碳纸材料疏水设备的温度控制系统研究

摘要

燃料电池作为产生能源的一种装置，现在越来越被重视，膜电极是燃料电池的核心，所以对于膜电极的生产也格外的重要。在膜电极的生产过程中，膜电极的GDL基底层薄膜在疏水过程中容易发生覆膜厚度分布不均匀，在热处理过程中温度控制不好，都会对产品的性能和质量有着直接的影响，因此，燃料电池膜电极(MEA)生产中的碳纸基底浸渍、热处理和表面微孔层涂敷工艺方法、均匀性控制等关键技术值得重要研究。
　　 本文根据“燃料电池膜电极(MEA)专用装备研发与示范”项目和基底层现有的疏水处理工艺，开发和设计出了一套集PTFE(Poly tetra floury ethylene)乳液浸渍、热处理于一体的连续化疏水处理设备。整套控制系统中分为疏水工位、风干工位、烘干工位和卸料。其中，对于基底层薄膜的烘干是本文研究的重点。
　　 温度控制系统具有时延、滞后、非线性等特点，碳纸材料疏水设备控制的工艺要求温度有较强的稳定性，并且对控制精度有严格的要求。对于本文的温度控制系统来说，传统的控制方法在使用中可能受到限制，采用智能控制会是有效的控制方法。
　　 本文提出了一种将模糊控制和PID结合的控制方法，该方法根据烘箱的温差大小和温差变化，利用模糊控制推理方法，对PID参数实时调整。此外，对PID控制方法做出优化，能适应现场对象的复杂变化。该方法与常规：PID具有更好的控制效果，适应能力强。
　　 结合上述控制方法和烘箱的特点，按照工艺要求，本文设计出了碳纸材料疏水设备温度控制系统，该系统以欧姆龙CJ系列的PLC作为控制器，用触摸屏实时监控，完成相关参数的设定、数据存储和数据显示、系统报警等功能。选择多个热电阻来检测烘箱的温度信号，用固态继电器SSR来调节电加热器和冷风机来实现温度控制要求。
　　 实际应用和仿真都可以证明，模糊控制与PID相结合的控制算法能够更好的完成控制要求，表明了该算法的可行性，控制效果优于常规PID控制算法。