详细介绍了加酸壶清洗机自动控制系统的设计思路，方法及实施方案

加酸壶清洗机自动控制系统的设计

清洗机制作背景

在铅酸蓄电池行业中，阀控密闭电池普遍采用加胶体电解液后内化成的生产工艺。胶体电解液一般由气相二氧化硅与稀硫酸配制而成，具有一定的粘度。在电池加酸工序中，加酸机上的加酸壶内壁会粘附胶体，造成加酸壶内部容积变小，从而导致电池加酸量发生变化，影响电池的性能。因此，使用一段时间后，必须对加酸壶内部进行清洗，去除粘附的胶体。但由于加酸壶为密闭式，只有进酸口、出酸口，清洗难度较大，且无法清洗干净。

针对上述情况，我们设计制作了自动清洗机，用专用清洗液对加酸壶进行清洗。

一、设备组成

清洗机由清洗循环系统、水箱组件、机头组件、定位组件、控制系统组成。如图1、图2所示。

1-清洗循环系统，2-清洗液箱组件，3-加酸壶，4-定位组件，5-机头组件，6-控制系统。

参见附图F1-1，F1-2。

F1-1加酸壶自动清洗机·图1                  F1-2 加酸壶自动清洗机·图2

二、清洗机动作要求

2.1 自动循环过程

手工放好酸壶——按下定位按钮——定位气缸推出——手工定位完毕——按循环启动按钮——定位气缸退回——压紧气缸向下，压紧酸壶——时间控制，时间到——压缩空气通入，吹加酸壶——压缩空气通入时间到——压缩空气电磁阀关闭——清洗水路打开，冲洗酸壶——时间到，清洗水路关闭——压缩空气通入，吹加酸壶——通气时间到，压缩空气关闭——清洗水路打开……。

——如此反复，持续3个循环后---压缩空气通入，吹加酸壶——时间到，压缩空气关闭，吹酸壶完毕——压紧气缸退回原位——自动停止，手动取出加酸壶。一个循环结束。

开始下一个自动循环过程……。

2.2  手动操作：要求自动循环过程中的每一步要求能够实现手动操作，调整。

2.2.1  酸壶定位气缸推出/退回（向前/向后）；

2.2.2  酸壶主气缸推出/退回（向下/向上）；

2.2.3  压缩空气电磁阀打开/关闭；

2.2.4  清洗液水电磁阀打开/关闭；

2.2.5  水泵打开/关闭。

2.3  急停控制：遇到紧急情况时，停止所有动作。

三、 PLC的选择及输入/输出点的地址分配及接线

根据工艺动作要求，对所有的开关，按钮，电磁阀等动作进行计算，并对PLC 输入/输出点优化，控

制系统核心选用西门子PLC S7-200 CPU 224XP CN AC/DC/RLY。

3.1西门子PLC S7-200 CPU 224XP CN AC/DC/RLY输入/输出地址分配表

输入点	名称	输入点	名称	输出点	名称	输出点	名称
I0.0	酸壶定位按钮（手动时定位气缸推出）	I1.0	急停按钮	Q0.0	定位气缸推出控制电磁阀	Q1.0	自动状态指示灯
I0.1	酸壶定位气缸后位感应器	I1.1	主气缸向下控制按钮	Q0.1	定位气缸退回控制电磁阀	Q1.1	手动状态指示灯
I0.2	酸壶定位气缸前位感应器	I1.2	主气缸向上控制按钮	Q0.2	主气缸向下控制电磁阀
I0.3	主气缸上位感应器	I1.3	压缩空气控制按钮	Q0.3	主气缸向上控制电磁阀
I0.4	主气缸下位感应器	I1.4	清洗液电磁阀控制按钮	Q0.4	压缩空气控制电磁阀
I0.5	自动时循环起动按钮（手动方式时定位气缸退后）	I1.5	水泵控制按钮	Q0.5	清洗液控制电磁阀
I0.6	旋钮自动位置			Q0.6	水泵电磁阀
I0.7	旋钮手动位置			Q0.7	备用

 

3.2  PLC外部接线图（见附图F2）

附图F2  PLC外部接线图

四、顺序控制程序的设计

4.1  编写循序控制流程图（见附图F4）：

根据清洗机动作要求，用顺序控制程序编写控制程序，首先画出顺序功能图，见附图F4。

顺序功能图又叫状态流程图或者状态转移图，顺序功能图编程语言是基于工艺流程的高级语言。它是用图形符号和文字表达相结合的方法，包含电气、液压、气动和机械控制系统或系统某些部分的控制过程、功能和特性的一种通用语言,

在功能表图中，把一个过程循环分解称若干个清晰的连续阶段，称之为“步” ，步与步之间由“转换”分隔。当两步之间的转换条件满足，并实现转换，上一步的活动结束，而下一步的活动开始。一个过程循环分的步越多，对过程的描述就越准确。

4.2  PLC 控制程序的编写

4.2.1主程序(OB)编程要点：

4.2.1.1  主程序（OB）编制时包括调用 2 个子程序，即自动循环控制子程序（子程序1）和手动方式调试子程序（子程序2）；

4.2.1.2  用一个三位钮子开关，可以分别旋至自动位置(I0.6=1)，空位置，手动位置(I0.7=1);分别接通：调用自动循环子程序1(SBR-1)，调用手动控制程序子程序2(SBR-2)，放在空位置上时程序没动作；

4.2.1.3  主程序包括紧急情况急停按钮控制程序，急停按钮将PLC的输出线圈点，压缩空气，冲水，水泵起动(Q0.4,Q0.5,Q0.6)立即复位(RI)，(Q0.4,Q0.5,Q0.6=0)禁止输出；

4.3自动循环控制程序编写难点：

4.3.1  循环次数计数器（C10）开始计数:由于自动循环中压缩空气和冲洗加酸壶都是靠时间继电器控制的，因此循环次数计数器开始技术必须以时间继电器的接通脉冲上升沿（P）控制，T101触发一次，计数一次；

4.3.2  循环次数计数器（C10）结束计数：由于工艺要求循环结束时，最后一次是压缩空气冲加酸壶，这就意味着压缩空气比冲洗加酸壶多了1次，因此在计数器（C10）计数次数达到设定值时，计数器（C10）动作的同时，必须禁止冲洗洗加酸壶动作，所以要将计数器（C10）的常闭触点串入液路和水泵（Q0.5，Q0.6）控制；

4.3.3  主气缸退回上位（Q0.3）：工艺要求的循环次数到，循环次数计数器（C10）接通，C10常开触点接通Q0.3,压紧气缸退回上位后，感应开关I0.3接通，退回停止；

4.3.4 循环次数计数器（C10）复位控制：在循环结束时，循环次数计数器（C10）处于接通状态，因此采用下次酸壶定位按钮按下（I0.0）来复位循环次数计数器（C10），使其清零。

4.3.5 再次循环开始条件：第一次循环结束，酸壶主气缸回到上位（I0.3通）后，要将退回动作（Q0.3）复位，同时为下一次循环条件置位，以便开始下一个循环；

4.3.6  避免再次循环开始时的误动作：由于上次循环中，压缩空气通入后，冲洗动作没有进行，但是冲洗动作转换条件已经接通，再次循环开始后，一旦条件具备，会造成有些误动作，因此必须在程序中编入必要的置位和复位，以保证再次循环的正确动作。

4.3.7  加酸壶定位气缸前进/后退，加酸壶主气缸夹紧/松开依靠各自气缸前/后位感应开关，到位后要停止相关的动作。

4.3.8 紧急情况的停止：在自动循环时，一旦发生紧急情况，如加酸壶漏水，管道破裂等，需要紧急停止当前正在进行的动作，由于自动循环控制程序是顺序控制程序，可以将三位旋钮旋至空位置不能关断正在进行的动作，必须旋至手动位置，为了可靠操作，考虑到员工的工作习惯，也可以采用双重保险，因此又增加了急停按钮。

4.3.9 自动循环程序是顺序控制程序，急停按钮需要控制步与步之间转换条件，比较麻烦，因此将急停按钮直接控制压缩空气，冲洗水路电磁阀及水泵，在主程序中将输出线圈直接复位。

4.3.10 由于自动循环控制程序是顺序控制程序，当临时故障处理完毕后可以继续接着进行以前没有进行完毕的步骤，因此将急停安装释放后，可以接着进行原来的步骤进行。 

五、效果验证

加酸壶清洗机采用自动控制系统，由于用清洗液清洗时间和压缩空气冲洗时间及冲洗次数可调，修改方便，动作准确，每分钟可以同时清洗4至加酸壶，大大提高了清洗效率，降低了劳动强度，提高了人效，效果良好。