泵的启停。
3 定量系统
在定量时，找定一处作为基本参照点，此处安装一接近开关或光电开关，位置要求永不移动，用以保证参照点不走位及定量的准确性。每次定量时步进电机驱动定量板向下移动至参照点再向上定量，以减小累积性误差。由于电机在换向时，螺杆会产生一回程差，所以在电机到达参照点后电机必须多向下运行一个螺距长度，然后才开始定量，且每次在参照点向上移动时重新给定定量偏移量，用以保证每次在同一点为同一酸量。由于回酸管路使用了气动阀，除减小机台抖动外还应使用力大一些的步进电机，避免因机器抖动定量板走位。
4 回酸系统
一直以来，注酸机的回酸都是采用自然回流的方式，其速度较慢，容易产生误差，胶体注酸如果还采用这种方式，要使定量时多余的胶体回流至酸箱，需要更多的时间，效率更为低下，精度也在2%以上。主动回酸设计可以采用以下三种方案：
（1） 利用系统自身有的真空泵，将多余的酸吸回；
（2） 用两台酸泵，一台进酸，一台出酸；
（3） 一台酸泵，修改管路，切换通路达到即抽酸进量酸杯又回酸的目的。
方案一在理论上可行，但抽酸进量酸杯时，由于管道和位置等关系，每个酸杯酸量并不相同，在回酸时一旦有一个或几个酸杯先于其它酸杯先抽至合格液位，真空就会泄漏，达不到回酸的目的。而且真空泵一般为3KW，使用真空回酸过于耗能，不能采用。
方案二需要两台真空泵，且在管路上也需要配置相应的回酸管，使系统在外观上达不到小、巧的目的，而且一旦进入空气，下次抽酸即无成效，对酸泵损害也较大。
方案三只需要四个气动阀和一台酸泵即可达到要求，如果使用电磁阀而非气动阀，其容易损坏，也不安全。酸泵安装在低于酸箱的位置，四个气动阀分别控制酸泵的进酸和出酸口，四个气动阀形成“口”字形排列。抽酸时开抽酸的两个气动阀，关闭回酸的气动阀，回酸时气动阀反向则完成回酸。如果气动阀开闭过快会造成管道抖动，所以在气动阀上要装上节流阀，同时固定管道以控制管道的抖动，每次回酸完成后要让往酸杯进酸的两个气动阀处于打开状态，利用酸箱的压力排出酸泵中可能存在的空气。
5 清洗系统
胶体在不搅拌状态下几个小时后就会凝固，如果量酸酸杯不清洗，会在以后注胶中产生一个累积性误差，使以后定量的胶量减少，为此，必须在每次使用完成后清洗注胶机。清洗时，定量用步进电机带动定量板向上平移，待吸管恰好离开量酸酸杯，清洗架连同定量板平移，在酸杯上不在是吸酸管，而是清洗用的清洗头。清洗头伸入酸杯，纯水水泵开启，配合真空泵完成类似注胶过程的清洗。完成清洗后，清洗头升起退出量酸杯，清洗架退回，定量板回到定量位置，同时系统重新定量使定量板回到清洗前位置。
6 系统控制和抗干扰
触摸屏除一般的输入输出作用外，还要有画面切换和电机控制的宏指令、通讯的控制指令、故障诊断设定、系统控制区控制设定等。系统在出现故障时报警显示，并作出相应的控制措施，比如禁止启动注胶动作，以防止故障扩大。
由于变频器在运行时会产生谐波，对电气系统有一定的干扰，所以此注胶机在安装时要注意抗干扰，变频器单独安装在一个电箱，通讯用的电话线也要加接终端电阻，所有的电气元器件可靠地接地，接地方式为第三种接地。
参考文献：
1.芮延年．機电一体化系统设计[M]．北京：机械工业出版社，2004．
2.周定颐. 电机及电力拖动[M]. 北京：机械工业出版社，1999.9
3.唐怀斌．工业控制的进展与趋势 [Ｊ]．自动化与仪器仪表，1996
4.王俊普．智能控制[M]． 合肥：中国科学技术大学出版社，1996
5.吕汀 石红梅．变频技术原理及应用[M]． 北京：机械工业出版社，2007.7
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词 精确定量 自动清洗 主动回酸 通信 宏指令
AbstractThis article introduces that the Man-machine interface as masterstation, PLC and Motor driver as primary station, all electrical components controlled by communication that are RS232 and RS485, to achieve automatic quantitative, mixing, acid colloidal filling, cleaning ,etc.
Key words:Accurate quantitativeAutomatic cleaningSulfuric acid flow back activelyCommunicationMacro commands
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一 铅酸蓄电池注胶现状
目前大多数铅酸蓄电池厂生产的电池已不再单单是往电池中注入硫酸，为改善电池性能出现了改用注入用二氧化硅、硫酸等混合的胶体，这种胶体较为粘稠，且在一定时间后会凝固。这时如果还用普通注酸机进行注胶，则会出现量酸时多余的胶体长时间无法回流到酸箱，定量不精确，定量用的酸杯因粘有胶体出现不准确，并开始产生累积性误差，注胶的效率也变得很差。因此就给胶体电池注酸提出了新的要求：自动快速搅拌、精确定量、主动快速回抽定量时多余的酸、注酸完成后能自动清洗粘在量杯壁的胶体。
正是由于以上原因，自动定量灌胶机应运而生。它以触摸屏为主站，通过与PLC和变频器通迅控制整机的自动运行，实现自动定量、自动较准偏移量、自动注酸、抽酸后主动回酸、自动清洗以及搅拌功能。此注胶机已成功应用到公司的生产实践中。
二 系统总体设计方案
注胶机主要由搅拌系统、注胶系统、定量系统、回酸系统和清洗系统组成。搅拌系统在注胶前将已凝固的胶体搅散或在注胶时保持胶体不凝固，以保证自动注胶时胶体为液态。注胶系统与普通注酸机一样，完成胶体自动注入电池。定量系统完成注酸前的定量，使用步进电机控制定量板的升降高度控制量酸酸量。回酸系统采用抽酸管道循环，使用一个酸泵和多个气动阀完成抽酸、回酸。清洗系统由气缸的升降控制清洗量酸酸杯。
1搅拌系统
三相异步电动机转速
v = 60f(1-s)/p(1)
对于已制成的电动机，极对数p是一定的，当电源频率不同时，电动机就有不同的转速。在未超过电机的额定转矩情况下，电机的转差率s很小，由
n=n1(1-s) (2)
可近似地认为n无限接近n1，考虑到电机的运行性能，并使电动机得到充分利用，在变频的同时电源电压应根据负载性质的不同作相应的变化，通常希望气隙磁通Φm维持不变，若Φm增大，将使电机磁路过分饱和，引起励磁电流增加，功率因数降低；若Φm减小，则会使电机容量得不到充分利用。若要使Φm为定值，则电压则要随频率作正比变化，即压频
λ=U/f(3)
变频器在工控中已得到广泛应用，在实现电机的无级调速上有其独特的优势。变频器通过改变输出电源的频率改变电机的转速，在低于电机的额定转速时保持λ不变，在高于额定转速后则采用恒压调速，但此时电机不再是恒转矩运行，而是转矩呈下降趋势，所以最好不要超速运行。
变频器和触摸屏一般都具备有RS485通信模块，所以两者可直接进行通讯，使用通信模块可有效减少外部电路，一条电话线就可以实现，在维护方面也较为方便。电机的运转指令及转速由触摸屏给定，触摸屏对这些指令进行运算处理，变频器将实时信息如转速、温度、故障信息等传回给触摸屏和PLC。触摸屏设为站号0，PLC为站号1，通信格式为RS232，9600，7，E，1；变频器为站号2，通信格式为RS485，9600，8，E，1，采用RTU模式。
2 注胶系统
自动注胶系统包括抽酸、回酸、定位、下酸、抽真空、开大气等。除将电池推到位外，系统自动完成所有动作。在转换为自动状态或自动状态下开机时，酸泵抽酸一次，酸泵停下后，回酸管上气动阀自动转换，改变酸的流向，进酸改为出酸，将多余的胶液抽回酸箱中。完成以上动作后，触摸屏显示定量好可以注胶，此时按下启动，系统首次抽真空、下酸，下酸完成系统再次抽酸、回酸，同时系统循环抽真空、开大气将胶体注入电池。自动状态下真空泵由真空压力开关控制，低于下限开，高于上限停，同时为避免真空泵频繁启动和保持真空压力的平稳性，在机身后我们用了三个较大的真空罐，压力开关装在接近真空泵的真空罐上，可以防止酸对它的损伤，也可以较真实地检测真空度，从而准确地控制真空泵的启停。
3 定量系统
在定量时，找定一处作为基本参照点，此处安装一接近开关或光电开关，位置要求永不移动，用以保证参照点不走位及定量的准确性。每次定量时步进电机驱动定量板向下移动至参照点再向上定量，以减小累积性误差。由于电机在换向时，螺杆会产生一回程差，所以在电机到达参照点后电机必须多向下运行一个螺距长度，然后才开始定量，且每次在参照点向上移动时重新给定定量偏移量，用以保证每次在同一点为同一酸量。由于回酸管路使用了气动阀，除减小机台抖动外还应使用力大一些的步进电机，避免因机器抖动定量板走位。
4 回酸系统
一直以来，注酸机的回酸都是采用自然回流的方式，其速度较慢，容易产生误差，胶体注酸如果还采用这种方式，要使定量时多余的胶体回流至酸箱，需要更多的时间，效率更为低下，精度也在2%以上。主动回酸设计可以采用以下三种方案：
（1） 利用系统自身有的真空泵，将多余的酸吸回；
（2） 用两台酸泵，一台进酸，一台出酸；
（3） 一台酸泵，修改管路，切换通路达到即抽酸进量酸杯又回酸的目的。
方案一在理论上可行，但抽酸进量酸杯时，由于管道和位置等关系，每个酸杯酸量并不相同，在回酸时一旦有一个或几个酸杯先于其它酸杯先抽至合格液位，真空就会泄漏，达不到回酸的目的。而且真空泵一般为3KW，使用真空回酸过于耗能，不能采用。
方案二需要两台真空泵，且在管路上也需要配置相应的回酸管，使系统在外观上达不到小、巧的目的，而且一旦进入空气，下次抽酸即无成效，对酸泵损害也较大。
方案三只需要四个气动阀和一台酸泵即可达到要求，如果使用电磁阀而非气动阀，其容易损坏，也不安全。酸泵安装在低于酸箱的位置，四个气动阀分别控制酸泵的进酸和出酸口，四个气动阀形成“口”字形排列。抽酸时开抽酸的两个气动阀，关闭回酸的气动阀，回酸时气动阀反向则完成回酸。如果气动阀开闭过快会造成管道抖动，所以在气动阀上要装上节流阀，同时固定管道以控制管道的抖动，每次回酸完成后要让往酸杯进酸的两个气动阀处于打开状态，利用酸箱的压力排出酸泵中可能存在的空气。
5 清洗系统
胶体在不搅拌状态下几个小时后就会凝固，如果量酸酸杯不清洗，会在以后注胶中产生一个累积性误差，使以后定量的胶量减少，为此，必须在每次使用完成后清洗注胶机。清洗时，定量用步进电机带动定量板向上平移，待吸管恰好离开量酸酸杯，清洗架连同定量板平移，在酸杯上不在是吸酸管，而是清洗用的清洗头。清洗头伸入酸杯，纯水水泵开启，配合真空泵完成类似注胶过程的清洗。完成清洗后，清洗头升起退出量酸杯，清洗架退回，定量板回到定量位置，同时系统重新定量使定量板回到清洗前位置。
6 系统控制和抗干扰
触摸屏除一般的输入输出作用外，还要有画面切换和电机控制的宏指令、通讯的控制指令、故障诊断设定、系统控制区控制设定等。系统在出现故障时报警显示，并作出相应的控制措施，比如禁止启动注胶动作，以防止故障扩大。
由于变频器在运行时会产生谐波，对电气系统有一定的干扰，所以此注胶机在安装时要注意抗干扰，变频器单独安装在一个电箱，通讯用的电话线也要加接终端电阻，所有的电气元器件可靠地接地，接地方式为第三种接地。
参考文献：
1.芮延年．機电一体化系统设计[M]．北京：机械工业出版社，2004．
2.周定颐. 电机及电力拖动[M]. 北京：机械工业出版社，1999.9
3.唐怀斌．工业控制的进展与趋势 [Ｊ]．自动化与仪器仪表，1996
4.王俊普．智能控制[M]． 合肥：中国科学技术大学出版社，1996
5.吕汀 石红梅．变频技术原理及应用[M]． 北京：机械工业出版社，2007.7
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。