目前國內鋰錳電池大部分的生產設備還停留在手工或半機械化程度，對于扣式電池來說，這樣的生產效率十分低下，研制具有自主知識產權的鋰錳扣式電池自動組裝生產線是非常必要的，也是我國工控自動化的一大進步。

1、鋰錳扣式電池生產線的組成及其功能

本鋰錳扣式電池生產線是用于組裝CR2032電池的，根據鋰錳扣式電池的生產工藝，其主要任務是：在帶有集流網、負極片的負極殼體內，依次加入隔膜和飽浸電解液的正極片，并補充正極片中揮發的電解液，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個工序組成。

2、PLC控制系統的硬件設計

由于PLC具有控制精度高、操作方便、通用性好、可靠性高等優點，能適應工業現場的惡劣環境，所以采用PLC作為生產線的主控制系統，能滿足生產的需要。

根據鋰錳扣式電池生產線的具體情況，選用了日本Omron公司的可編程控制器和擴展模塊作為生產線的核心控制部分；采用PWS系列觸摸屏（臺達電子），觸摸屏和PLC之間通過RS2232C進行通訊。觸摸屏用于按鍵輸入、參數設置、監控畫面顯示以及故障原因顯示等功能。鋰錳扣式電池生產線控制系統框圖如圖1所示。

在PLC控制系統中，主要的檢測元件有對射光電開關、漫反射光電開關、接近開關、磁性開關、壓力傳感器、行程開關等；執行部件主要有電機、氣缸、振動料斗、海霸泵、沖床、聲光報警器以及狀態顯示燈等。

在這個系統中，關鍵技術環節是料斗的控制，它是影響電池表面質量的一個關鍵因素；各道工序之間的協調一致，也是保證生產線正常工作的關鍵。

圖1 控制系統框圖

2.1 振動料斗的控制

負極殼、正極片和正極蓋均采用振動料斗進行自動上料。

若正極片和正極蓋在料斗中反復運動，則會損壞正極片和將正極蓋劃傷，因此在振動料斗的料道上增加了料滿檢測傳感器，一旦料滿則停止振動料斗；當料道上的料不滿時，振動料斗開始振動。振動料斗控制框圖如圖2所示。

圖2 振動料斗控制框圖

2.2 各道工序之間的協調

由于電池組件的尺寸非常小，給生產線的上料和輸送帶來了很大困難，再加上某些工序可能會產生次品，中間還會有次品剔除的情況，電池組裝生產線的4個工序之間很難做到完全同步。在生產線的輸送線上安裝了檢測傳感器，當輸送線上的料較少（少于傳感器的安裝位置）時，下一個工序的轉盤就自動停止工作；當前面的料輸送過來，超過了傳感器的安裝位置時，轉盤自動開始轉動，恢復工作。這樣就可以保證某道工序的連續運行。在輸送線上還裝有堵料檢測傳感器，一旦發生堵料現象，將進行報警并自動停車，工序協調框圖如圖3所示。

圖3 工序協調控制框圖

3、PLC控制系統的軟件設計

該生產線中執行元件和狀態檢測元件的種類和數量較多，是一個比較復雜的控制系統，我們采用模塊化的思路，使用梯形圖來設計控制系統的軟件，將整個系統的控制程序根據所處的位置分成4個模塊，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個模塊以3個轉盤為主線，協調彼此的動作，而第4個模塊以封口壓力機作為主線，來協調彼此的動作。這樣程序的條理性增強，可讀性好，修改程序方便。

在系統中充分利用觸摸屏的優勢，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線的監控畫面；若工作過程中出現故障，除了進行聲光報警外，還在觸摸屏上顯示故障的種類、原因以及解決辦法，方便了操作；在觸摸屏上還顯示生產的產品數量。

為了提高鋰錳扣式電池生產線的可靠性，保證設備和人員的安全，除了選用優質元件之外，還采取了許多有效保護措施，例如，為了防止由于氣壓降低或氣路出現故障而使轉動盤損壞氣缸，設置了壓力檢測傳感器，一旦壓力低于給定值，則自動停止轉盤并報警；為了防止封口沖床在工作時出現人身事故，在沖床上安裝了光電檢測傳感器，一旦人手接近沖頭，則設備自動停機并發出報警信息；為了防止由于調整失誤而損壞轉盤上的氣缸，特地增加了機動互鎖裝置，從而有效地保護機械和氣動裝置；此外控制軟件中還在多處使用了冗余控制，從而保證了設備的正常安全運行。

4、結語

為了提高系統的可維護性，在觸摸屏和設備上設置了許多狀態信息的指示和故障顯示以及聲光報警。在PLC系統內部設置了故障診斷功能，當出現故障時就自動停車，實現自我保護。為了便于用戶的操作，縮短維修時間，在PLC控制軟件中，巧妙地運用了HR型保持繼電器和計數器的保持性，使得生產線在任意時刻停機，在排除故障后，不必手動調整，就可繼續正常工作。經實際使用表明：該控制系統具有結構簡單、成本低、可靠性高、使用靈活方便、便于維護等優點，在實際生產使用中效果很好。

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