碳纸材料疏水设备控制系统的设计与实现

摘要

随着全球经济的发展，环境和能源成为人类关注的主要问题。能源是人类活动的物质基础，而且人类社会的发展离不开能源，因而能源已经成为衡量一个国家文明程度和生活水平的重要指标。为了保护环境和促进能源的科技发展，人们一直努力寻找一种既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式，于是燃料电池就在这样的需求中产生了。然而在燃料电池的生产中，膜电极是最为关键的工艺，在热处理过程中温度控制不好，又容易发生变形，人工操作凭经验控制的不稳定因素很容易造成产品质量的不稳定且效率低，成本增加又难以实现批量生产能力。因此，研究燃料电池膜电极(MEA)生产中的气体扩展层(GDL)碳纸基底浸渍、热处理和表面微孔层涂敷工艺方法等关键技术是一大研究方向。
　　 本文根据“燃料电池膜电极(MEA)专用装备研发与示范”项目制定的膜电极生产关键装备开发的总体目标，针对基底层现有的疏水处理工艺，开发和设计出了一套集PTFE乳液浸渍、热处理于一体的连续化疏水处理设备。
　　 本文首先从燃料电池膜电极的相关生产工艺和技术指标出发，提出了本课题所需研究的具体内容。
　　 其次，设计出了整个系统的总体结构框架。
　　 再次，对整个系统进行了硬件和软件的设计。同时，对PLC、变频器、伺服驱动器进行了相关的选型。在对硬件部分进行设计时，主要是从疏水模块、风干模块、烘干模块、电源模块以及显示模块来进行设计的。疏水模块和烘干模块是该硬件设计部分的重点，在本文做了详细的讲解，特别是把疏水模块中的三自由度机械手的设计单独作为了一章来进行讲解。在对软件部分进行设计时，主要进行了疏水模块的软件设计、烘干模块的软件设计和显示模块的软件设计，并编写了相应的梯形图。
　　 最后，对整个系统进行了相应的软件和硬件的调试，进而完成了碳纸材料疏水设备控制系统的设计。通过在现场对整个系统的不断调试和运行测试，整个碳纸材料疏水设备的控制系统完全满足相关的技术指标和要求。