蓄电池固化工艺监测系统的设计与实现＊

廖雪超 阮 航

（1.武汉科技大学计算机科学与技术学院 武汉 430065）（2.武汉钢铁股份有限公司设备管理部 武汉 430080）

1 引言

铅酸蓄电池生产工艺中，其极板制作需经历固化工艺［1］。固化过程的好坏直接影响蓄电池的初期性能、使用寿命，是铅酸蓄电池制造工艺过程的核心之一［2］。而极板固化过程是一个比较复杂的过程，既有物理变化也有化学变化，要达到的效果有板删腐蚀层的形成、游离铅的转化、碱式硫酸仟再结晶［3］。

固化过程按顺序大体可分为三个阶段［4］：1）第一阶段，使板删形成腐蚀层，促使铅膏与板删有强的附着力，使铅膏中的3BS与4BS生成合适的比例［5］；2）第二阶段，主要完成铅膏中的游离铅转化为氧化铅，同时板栅也进一步氧化腐蚀；3）第三阶段，为干燥阶段，主要完成铅膏的硬化脱水、碱式硫酸铅再结晶、多孔电极的形成，前阶段脱水形成大孔，后阶段继续脱水形成微孔［6］。而在固化的三个阶段中，固化室的温度、湿度和时间的控制非常重要［7］。

2 系统硬件设计

根据厂方需求，本系统需在固化工艺的四个子车间现场分布九套监测子系统，来实时采集工艺数据（主要包括：固化时间、固化湿度、固化温度、极板中心温度、铅膏水分、极板中游离铅含量［8］等）。据此，本系统主要包括以下部分：

· 数据采集子系统（9套）：AP1～AP11，实时采集现场工艺数据；

· 触摸屏（4台）：TP1～TP4，将多台数据采集子系统中的数据进行汇总，监控；

· 上位机（1台）：实时采集触摸屏的生产数据，并对主要工艺过程进行监控；

· 数据库服务器（1台）；为客户端提供实时数据、报警数据和历史数据等；

· Web服务器（1台）；对上位机上组态的工艺画面进行WEB发布；

· Web客户端（若干）；用户在 Web客户端上，可通过IE浏览器查询、统计历史数据，并以图表的形式进行显示。

图1 监测系统结构图

1）触摸屏

四个车间各配置触摸屏一台，主要完成如下功能：

· 通过RS485串口通信方式，将多台数据采集器电路板发送过来的工艺数据进行实时采集，并短期保存（约1周）在内置存储卡内；

· 实时显示当前子系统的工艺数据；

·为操作人员提供现场操作及监测工艺界面；

·采用以太网方式，将工艺数据发送至WEB数据服务器；

2）上位机

上位机上安装PRO－SEVER EX组态软件，主要完成如下功能：

· 通过局域网，数据服务器与触摸屏进行通讯；

· 提供基础监控画面，监控生产任务的工作情况；

· 通过局域网，数据服务器器将数据写入到远程数据库中；

3）数据库服务器

数据库服务器的主要功能是将数据服务器发送过来的数据，按照格式要求写入到数据库中，供用户进行历史查询和统计。数据服务器内包括：IO服务器、冗余服务器、报警服务器、登录服务器以及历史数据服务器；

4）Web服务器

Web服务器将从数据库服务器中获取数据，为Web客户端提供监控、查询和统计页面。

5）Web客户端

局域网中的任意一台计算机都可以下载客户端工程，这些计算机被定义为IE浏览客户端，用户可以在客户端上浏览工程中定义的画面，如果画面中引用了Web服务器中的变量，那么客户端就会从Web服务器上读取变量并实时更新画面；

6）数据采集器

数据采集器：采集变送器的标准电流／电压信号（采集周期为1分钟），并进行A／D转换，转换为数字量后暂存至片内ROM，并作为RS485串口通信子站，将数据发送至触摸屏。

图2 监测子系统内部结构图

3 系统软件实现

3.1 系统监控主界面

系统工艺画面可以查看每个仓的生产步骤，包括：每个仓当前批次的开始时间；每个仓当前工作的程序号；每个仓当前的工作温度和湿度；每个仓所运行的段号。此外，系统工艺画面的实时曲线还可以查看每个仓的实时曲线，包括每个仓的湿度和温度实时曲线。为了方便用户查看，系统工艺监控画面采用以下几种措施：

·不同仓采用不同的颜色用以区分；

· 批次（月／日）或批次（时／分）如果为空，则表示当前固化仓未生产；

· 方格如果为绿色代表该段已经完成，如果闪烁则表示正在进行该段的生产；

3.2 各固化室实时数据监控子画面

实时数据监控画面可以查看每个仓的工作详细信息：

·单独显示每个仓温度和湿度的实时曲线

· 显示每段的完成时间

· 显示当前批次的运行时间

· 显示当前段的运行时间

用户可以通过选择不同的仓号，查看每个仓的工作状态

图3 系统监控主界面

图4 1＃固化室监控子画面

3.3 曲线比对监控画面

曲线比对监控画面可以以曲线的形式显示历史曲线。为了方便用户对不同的仓、不同的时间段的生产数据进行比对，本系统设置了两套时间段选择控件，并以左右的形式进行了布局。通过点击文本框中的文字，曲线将被加粗显示，用以标示该曲线。

图5 曲线对比监控画面

4 结语

表1 1＃固化室极板固化过程各参数变化

固化是铅蓄电池生极板制造工艺的核心环节，除了要尽量创造满足固化的条件外，还需结合电池的用途、固化作用机理以及需要达到的效果制定合理的固化工艺，同时需关注生极板制作和固化过程的关键工艺参数（温度和湿度）［9］。电池的一致性指标与固化室内各处的参数的一致性关系密切。如表1所示，通过本系统，生产人员可对固化过程进行实时跟踪监测，进而对固化每个阶段的作用机理和变化规律有了更全面的认识［10］。同时，系统可将多批历史数据进行分析统计，得出最优工艺控制曲线，进而对固化过程的工艺参数控制进行指导。

［1］王有山，孙丽娜.极板固化工艺与控制［J］.电池技术，2008（4）：31－33.

［2］吴林.极板固化设备原理与固化条件对极板质量的影响［J］.蓄电池，2002（2）：76－78.

［3］唐征，毛贤仙，王瑜.阀控铅酸蓄电池生极板的高温固化［J］.电源技术，2003（6）：539－544.

［4］阎新华，史鹏飞.铅酸蓄电池固化条件的研究［J］.蓄电池，2003（3）：104－109.

［5］王有山，孙力生，王有林.极板固化条件对电池一致性的影响［J］.蓄电池，2008（1）：21－23.

［6］朱松然.蓄电池手册［M］.天津：天津大学出版社，2000.

［7］谭建国，毛贤仙，刘建同.阀控式铅蓄电池的快速固化工艺的应用［J］.蓄电池，2009（2）：84－86，92.

［8］李昌镞.生极板的固化控制与机理分析［J］.蓄电池，2002（4）：170－173.

［9］尹晓波.铅酸蓄电池制造与过程控制［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［10］孙成.铅酸蓄电池用高性能正极板［J］.电池工业，2002，7（6）：312－324.