CN111273718A - 一种提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，属于蓄电池极板固化室温湿度自动控制领域。该方法包括如下步骤：首先在触摸屏内预存i组常用工艺数据，并选取一组数据作为当前运行工艺参数；然后进入自动控制模式，控制系统CPU按照设定的温湿度智能控制策略，自动调入温湿度控制程序，按照各工艺区段预定的时间依次完成固化、干燥工序；最后在不同工艺区段，待系统稳定后，通过上位机对当前工况PID参数进行自整定，并把整定后的最优参数自动存入CPU内存中。该方法提升了控制系统在参数或状态变化时对运行工况的适应能力，具有温湿度控制精度高，系统响应快、超调小、节约能源等优点。

Description

一种提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法
技术领域
本发明主要涉及到蓄电池极板固化室温湿度自动控制领域，特指一种提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法。
背景技术
在铅酸蓄电池制造过程中，生极板固化、干燥是一个非常重要的工序，它关系到铅酸蓄电池的容量大小和寿命长短。在整个固化过程中，固化室内温度、相对湿度等工艺参数的精确控制，直接影响着铅膏的物理化学反应，从而对极板质量及理化性能指标的一致性将产生重要影响，进而影响组装后蓄电池整体质量。目前国内外蓄电池固化室温湿度已实现了计算机控制，其控制方法多采用比较法，即用给定值与温湿度传感器实测值相比较，当实测值高于给定值时停止加热、加湿，低于给定值时起动加热、加湿装置；也有企业在温度控制中应用了PID控制器，但PID参数多凭技术人员经验设定。这些控制方法简单，便于实现，存在的主要问题是：在固化、干燥的不同阶段，系统对运行工况的适应性差，温湿度控制超调严重、精度不高。由于固化室内环境是一个非线性并具有滞后特点的复杂系统，采用现有控制方法在参数或状态变化时易产生较大误差，控制效果并不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对现有蓄电池极板固化室温湿度控制系统对运行工况适应性差、在参数或状态变化时被控量温湿度易超调严重、误差较大、从而影响极板质量的不足，本发明提供了一种运用智能控制策略，能够在极板固化过程不同工艺阶段对PID参数进行自整定，并自动调入优化整定后的参数，提高固化室内复杂工况下温湿度控制精确的方法，保证了极板固化阶段理化性能指标的一致性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：在触摸屏内预存i组常用工艺数据，并选取一组数据作为当前运行工艺参数。所述i组常用工艺数据以Pi组号表示，其中i总共不少于20组；每个Pi组号内又分成N个不同工艺区段，其中N为自1开始递增的自然数；每个工艺区段内的当前工艺参数包括如下参数设定值：温度、湿度、时间、固化/干燥、风机速度，温度增益、温度积分时间、温度微分时间、湿度增益、湿度积分时间、湿度微分时间，水雾加湿器开闭阈值、排湿风门开闭阈值、降温风门开闭阈值。
S2：进入自动控制模式后，控制系统CPU读取当前工艺区段设定的参数，根据输入模块采集的固化室温湿度传感器反馈的当前值，按照设定的温湿度智能控制策略，自动调入温湿度控制程序，按照各工艺区段预定的时间依次完成固化、干燥工序。所述温湿度智能控制策略，包括如下流程：
a.对于温度控制，正常情况下由温度PID调节器控制SSR智能控制器，通过调节固态SSR加热电流实现固化室内温度精确控制；当室内实际温度值高于设定值或从高温工艺段进入中低温工艺段时，CPU对温度偏差et与设定的降温风门开闭阈值e3进行比较，当et≤e3时则打开降温风门降温。
b.对于湿度控制，若当前工艺段湿度设定值≥80%，则采用喷水雾和蒸汽加湿相结合的方式，CPU对湿度偏差eh与设定的水雾加湿器开闭阈值e1进行比较，当eh≥e1时则打开水雾加湿器，蒸汽加湿则由湿度PID调节器控制电动比例阀，通过调节进入固化室内蒸汽流量实现湿度精确控制；若当前工艺段湿度设定值＜80%，则采用喷水雾加湿方式，当eh＞0时则打开水雾加湿器；当室内实际湿度值高于设定值或从高湿工艺段进入中低湿工艺段时，CPU对eh与设定的排湿风门开闭阈值e2进行比较，当eh≤e2时则打开排湿风门、开启排湿风机降低湿度。
S3：在不同工艺区段，待系统稳定后，通过上位机对当前工况PID参数进行自整定，并把整定后的最优参数自动存入控制系统CPU内存中。所述对当前工况PID参数自整定，由上位机预装编程软件的PID调节控制面板实现，并将推荐的整定值应用到实际控制中。
进一步的，PID参数自整定时，先整定温度PID回路，待温度值稳定后再整定湿度PID回路。
进一步的，通过如下方式提高蓄电池极板固化室内温度控制精度：由热电阻A/D模块采集温度传感器实时数据并上传给CPU，CPU根据给定工艺参数与温度传感器反馈值自动选择调用降温风门开闭程序和温度PID控制程序，通过继电器、电磁阀控制降温风门开闭，通过D/A模块和SSR智能控制器调节固态SSR电加热器电流，，从而实现固化室内温度的精确控制。
进一步的，通过如下方式提高蓄电池极板固化室内湿度控制精度：采用干湿球法测量相对湿度，由热电阻A/D模块采集湿度传感器实时数据并上传给CPU，CPU根据给定工艺参数与湿度传感器反馈值自动选择调用喷水雾加湿程序、蒸汽加湿PID控制程序和排湿程序，通过继电器和电磁阀控制喷水雾加湿器和排湿风门开闭，通过继电器和接触器控制排湿风机运行与停止，通过D/A模块、比例阀控制蒸汽加湿器流量，从而实现固化室内湿度的精确控制。
进一步的，通过如下方式提高蓄电池极板固化室内温湿度的均匀一致性：按照给定工艺参数要求，由CPU 和D/A模块通过变频器控制循环风机转速。
本发明的有益效果为：在控制方法中应用了智能控制策略，针对固化、干燥不同阶段湿度值要求不同，能够根据工艺流程设定参数的变化做出快速响应，自动选择加湿方式，即实现了湿度设定值较高时的快速加湿，又保证了其控制精度；通过对蓄电池极板固化过程中不同工艺阶段PID参数进行自整定，并将推荐的整定值应用到后续工况类似的工艺中，提升了控制系统在参数或状态变化时对运行工况的适应能力，该方法具有温湿度控制精度高，系统响应快、超调小、节约能源等优点，满足了对极板质量及理化性能指标的一致性要求，在实际生产中已取得了良好效果。
附图说明
图1为提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法流程示意图。
图2为蓄电池极板固化室电气控制系统结构示意图。
图3为蓄电池极板固化室温湿度智能控制策略示意图。。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
蓄电池极板固化工艺一般采取分阶段固化的方式，根据极板固化中PbO氧化的基本情况，把固化分为若干个阶段：第一个阶段控制在15h以内，这阶段中PbO大量氧化，前段用低温度、高湿度固化，后段用高温度、高湿度固化；第二阶段为8～10h，直接用中温固化，适当降低相对湿度；第三阶段为10—15h，用中温固化，适当再降低相对湿度；第四阶段为24—30h，为干燥阶段，相对湿度保持较低。由于四个阶段温湿度设定值不同，尤其是湿度设定值变化较大，不同阶段固化室内工况也会有较大变化，对于温湿度控制，若采用比较法或仅凭技术人员经验采用预先设定比例增益、积分时间、微分时间参数的PID调节器，其控制效果并不理想。为了提高复杂工况下温湿度控制精度，本实施例公开了一种提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
S1：在触摸屏内预存i组常用工艺数据，并选取一组数据作为当前运行工艺参数。首先，利用工控嵌入版组态软件的配方功能组态i个配方组，每个配方组以Pi组号表示，其中i总共不少于20组；每个Pi组号内又分成N个不同工艺区段，其中N为自1开始递增的自然数，每个区段内的当前工艺参数包括如下参数设定值：温度、湿度、时间、固化/干燥、风机速度，温度增益、温度积分时间、温度微分时间、湿度增益、湿度积分时间、湿度微分时间，水雾加湿器开闭阈值、排湿风门开闭阈值、降温风门开闭阈值。然后，将编辑好的配方工程下载至触摸屏，再将触摸屏与PLC设备建立通信连接。
S2：进入自动控制模式后，控制系统CPU读取当前工艺区段设定的参数，根据输入模块采集的固化室温湿度传感器反馈的当前值，按照设定的温湿度智能控制策略，自动调入温湿度控制程序，按照各工艺区段预定的时间依次完成固化、干燥工序。
具体的，为了实现上述步骤S2，首先，应构建固化室电气控制系统，如图2所示为其电气控制系统结构示意图。本实施例PLC控制器选用S7-200 SMART CPU SR30，另扩展一个热电阻输入模块EM AR02和一个模拟量输出模块EM AQ04，触摸屏与CPU SR30以RS485通信方式连接。系统采用干湿球法测量温度和相对湿度，干湿球温湿度传感器选用Pt100 3线RTD，与电阻输入模块EM AR02连接。CPU SR30的数字输入量有蒸汽和雾化水压力继电器、降温风门和排湿门位置检测开关、变频器运行与故障信号、排湿风机故障信号。CPU SR30的数字输出量通过继电器控制负载，输出负载有水雾加湿电磁阀、降温风门阀和排湿阀、排湿风机、循环风机；模拟量输出模块EM AQ04应用了3路模拟量输出，均设定为0-20mA电流方式，具体连接设备为蒸汽加湿电动比例阀、SSR智能控制器和变频器。其中，SSR智能控制器采用周波过零式驱动固态SSR模块，调控电加热器电流；变频器直接驱动循环风机，按照输入端子输入电流大小控制循环风机转速。
其次，创建固化室温湿度智能控制策略，如图3所示为其温湿度智能控制策略示意图，其中，温度偏差et=温度设定值-温度测量值,湿度偏差eh=湿度设定值-湿度测量值，包括如下控制流程：
a.对于温度控制，正常情况下由温度PID调节器控制SSR智能控制器，通过调节固态SSR加热电流实现固化室内温度精确控制；当室内实际温度值高于设定值或从高温工艺段进入中低温工艺段时，CPU SR30对温度偏差et与设定的降温风门开闭阈值e3进行比较，当et≤e3时则打开降温风门降温。
b.对于湿度控制，若当前工艺段湿度设定值≥80%，则采用喷水雾和蒸汽加湿相结合的方式，CPU SR30对湿度偏差eh与设定的水雾加湿器开闭阈值e1进行比较，当eh≥e1时则打开水雾加湿器，蒸汽加湿则由湿度PID调节器控制电动比例阀，通过调节进入固化室内蒸汽流量实现湿度精确控制；若当前工艺段湿度设定值＜80%，则采用喷水雾加湿方式，当eh＞0时则打开水雾加湿器；当室内实际湿度值高于设定值或从高湿工艺段进入中低湿工艺段时，CPU SR30对eh与设定的排湿风门开闭阈值e2进行比较，当eh≤e2时则打开排湿风门、开启排湿风机降低湿度。
进一步的，CPU SR30执行用户控制程序，通过模拟量输出模块EM AQ04输出0-20mA电流，作为变频器频率给定输入量，控制循环风机转速，从而提高了蓄电池极板固化室内上下空间温湿度的均匀一致性。
S3：在不同工艺区段，待系统稳定后，通过上位机对当前工况PID参数进行自整定，并把整定后的最优参数自动存入控制系统CPU内存中。
具体的，为了实现上述步骤S3，首先，在图2上位机中预装相应PLC的编程软件，并通过网线与CPU SR30建立以太网通信连接；其次，按照工艺区段先后顺序，待系统温湿度达到设定值并稳定后，在编程软件中打开PID整定控制面板，选择待整定当前PID回路，设定好采样率和动态响应类型，点击“启动”按钮，启动自整定序列，观察控制面板图形显示区中PV、SP和输出值相对于时间的函数曲线，待曲线振荡一个半周期稳定后，点击“更新 CPU”按钮，将所显示的“增益”、“积分时间”和“微分时间”值传送到被监视的 PID 回路指定的存储器中。再次，在每一工艺区段内，先整定温度PID回路，待温度值稳定后再整定湿度PID回路。所有工艺区段PID参数整定完毕后，即可撤除上位机连接，只要后续工况没有较大变化，均可调用已整定保存的参数。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：在触摸屏内预存i组常用工艺数据，并选取一组数据作为当前运行工艺参数；
S2：进入自动控制模式后，控制系统CPU读取当前工艺区段设定的参数，根据输入模块采集的固化室温湿度传感器反馈的当前值，按照设定的温湿度智能控制策略，自动调入温湿度控制程序，按照各工艺区段预定的时间依次完成固化、干燥工序；
S3：在不同工艺区段，待系统稳定后，通过上位机对当前工况PID参数进行自整定，并把整定后的最优参数自动存入控制系统CPU内存中。
2.根据权利要求1所述的提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于：所述i组常用工艺数据以Pi组号表示，其中i总共不少于20组；每个Pi组号内又分成N个不同工艺区段，其中N为自1开始递增的自然数；每个工艺区段内的当前工艺参数包括如下参数设定值：温度、湿度、时间、固化/干燥、风机速度，温度增益、温度积分时间、温度微分时间、湿度增益、湿度积分时间、湿度微分时间，水雾加湿器开闭阈值、排湿风门开闭阈值、降温风门开闭阈值。
3.根据权利要求1所述的提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于：所述温湿度智能控制策略，包括如下流程：
a.对于温度控制，正常情况下由温度PID调节器控制SSR智能控制器，通过调节固态SSR加热电流实现固化室内温度精确控制；当室内实际温度值高于设定值或从高温工艺段进入中低温工艺段时，CPU对温度偏差et与设定的降温风门开闭阈值e3进行比较，当et≤e3时则打开降温风门降温；
b.对于湿度控制，若当前工艺段湿度设定值≥80%，则采用喷水雾和蒸汽加湿相结合的方式，CPU对湿度偏差eh与设定的水雾加湿器开闭阈值e1进行比较，当eh≥e1时则打开水雾加湿器，蒸汽加湿则由湿度PID调节器控制电动比例阀，通过调节进入固化室内蒸汽流量实现湿度精确控制；若当前工艺段湿度设定值＜80%，则采用喷水雾加湿方式，当eh＞0时则打开水雾加湿器；当室内实际湿度值高于设定值或从高湿工艺段进入中低湿工艺段时，CPU对eh与设定的排湿风门开闭阈值e2进行比较，当eh≤e2时则打开排湿风门、开启排湿风机降低湿度。
4.根据权利要求1所述的提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于：所述对当前工况PID参数自整定，由上位机预装编程软件的PID调节控制面板实现，并将推荐的整定值应用到实际控制中。
5.根据权利要求4所述的提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于：PID参数自整定时，先整定温度PID回路，待温度值稳定后再整定湿度PID回路。
6.根据权利要求1和3所述的提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于：由热电阻A/D模块采集温度传感器实时数据并上传给CPU，CPU根据给定工艺参数与温度传感器反馈值自动选择调用降温风门开闭程序和温度PID控制程序，通过继电器、电磁阀控制降温风门开闭，通过D/A模块和SSR智能控制器调节固态SSR电加热器电流，实现固化室内温度的精确控制。
7.根据权利要求1和3所述的提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于：采用干湿球法测量相对湿度，由热电阻A/D模块采集湿度传感器实时数据并上传给CPU，CPU根据给定工艺参数与湿度传感器反馈值自动选择调用喷水雾加湿程序、蒸汽加湿PID控制程序和排湿程序，通过继电器和电磁阀控制喷水雾加湿器和排湿风门开闭，通过继电器和接触器控制排湿风机运行与停止，通过D/A模块、比例阀控制蒸汽加湿器流量来实现固化室内湿度的精确控制。
8.根据权利要求1所述的提高蓄电池极板固化室温湿度控制精度的方法，其特征在于：按照给定工艺参数要求，由CPU 和D/A模块通过变频器控制循环风机转速，实现蓄电池极板固化室内上下部空间温湿度的均匀一致。
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