一種鋰電池自動貼膠機控制系統(tǒng)的設計方案

　　本文介紹了鋰電池自動貼膠機的工作原理，設計并實現了以CP1H系列PLC為基礎的鋰電池自動貼膠機控制系統(tǒng)，重點介紹了控制系統(tǒng)的工作原理、硬件配置、軟件設計和故障排除及其維護。該系統(tǒng)已通過實際生產的應用得以驗證，積累了寶貴的經驗，在教學方面具有較好的應用價值。

　　1.引言

　　隨著國家對新能源汽車產業(yè)扶持的力度逐年加大，其核心能源領域-動力鋰電池將進入行業(yè)發(fā)展的高速期。相對于傳統(tǒng)能源電池，鋰電池具有能量密度高、重量輕、使用壽命長、綠色環(huán)保、重復利用率高等特點。目前，制造鋰電池主要采用兩種制造工藝，一種是卷繞，另一種是疊片，而制造大容量的新能源鋰電池往往采用疊片工藝。疊片鋰電池的核心部件-電芯的最后一道工序就是貼膠。隨著客戶對產品的工藝水平、效率和質量的要求越來越高，傳統(tǒng)的手動貼膠已經不能滿足現代生產的要求，所以研究高效、自動的貼膠機是市場的迫切要求。本文著重介紹了一種基于PLC的鋰電池自動貼膠機控制系統(tǒng)，并且對系統(tǒng)的硬件和軟件設計進行了詳細的闡述。

　　2.鋰電池自動貼膠機的工作原理

　　鋰電池自動貼膠機是具有自動取料、貼膠、短路檢測和下料功能的全自動包裝設備。

　　其工作原理是在自動疊片機生產鋰電池電芯的同時，進行自動備膠帶工作。該工序涉及到的具體步驟是壓膠、夾膠、拉膠、切膠和真空吸附五個過程。待疊片機生產出鋰電池電芯之后，取電芯機械手把疊片臺上的電芯取出，并且通過絲桿傳送到貼膠機下進行貼膠。由于疊片工藝生產的電池體積比較大，貼一道膠帶往往達不到緊固電芯的目的，所以這里設計了貼三道膠工序。每貼一道膠之后，電芯移動一段距離(該距離可以通過觸摸屏設置)，同時自動貼膠機進行備膠帶工作，等備膠帶工作完畢和取電芯機械手停止之后，進行貼膠工序，這樣反復三次。每貼一次膠，通過光電顏色傳感器檢測膠帶是否貼上，如果貼膠帶正常，則進行下一道工序，如果貼膠帶不正常，則返回上一個貼膠位重新貼膠。貼膠帶工序完成之后，取電芯機械手運送貼好膠帶的電芯到短路測試位，用短路測試儀進行短路測試，如果合格則運送到下料傳送帶下料，如果不合格則運送到廢料箱下料。

　　3.電氣系統(tǒng)的硬件設計

　　3.1 PLC選型

　　在自動貼膠機電控部分設計中，考慮到貼膠機的工序多，運行復雜，而PLC具有可靠性高、控制功能強、編程方便、易操作等優(yōu)點，因此本文作者采用可編程邏輯控制器作為其核心控制部件。該控制系統(tǒng)采用日本歐姆龍公司生產的SYSMAC CP1H-XA40DT-D型號的PLC，該PLC的CPU單元本體采用DC24V電源，DC24V輸入，晶體管漏極輸出，內置輸入24點、輸出16點，并且可實現高速計數器4軸、脈沖輸出4軸?；局噶蠲坎?.1微秒，程序容量最大20K步，指令種類約400種，是一種功能強大的小型整體式PLC.由于其結構緊湊，功能強大以及性價比較高等特點，非常適合本系統(tǒng)的設計要求。

　　3.2硬件配置

　　系統(tǒng)的硬件配置結構框圖如圖1所示，包括CPU單元、輸入(光電位置開關和貼膠有無檢測傳感器)、操作面板(觸摸屏和指示燈)、控制元件(伺服驅動器和電磁閥)、執(zhí)行部件(伺服電機、直流電機、氣缸)等幾部分組成。取電芯電機設置左限位、右限位和原點;拉膠氣缸、切膠氣缸和貼膠氣缸各有兩個光電位置開關用來檢測氣缸是否到位;貼膠有無檢測傳感器檢測每次貼膠的膠帶是否貼在電芯上。觸摸屏作為設備控制的操作界面，接受來自操作人員的操作指令并指示設備的運行狀態(tài)，PLC和觸摸屏之間通過RS232通信電纜進行通信。取電芯電機采用伺服電機，通過伺服驅動器控制;下料電機采用直流電機;電磁閥采用兩位五通的電磁閥來控制氣缸的進退。

　　圖1 系統(tǒng)硬件配置結構框圖

　　3.3輸入輸出點的分配

　　自動貼膠機的生產過程是由取料、貼膠、短路檢測、下料等幾部分組成的。自動貼膠機的PLC輸入信號包括：啟動、停止(做完一個循環(huán)停止)、急停、取電芯電機前限、取電芯電機原點、取電芯電機后限、取電芯電機報警、貼膠好壞檢測、短路檢測、拉膠氣缸出限、拉膠氣缸回限、切膠氣缸出限、切膠氣缸回限、貼膠氣缸出限、貼膠氣缸回限。輸出信號包括：取電芯電機正轉、取電芯電機反轉、下料電機正轉、下料電機反轉、取電芯氣缸電磁閥、壓膠帶氣缸電磁閥、夾膠帶氣缸電磁閥、拉膠帶氣缸電磁閥、切膠帶氣缸電磁閥、膠帶真空電磁閥、貼膠帶真空電磁閥、短路檢測氣缸電磁閥。

　　4.控制系統(tǒng)的軟件設計

　　自動貼膠機控制系統(tǒng)的程序由兩部分組成：一是觸摸屏程序，二是PLC程序。

　　4.1觸摸屏程序

　　觸摸屏程序完成操作人員同PLC之間的對話，主要由自動操作、參數設定和手動操作三部分組成。其中自動操作主要由啟動、停止和急停三個按鈕組成，分別用來控制機器的啟動、停止(做一個循環(huán)后停止)和出現緊急狀況后停止用;參數設定主要用來輸入第一道、第二道和第三道膠帶相對于取電芯電機原點的位置;手動操作主要由氣缸手動和電機手動兩部分組成：氣缸手動按鈕用來手動控制系統(tǒng)中各個氣缸的進退，電機手動按鈕用來手動控制電機的正反轉。本控制系統(tǒng)的觸摸屏采用步科公司生產的Eview MT510.[!--empirenews.page--]

　　4.2 PLC程序

　　自動貼膠機的主程序流程圖如圖2所示，首先進行初始化操作，取料電機回到原點，所有氣缸回到初始狀態(tài)。然后判斷電芯是否疊好，如果沒有疊好則繼續(xù)等待，如果疊好了，取電芯機械手取電芯到第一道貼膠位進行貼膠，貼膠完畢后(貼膠氣缸回到初限位)，取料機械手取電芯到第二道貼膠位進行貼膠，以此類推到第三道貼膠位貼膠完成。在此過程中每貼一道膠帶之后顏色傳感器進行貼膠有無檢測，如果沒有檢測到膠帶則重新貼膠。貼完三道膠帶之后進行電芯的短路檢測，如果電芯的正負極短路，則把電芯放入廢料盒，如果正負極絕緣性良好，則把電芯放到傳送帶上，同時啟動傳送帶電機把電芯傳送到下一道工序。到此為止一個循環(huán)完畢，開始下個循環(huán)，直到按下停止按鈕為止。

　　圖2 系統(tǒng)硬件配置結構框圖

　　5.結語

　　本方案中所設計的自動貼膠機是根據客戶反映的疊片機生產出的電芯下料難、人工貼膠效率低以及沒有短路檢測功能而設計的。主要用于對前期疊片機的更新改造。根據客戶反饋的情況，達到了客戶的要求和預期設計效果，效率有了很大的提高，而且減少了人力，提高了自動化水平，使鋰電池電芯加工工序全部實現自動化，從而證實了本方案的實用性。