采用PLC和PWS系列觸摸屏實(shí)現(xiàn)鋰錳扣式電池生產(chǎn)線系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)鋰錳電池大部分的生產(chǎn)設(shè)備還停留在手工或半機(jī)械化程度，對(duì)于扣式電池來(lái)說(shuō)，這樣的生產(chǎn)效率十分低下，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋰錳扣式電池自動(dòng)組裝生產(chǎn)線是非常必要的，也是我國(guó)工控自動(dòng)化的一大進(jìn)步。

1、鋰錳扣式電池生產(chǎn)線的組成及其功能

本鋰錳扣式電池生產(chǎn)線是用于組裝CR2032電池的，根據(jù)鋰錳扣式電池的生產(chǎn)工藝，其主要任務(wù)是：在帶有集流網(wǎng)、負(fù)極片的負(fù)極殼體內(nèi)，依次加入隔膜和飽浸電解液的正極片，并補(bǔ)充正極片中揮發(fā)的電解液，并在保證電解液完全滲透的前提下，加蓋正極殼體并封口。為此生產(chǎn)線主要由剪切隔膜紙工序、注電解液及上正極片工序、正極殼體裝配工序以及封口工序等4個(gè)工序組成。

2、PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

由于PLC具有控制精度高、操作方便、通用性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，所以采用PLC作為生產(chǎn)線的主控制系統(tǒng)，能滿足生產(chǎn)的需要。

根據(jù)鋰錳扣式電池生產(chǎn)線的具體情況，選用了日本Omron公司的可編程控制器和擴(kuò)展模塊作為生產(chǎn)線的核心控制部分；采用PWS系列觸摸屏（臺(tái)達(dá)電子），觸摸屏和PLC之間通過(guò)RS2232C進(jìn)行通訊。觸摸屏用于按鍵輸入、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控畫(huà)面顯示以及故障原因顯示等功能。鋰錳扣式電池生產(chǎn)線控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

在PLC控制系統(tǒng)中，主要的檢測(cè)元件有對(duì)射光電開(kāi)關(guān)、漫反射光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、行程開(kāi)關(guān)等；執(zhí)行部件主要有電機(jī)、氣缸、振動(dòng)料斗、海霸泵、沖床、聲光報(bào)警器以及狀態(tài)顯示燈等。

在這個(gè)系統(tǒng)中，關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)是料斗的控制，它是影響電池表面質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素；各道工序之間的協(xié)調(diào)一致，也是保證生產(chǎn)線正常工作的關(guān)鍵。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

2.1 振動(dòng)料斗的控制

負(fù)極殼、正極片和正極蓋均采用振動(dòng)料斗進(jìn)行自動(dòng)上料。

若正極片和正極蓋在料斗中反復(fù)運(yùn)動(dòng)，則會(huì)損壞正極片和將正極蓋劃傷，因此在振動(dòng)料斗的料道上增加了料滿檢測(cè)傳感器，一旦料滿則停止振動(dòng)料斗；當(dāng)料道上的料不滿時(shí)，振動(dòng)料斗開(kāi)始振動(dòng)。振動(dòng)料斗控制框圖如圖2所示。

圖2 振動(dòng)料斗控制框圖

2.2 各道工序之間的協(xié)調(diào)

由于電池組件的尺寸非常小，給生產(chǎn)線的上料和輸送帶來(lái)了很大困難，再加上某些工序可能會(huì)產(chǎn)生次品，中間還會(huì)有次品剔除的情況，電池組裝生產(chǎn)線的4個(gè)工序之間很難做到完全同步。在生產(chǎn)線的輸送線上安裝了檢測(cè)傳感器，當(dāng)輸送線上的料較少（少于傳感器的安裝位置）時(shí)，下一個(gè)工序的轉(zhuǎn)盤(pán)就自動(dòng)停止工作；當(dāng)前面的料輸送過(guò)來(lái)，超過(guò)了傳感器的安裝位置時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)自動(dòng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，恢復(fù)工作。這樣就可以保證某道工序的連續(xù)運(yùn)行。在輸送線上還裝有堵料檢測(cè)傳感器，一旦發(fā)生堵料現(xiàn)象，將進(jìn)行報(bào)警并自動(dòng)停車(chē)，工序協(xié)調(diào)框圖如圖3所示。

圖3 工序協(xié)調(diào)控制框圖

3、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該生產(chǎn)線中執(zhí)行元件和狀態(tài)檢測(cè)元件的種類(lèi)和數(shù)量較多，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，我們采用模塊化的思路，使用梯形圖來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件，將整個(gè)系統(tǒng)的控制程序根據(jù)所處的位置分成4個(gè)模塊，即剪切隔膜紙模塊、注電解液及上正極片模塊、正極殼體裝配模塊以及封口模塊，前3個(gè)模塊以3個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)為主線，協(xié)調(diào)彼此的動(dòng)作，而第4個(gè)模塊以封口壓力機(jī)作為主線，來(lái)協(xié)調(diào)彼此的動(dòng)作。這樣程序的條理性增強(qiáng)，可讀性好，修改程序方便。

在系統(tǒng)中充分利用觸摸屏的優(yōu)勢(shì)，除了完成按鍵的輸入功能以外，還可以顯示各工序和整條生產(chǎn)線的監(jiān)控畫(huà)面；若工作過(guò)程中出現(xiàn)故障，除了進(jìn)行聲光報(bào)警外，還在觸摸屏上顯示故障的種類(lèi)、原因以及解決辦法，方便了操作；在觸摸屏上還顯示生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量。

為了提高鋰錳扣式電池生產(chǎn)線的可靠性，保證設(shè)備和人員的安全，除了選用優(yōu)質(zhì)元件之外，還采取了許多有效保護(hù)措施，例如，為了防止由于氣壓降低或氣路出現(xiàn)故障而使轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)損壞氣缸，設(shè)置了壓力檢測(cè)傳感器，一旦壓力低于給定值，則自動(dòng)停止轉(zhuǎn)盤(pán)并報(bào)警；為了防止封口沖床在工作時(shí)出現(xiàn)人身事故，在沖床上安裝了光電檢測(cè)傳感器，一旦人手接近沖頭，則設(shè)備自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警信息；為了防止由于調(diào)整失誤而損壞轉(zhuǎn)盤(pán)上的氣缸，特地增加了機(jī)動(dòng)互鎖裝置，從而有效地保護(hù)機(jī)械和氣動(dòng)裝置；此外控制軟件中還在多處使用了冗余控制，從而保證了設(shè)備的正常安全運(yùn)行。

4、結(jié)語(yǔ)

為了提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，在觸摸屏和設(shè)備上設(shè)置了許多狀態(tài)信息的指示和故障顯示以及聲光報(bào)警。在PLC系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了故障診斷功能，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)就自動(dòng)停車(chē)，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。為了便于用戶的操作，縮短維修時(shí)間，在PLC控制軟件中，巧妙地運(yùn)用了HR型保持繼電器和計(jì)數(shù)器的保持性，使得生產(chǎn)線在任意時(shí)刻停機(jī)，在排除故障后，不必手動(dòng)調(diào)整，就可繼續(xù)正常工作。經(jīng)實(shí)際使用表明：該控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、使用靈活方便、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)使用中效果很好。