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标题: 一种锂电池自动贴胶机控制系统的设计方案 [打印本页]

作者: porereading 时间: 2014-9-5 20:35 标题: 一种锂电池自动贴胶机控制系统的设计方案

本文介绍了锂电池自动贴胶机的工作原理，设计并实现了以CP1H系列PLC为基础的锂电池自动贴胶机控制系统，重点介绍了控制系统的工作原理、硬件配置、软件设计和故障排除及其维护。该系统已通过实际生产的应用得以验证，积累了宝贵的经验，在教学方面具有较好的应用价值。

1.引言

随着国家对新能源汽车产业扶持的力度逐年加大，其核心能源领域-动力锂电池将进入行业发展的高速期。相对于传统能源电池，锂电池具有能量密度高、重量轻、使用寿命长、绿色环保、重复利用率高等特点。目前，制造锂电池主要采用两种制造工艺，一种是卷绕，另一种是叠片，而制造大容量的新能源锂电池往往采用叠片工艺。叠片锂电池的核心部件-电芯的最后一道工序就是贴胶。随着客户对产品的工艺水平、效率和质量的要求越来越高，传统的手动贴胶已经不能满足现代生产的要求，所以研究高效、自动的贴胶机是市场的迫切要求。本文着重介绍了一种基于PLC的锂电池自动贴胶机控制系统，并且对系统的硬件和软件设计进行了详细的阐述。

2.锂电池自动贴胶机的工作原理

锂电池自动贴胶机是具有自动取料、贴胶、短路检测和下料功能的全自动包装设备。

其工作原理是在自动叠片机生产锂电池电芯的同时，进行自动备胶带工作。该工序涉及到的具体步骤是压胶、夹胶、拉胶、切胶和真空吸附五个过程。待叠片机生产出锂电池电芯之后，取电芯机械手把叠片台上的电芯取出，并且通过丝杆传送到贴胶机下进行贴胶。由于叠片工艺生产的电池体积比较大，贴一道胶带往往达不到紧固电芯的目的，所以这里设计了贴三道胶工序。每贴一道胶之后，电芯移动一段距离（该距离可以通过触摸屏设置），同时自动贴胶机进行备胶带工作，等备胶带工作完毕和取电芯机械手停止之后，进行贴胶工序，这样反复三次。每贴一次胶，通过光电颜色传感器检测胶带是否贴上，如果贴胶带正常，则进行下一道工序，如果贴胶带不正常，则返回上一个贴胶位重新贴胶。贴胶带工序完成之后，取电芯机械手运送贴好胶带的电芯到短路测试位，用短路测试仪进行短路测试，如果合格则运送到下料传送带下料，如果不合格则运送到废料箱下料。

3.电气系统的硬件设计

3.1 PLC选型

在自动贴胶机电控部分设计中，考虑到贴胶机的工序多，运行复杂，而PLC具有可靠性高、控制功能强、编程方便、易操作等优点，因此本文作者采用可编程逻辑控制器作为其核心控制部件。该控制系统采用日本欧姆龙公司生产的SYSMAC CP1H-XA40DT-D型号的PLC，该PLC的CPU单元本体采用DC24V电源，DC24V输入，晶体管漏极输出，内置输入24点、输出16点，并且可实现高速计数器4轴、脉冲输出4轴。基本指令每步0.1微秒，程序容量最大20K步，指令种类约400种，是一种功能强大的小型整体式PLC.由于其结构紧凑，功能强大以及性价比较高等特点，非常适合本系统的设计要求。

3.2硬件配置

系统的硬件配置结构框图如图1所示，包括CPU单元、输入（光电位置开关和贴胶有无检测传感器）、操作面板（触摸屏和指示灯）、控制元件（伺服驱动器和电磁阀）、执行部件（伺服电机、直流电机、气缸）等几部分组成。取电芯电机设置左限位、右限位和原点；拉胶气缸、切胶气缸和贴胶气缸各有两个光电位置开关用来检测气缸是否到位；贴胶有无检测传感器检测每次贴胶的胶带是否贴在电芯上。触摸屏作为设备控制的操作界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态，PLC和触摸屏之间通过RS232通信电缆进行通信。取电芯电机采用伺服电机，通过伺服驱动器控制；下料电机采用直流电机；电磁阀采用两位五通的电磁阀来控制气缸的进退。

图1 系统硬件配置结构框图

3.3输入输出点的分配

自动贴胶机的生产过程是由取料、贴胶、短路检测、下料等几部分组成的。自动贴胶机的PLC输入信号包括：启动、停止（做完一个循环停止）、急停、取电芯电机前限、取电芯电机原点、取电芯电机后限、取电芯电机报警、贴胶好坏检测、短路检测、拉胶气缸出限、拉胶气缸回限、切胶气缸出限、切胶气缸回限、贴胶气缸出限、贴胶气缸回限。输出信号包括：取电芯电机正转、取电芯电机反转、下料电机正转、下料电机反转、取电芯气缸电磁阀、压胶带气缸电磁阀、夹胶带气缸电磁阀、拉胶带气缸电磁阀、切胶带气缸电磁阀、胶带真空电磁阀、贴胶带真空电磁阀、短路检测气缸电磁阀。

4.控制系统的软件设计

自动贴胶机控制系统的程序由两部分组成：一是触摸屏程序，二是PLC程序。

4.1触摸屏程序

触摸屏程序完成操作人员同PLC之间的对话，主要由自动操作、参数设定和手动操作三部分组成。其中自动操作主要由启动、停止和急停三个按钮组成，分别用来控制机器的启动、停止（做一个循环后停止）和出现紧急状况后停止用；参数设定主要用来输入第一道、第二道和第三道胶带相对于取电芯电机原点的位置；手动操作主要由气缸手动和电机手动两部分组成：气缸手动按钮用来手动控制系统中各个气缸的进退，电机手动按钮用来手动控制电机的正反转。本控制系统的触摸屏采用步科公司生产的Eview MT510.

4.2 PLC程序

自动贴胶机的主程序流程图如图2所示，首先进行初始化操作，取料电机回到原点，所有气缸回到初始状态。然后判断电芯是否叠好，如果没有叠好则继续等待，如果叠好了，取电芯机械手取电芯到第一道贴胶位进行贴胶，贴胶完毕后（贴胶气缸回到初限位），取料机械手取电芯到第二道贴胶位进行贴胶，以此类推到第三道贴胶位贴胶完成。在此过程中每贴一道胶带之后颜色传感器进行贴胶有无检测，如果没有检测到胶带则重新贴胶。贴完三道胶带之后进行电芯的短路检测，如果电芯的正负极短路，则把电芯放入废料盒，如果正负极绝缘性良好，则把电芯放到传送带上，同时启动传送带电机把电芯传送到下一道工序。到此为止一个循环完毕，开始下个循环，直到按下停止按钮为止。

图2 系统硬件配置结构框图

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