一種鋰電池自動貼膠機控制系統(tǒng)的設計方案
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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(xiàn)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(xiàn)高速計數(shù)器4軸、脈沖輸出4軸。基本指令每步0.1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。
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