鋰錳扣式電池正極片自動上料機控制系統的設計

李 皎，陳小明

(1.天津工業大學管理學院，天津 300387;2.天津工業大學機械工程學院，天津 300387)

目前，國內鋰錳扣式電池生產線的自動化程度已有很大的提高，但生產線上的部分工序還是手工或半機械化操作，如人工裝配正極片工序，生產效率較低、工人勞動強度大，研制鋰錳扣式電池正極片自動上料機很有必要［1］。

本文作者結合觸摸屏、可編程邏輯控制器(PLC)和伺服及步進驅動系統的特點，提出鋰錳扣式電池正極片自動上料機(簡稱上料機)控制系統的概念，研究了伺服及步進驅動在自動上料過程中的關鍵問題，開發設計了上料機控制系統。

1 系統設計

1.1 工作原理及控制系統構成

上料機的工作原理是:伺服電機和步進電機聯動，將正極片從正極片的儲料盒頂出，通過氣缸水平推到固定位置，氣動機械手抓取，放到正極片傳送帶上(見圖1)。

1.2 PLC 控制系統的硬件設計

圖1 控制系統構成圖Fig.1 Composition chart of the control system

PLC 能適應生產現場的惡劣環境，用于上料機的控制系統，能滿足生產的需要。根據鋰錳扣式電池正極片自動上料機的具體情況，選用CP1E 可編程控制器(日本產)作為核心控制部分，采用PWS6600 觸摸屏(臺灣省產)，觸摸屏與PLC通過串行二進制數據交換接口技術標準(RS-232C)進行通訊。觸摸屏用于按鍵輸入、參數設置、監控畫面顯示及故障原因顯示等。PLC 控制系統中，主要的檢測元件有E2E 系列接近開關(上海產)、CS1 系列磁性開關(臺灣省產)等，執行部件主要有MINASA5 系列伺服電機(日本產)、86 系列步進電機(北京產)、CDJ2 系列氣缸(日本產)等。為確保生產過程的安全，系統設有急停按鈕。控制系統的硬件接線圖見圖2。

圖2 控制系統硬件接線圖 Fig.2 Hardware wiring diagram of the control system

1.3 PLC 控制系統的軟件設計

系統的關鍵技術環節是伺服電機與步進電機的聯動控制，以及氣動機械手的快速抓取和放置。控制系統的流程圖如圖3 所示。

圖3 控制系統的流程圖Fig.3 Process chart of the control system

采用模塊化的思路，用梯形圖設計控制系統的軟件，根據所處的位置，將控制程序分成出料模塊和送料模塊，兩個模塊彼此協調。觸摸屏程序用ADP 軟件編寫，根據實際工況可能出現的各種故障，設定報警頁面，并在相應的位置顯示報警燈。在顯示故障的同時，在頁面的下方顯示解除方法、發生時間和次數。為解決生產現場發生的問題，在觸摸屏頁面中，加入幫助頁面，包括上料機使用和參數設置等。

2 應用效果

該上料機已在深圳某鋰錳扣式電池公司投入使用，效果對比見表1。

表1 人工上料與自動上料的應用效果對比Table 1 Application effect contrast of artificial feeding and automatic feeding

3 結束語

本文作者結合觸摸屏、PLC 和伺服及步進驅動系統的特點，進行控制系統硬件和軟件的設計，包括硬件選型、布局和電氣原理圖的設計，還有運動控制程序的編寫。自動上料機已在國內推廣使用，工作穩定。與人工上料相比，可大幅提高工作效率。

［1］SUN Li-xin(孫立新)，LIN Shu-zhong(林樹忠).鋰錳扣式電池生產線控制系統設計［J］.Battery Bimonthly(電池)，2004，34(2):102－103.

［2］WANG Zheng-yong(王正雍)，YANG Shang-hua(楊上華)，ZHENG Yue(鄭躍).伺服驅動注液機的設計與開發［J］.Battery Bimonthly(電池)，2010，40(5):279－281.

［3］ZHONG Hua(鐘華)，GUAN Dong-ming(管東明)，ZHU Shuangdong(朱雙東)，et al.LR6 電池在線高速檢出機構的設計［J］.Battery Bimonthly(電池)，2011，41(5):272－274.

［4］YANG Jian(楊建)，YANG Ya-nan(楊亞男)，SU Jie(蘇杰).基于PLC 和King VIEW 的螺旋篩分工藝段控制系統設計［J］.Industrial Control Computer(工業控制計算機)，2012，25(10):31－32.