Разработка системы автоматизации на базе ПО «Круг» и программируемых микроконтроллеров производства аккумуляторов

 

К возможным причинам аварийных и предаварийных ситуаций и других серьезных нарушений технологического регламента можно отнести:

     -нарушение работы установки фильтрации свинцовой пыли, мешочного фильтра или насоса выкачки отфильтрованного воздуха. К возможным последствиям этой ситуации можно отнести утечка токсичной свинцовой пыли, перегрузка исполнительных механизмов, приводов барабанной мельницы. К мерам по предотвращению этих не штатных ситуации снабжение датчиком расхода отфильтрованного газа. Снижение расхода может служит знаком о переполнении фильтра или его выходом из строя.

     - утечки серной кислоты и электролита. Утечки могут произойти из трубопроводов, насосов, сальников и емкостей, что однозначно приведет к коррозии и порче аппаратов, конструкции, проводок и возможные химические ожоги персонала. Для  предотвращения этих не штатных ситуации емкости с серной кислотой снабжены датчиками веса.

     - накопление утечка водорода на участках формирования пластин и пайки выводов. Как следствие образование гремучей смеси. К возможным мерам по предотвращению взрыва вентиляция рабочих мест и контроль за емкостями и проводками.

 

     1.3.1 Изготовление паст

 

     Для приготовления паст применяют свинцовый порошок, серную кислоту плотностью от 1,07 до 1,4 г/см3 и воду. При приготовлении паст для отрицательных электродов, кроме того, применяются добавки-расширители и ингибиторы. Для укрепления паст и активных масс применяют добавки химически стойких полимерных волокон, порошков или водных суспензий.

     Вода, применяемая  в аккумуляторной промышленности  должна быть чистой и не  содержать взвешенных частиц. Должна быть предусмотрена её фильтрация и очисти, Применяется также конденсат пара от ТЭЦ. Прокаленного остатка должно быть не более 200 мг в литре воды. Особенно необходимо контролировать содержание железа, не допуская его - 7 мг/л. Для очистки воды от примесей растворенных в них солей NaCl. СаСОз и др. используются аппараты с ионообменными смолами. Многие органические вещества в дисперсном состоянии обладают свойством (будучи сами нерастворимыми в воде) поглощать на своей поверхности в большом количестве растворимые соли, очищая от них воду. Они легко регенерируются (восстанавливают свою способность к поглощению) обработкой растворами кислот и щелочей, которые удаляют поглощенные примеси.

 

     1.3.2 Намазка пластин

 

     Внесение  пасты в решетку - пастирование, или  намазка, производится  на специальных намазочных машинах большой производительности. В отечественной (СНГ) промышленности применяются два основных типа намазочных машин, отличающихся друг от друга конструкцией. Первая из этих машин называется шпательной. а вторая ленточной.

   Принцип работы шпательной машины. Решетки, предназначенные для намазки, продвигаются под бункером намазочного приспособления с помощью бесконечной цепи, скользящей по направляющим.

     Решетки,  уложенные специальным автоматическим  укладчиком, боковыми кромками на  цепь, проходят между краем горловины бункера (пятачком) и стальной гладкой плитой стола За время прохождения под пятачком бункера намазки решетка заполняется пастой нагнетаемой лопастями винта вмазывателя. Паста в бункер подается из смесителя непрерывного действия.

     Намазанная  пастой решетка при дальнейшем  движении протаскивается между несколькими парами стальных пружинных шпателей, скошенных под углом вдоль движения пластин. Применение шпателей обеспечивает хорошее заполнение решетки и сглаживает поверхность в пластине равномерно с двух сторон, Излишняя паста, снятая шпателями с поверхности пластин, падает в сборочный лоток и возвращается обратно в бункер. Для надежного продвижения решеток их кромки, лежащие на цепях прижимаются роликами, расположенными на расстоянии, обеспечивающем непрерывное прижимание пластин к цепи на всем рабочем продвижении их вдоль машины. После прохождения последней пары шпателей цепь возвращается, а намазанная пластина падает на бесконечную ленту прокатной машины, движущейся в перпендикулярном направлении.

 

     1.3.3 Сушка свеженамазанных пластин

 

     Высушивание  почти всех пористых материалов  приводит к усадке - уменьшению  объема материала. Удаление влаги  микропор материала приводит  к сближению частичек материала  друг к другу, уменьшению пор п сокращению объема самого материала, т.е. к его усадке,

     Быстрая  сушка пластин при конвейерном  способе производства способствует  появлению растрескивания пасты  в пластинах. Поэтому применяются  меры для предупреждения этого  брака. Известны три способа предотвращения пластин от растрескивания:

- выдержка пластин  без высушивания при цеховой  температуре в течение 2-х - 3-х суток, а затем сушка при любых условиях;

- кратковременная обработка  пластин сразу после намазки  в растворах углекислых солей,  серной кислоты или её солей. После такой обработки пластины также могут сушиться при любых условиях;

- очень медленная сушка,  продолжающаяся сутки и более.

     Первый  способ выдерживания сырых пластин  во времени без выслушивания  пасты заключается в том, что в ней создается жёсткая структура, усадки пасты при сушке не происходит или она уменьшается, а следовательно, устраняется или снижается степень растрескивания пасты в пластине.

     Выдерживание  пластин без сушки пасты производят  в плотно закрывающихся камерах или на каркасах, на которых пластины плотно завешивают и закутывают влажными полотнами. В этих условиях испарения влаги из пластин почти не происходит. Этот способ применяется крайне редко. Он требует больших производственных площадей и много оборудования, малопроизводителен и затрудняет создание непрерывного производственного потока.

     Второй  способ - предварительная перед сушкой  обработка свеженамазанных пластин  в растворах, углекислого аммония,  углекислого натрия или серной  кислоты - в настоящее время применяется в связи с ускорением и конвейеризацией процесса сушки свеженамазанных пластан. На заводах СНГ нашла широкое практическое применение обработка свеженамазанных пластин из свинцового порошка в растворе углекислого аммония.

     Для такой  обработки используют растворы углекислого аммония с плотностью в пределах 1.03 - 1,06 г/см3. Продолжительность обработки - от нескольких секунд до 2-3 минут.

     На поверхности  пасты в пластинах образуется  тончайший слой углекислого свинца (10-30 мкм), Получается он в результате реакции между углекислым аммонием и окисью свинца. находящийся в пасте:

 

     РЬО + (NH4)2 СО3 + PbCO3+NH3+H2O

 

     Образующийся  при реакции аммиак NH3 удаляется  из пасты в виде газа. Исследования  показали, что водная паста, приготовленная из углекислого свинца, при сушке практически усадки не дает и растрескиванию не подвергается.

 

      1.3.4 Формирование пластин

 

    Формировкой аккумуляторных пластин называется процесс образования на них электрохимический активных масс. Процесс формирования намазанных пластин завершается образованием двуокиси свинца на положительных пластинах и губчатого свинца на отрицательных. Для этого пластины, подлежащие формированию, погружают в ванны с электролитом, состоящим из раствора серной кислоты (H2SO4) плотностью 1,07-1,15 г/см3. Положительные пластины присоединяют к положительному полюсу источника постоянного тока, а отрицательные - к отрицательному.

     Процесс  формирования ведется при определённой  плотности тока, температуре и  концентрации электролита и в течение определённого времени. Совокупность этих данных составляет режим формирования. Качество аккумуляторов во многом зависит от соблюдения режима формирования пластин, поэтому принятые в производство режимы формирования должны точно соблюдаться.

     Как известно, подлежащие формированию намазанные  пластины состоят из окислов свинца, сульфатов свинца и некоторого количества металлического свинца. При Погружении  пластин в формировочный электролит количество сульфата в пластинах растёт вследствие химического воздействия кислоты на окись свинца, которое может быть выражено уравнением:

 

     РЬО + H2SO4 ->  PbSO4 + Н2О

 

     Таким образом,  к моменту включения формировочного  тока в пластинах обоих электродов содержится довольно большое количество сульфата свинца. Последний по мере формирования переходит в губчатый свинец  на отрицательном электроде и двуокись свинца на положительном электроде.

     Электродные  процессы при формировании пластин  могут быть выражены следующими  электрохимическими уравнениями, на отрицательном электроде:

 

     PbSO4 + 2Н+ + 2е = Pb + H2SO4

 

т.е. сульфат свинца восстанавливается  до металлического свинца, который  образуется в виде свинцовой губки: на положительном электроде:

 

     PbSO4 + SO4 + 2Н2О - 2е = РЬO2 + 2H2SO4

 

т.е. сульфат свинца окисляется до двуокиси свинца.

 

     1.3.5 Сушка положительных заряженных пластин

 

     Если относительная  влажность воздуха равна 20%. а  скорость его 3 м/сек, то при  температуре 120°С продолжительность  сушки отдельной пластины 12 мин. при 180°С - всего 7 мин.

     Скорость  сушки отформированных пластин,  завешенных между соседними, замедляется  (как и в случае свежеизмазанных  пластин). При шаге завески пластин  на цепи конвейера, равном 12.7мм, продолжительность сушки увеличивается примерно в 1,3 раза. Изменение влажности воздуха при его температуре более 100°С продолжительность сушки практически мало уменьшается всего на 1-2 минуты, но снижается влияние соседних пластин, что позволяет уменьшить шаг завески пластин.

 

Таблица 1.5 – Параметры сушки пластин

Параметры сушки	Положительные пластины			Отрицательные пластины
	1-я зона	2-я зона	3-я зона	1-я зона	2-я зона	3-я зона
Темп-pa воздуха, °С	160-180	130-150	80-100	160-180	140-150	90-110
Скорость воздуха, м/сек	4-6	4-6	3-4	5-6	5-6	3-4
Влажность воздуха.%	<20	<40	<40	<12	<12	<12
Продолжительность сушки  по всем зонам, мин	-	15-20	-	-	10-15	-

 

     1.3.6 Контроль сушки формированных пластин

 

     От строгого  соблюдения технологии и режимов  сушки заряженных формированных  пластин и зависит качество выпускаемых сухозаряженных батарей.

     Контроль  работы сушила, как и присушке  свеженамазанных пластин, заключается  в регулировании и соблюдении  установленных параметров сушки  воздухом и паром, проведение  плотности высушивания пластин,  определение содержания окиси свинца в отрицательной активной массе и наличии свободной кислоты в положительной пластине. Параметрами сушки является скорость воздуха или пара, их температура и относительная влажность воздуха. Контроль этих параметров, а также степень высушивания описаны ранее в разделе для сушил свеженамазанных пластин.

 

     1.3.7 Сборка свинцовых аккумуляторов

 

     Формированные  пластины после сушки поступают  на сборку в сборочный цех.  Туда же направляют остальные  полуфабрикаты и детали аккумулятора: моноблоки (в комплекте с крышками, пробками и прокладками), баретки, сепарацию, предохранительные щетки, заливочную мастику и др.

     Технологический  процесс сборки показан на  схеме рисунка приведенного ниже. Сборка состоит из ряда последовательных  операций:

     - разрубка технологически сдвоенных пластин на одинарные;

     - зачистка ушков;

     - папка полублоков с бареткой;

     - устранения подтеков сплавов;

     - сборки полублоков в блок;

     - вставки сепараторов в блок:

     - вставки блока в ячейку моноблока;

     - накладки крышек вставки уплотнителей зазора между крышками и стенками блока;

     - пропайки межэлементных соединений (МЭС);

     - напайки выводных полюсов;

     - заливки зазоров заливочной мастикой;

     - оплавление поверхности мастики;

     - контроля на герметичность, короткие замыкания и переполюсовку;

     - вставка прокладок и ввинчивание пробок;

     - упаковки в бумагу и транспортировки готовых изделий на склад.

     К местам пайки деталей и заливки крышек мастикой подведен сжатый воздух и водород.

 

     1.4 Описание и критика существующей системы автоматизации

 

     К настоящему моменту система управления ТОУ не существует так как производство еще на стадии наладки и установки оборудования. Оборудование снабжено первичными датчиками компании SIMIENS, Moeller. Часть оборудования снабжено датчиками фирм МЕТРАН и оборудованием фирмы ЛИК. Имеются первичные приборы и средства регулирования для электролитного цеха. Контроль качества электролита производиться не в лаборатории, оперативность контроля не достаточна. Не имеются датчики температуры в емкостях электролита, и системы аварийной сигнализации возможной утечки серной кислоты. Некоторые емкости не снабжены уровнемерами. Регулирование концентрации серной кислоты в электролите производится изменением расхода воды из запасов воды. Производство требуется в трех разных по плотности электролитах, эти электролиты производятся путем смешения серной кислоты с водой в емкостях, где в свою очередь нет контроля температуры смеси ее концентрации, что приводит к ухудшению качества электролита.

     Оборудование цеха производства аккумуляторов. Состоит из:

     - автомат литья токоотводов, автомат литья токоотводов предназначен для изготовления методом литья сдвоенных токоотводов из малосурьмянистых, кальциевых и свинцовых сплавов при производстве аккумуляторных батарей.