工程师论文PLC控制系统设计

　　锂电池自动贴胶机是具有自动取料、贴胶、短路检测和下料功能的全自动包装设备。其工作原理是在自动叠片机生产锂电池电芯的同时，进行自动备胶带工作。该工序涉及到的具体步骤是压胶、夹胶、拉胶、切胶和真空吸附五个过程。待叠片机生产出锂电池电芯之后，取电芯机械手把叠片台上的电芯取出，并且通过丝杆传送到贴胶机下进行贴胶。由于叠片工艺生产的电池体积比较大，贴一道胶带往往达不到紧固电芯的目的，所以这里设计了贴三道胶工序。每贴一道胶之后，电芯移动一段距离（该距离可以通过触摸屏设置），同时自动贴胶机进行备胶带工作，等备胶带工作完毕和取电芯机械手停止之后，进行贴胶工序，这样反复三次。每贴一次胶，通过光电颜色传感器检测胶带是否贴上，如果贴胶带正常，则进行下一道工序，如果贴胶带不正常，则返回上一个贴胶位重新贴胶。贴胶带工序完成之后，取电芯机械手运送贴好胶带的电芯到短路测试位，用短路测试仪进行短路测试，如果合格则运送到下料传送带下料，如果不合格则运送到废料箱下料。

　　3.电气系统的硬件设计

　　3.1PLC选型

　　在自动贴胶机电控部分设计中，考虑到贴胶机的工序多，运行复杂，而PLC具有可靠性高、控制功能强、编程方便、易操作等优点，因此本文作者采用可编程逻辑控制器作为其核心控制部件。该控制系统采用日本欧姆龙公司生产的SYSMACCP1H-XA40DT-D型号的PLC，该PLC的CPU单元本体采用DC24V电源，DC24V输入，晶体管漏极输出，内置输入24点、输出16点，并且可实现高速计数器4轴、脉冲输出4轴。基本指令每步0.1微秒，程序容量最大20K步，指令种类约400种，是一种功能强大的小型整体式PLC。由于其结构紧凑，功能强大以及性价比较高等特点，非常适合本系统的设计要求。

　　3.2硬件配置

　　系统的硬件配置结构框图如图1所示，包括CPU单元、输入（光电位置开关和贴胶有无检测传感器）、操作面板（触摸屏和指示灯）、控制元件（伺服驱动器和电磁阀）、执行部件（伺服电机、直流电机、气缸）等几部分组成。取电芯电机设置左限位、右限位和原点；拉胶气缸、切胶气缸和贴胶气缸各有两个光电位置开关用来检测气缸是否到位；贴胶有无检测传感器检测每次贴胶的胶带是否贴在电芯上。触摸屏作为设备控制的操作界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态，PLC和触摸屏之间通过RS232通信电缆进行通信。取电芯电机采用伺服电机，通过伺服驱动器控制；下料电机采用直流电机；电磁阀采用两位五通的电磁阀来控制气缸的进退。

　　3.3输入输出点的分配

　　自动贴胶机的生产过程是由取料、贴胶、短路检测、下料等几部分组成的。自动贴胶机的PLC输入信号包括：启动、停止（做完一个循环停止）、急停、取电芯电机前限、取电芯电机原点、取电芯电机后限、取电芯电机报警、贴胶好坏检测、短路检测、拉胶气缸出限、拉胶气缸回限、切胶气缸出限、切胶气缸回限、贴胶气缸出限、贴胶气缸回限。输出信号包括：取电芯电机正转、取电芯电机反转、下料电机正转、下料电机反转、取电芯气缸电磁阀、压胶带气缸电磁阀、夹胶带气缸电磁阀、拉胶带气缸电磁阀、切胶带气缸电磁阀、胶带真空电磁阀、贴胶带真空电磁阀、短路检测气缸电磁阀。

　　4.控制系统的软件设计

　　自动贴胶机控制系统的程序由两部分组成：一是触摸屏程序，二是PLC程序。

　　4.1触摸屏程序

　　触摸屏程序完成操作人员同PLC之间的对话，主要由自动操作、参数设定和手动操作三部分组成。其中自动操作主要由启动、停止和急停三个按钮组成，分别用来控制机器的启动、停止（做一个循环后停止）和出现紧急状况后停止用；参数设定主要用来输入第一道、第二道和第三道胶带相对于取电芯电机原点的位置；手动操作主要由气缸手动和电机手动两部分组成：气缸手动按钮用来手动控制系统中各个气缸的进退，电机手动按钮用来手动控制电机的正反转。本控制系统的触摸屏采用步科公司生产的EviewMT510。

　　4.2PLC程序

　　自动贴胶机的主程序流程图如图2所示，首先进行初始化操作，取料电机回到原点，所有气缸回到初始状态。然后判断电芯是否叠好，如果没有叠好则继续等待，如果叠好了，取电芯机械手取电芯到第一道贴胶位进行贴胶，贴胶完毕后（贴胶气缸回到初限位），取料机械手取电芯到第二道贴胶位进行贴胶，以此类推到第三道贴胶位贴胶完成。在此过程中每贴一道胶带之后颜色传感器进行贴胶有无检测，如果没有检测到胶带则重新贴胶。贴完三道胶带之后进行电芯的短路检测，如果电芯的正负极短路，则把电芯放入废料盒，如果正负极绝缘性良好，则把电芯放到传送带上，同时启动传送带电机把电芯传送到下一道工序。到此为止一个循环完毕，开始下个循环，直到按下停止按钮为止。

　　5.结语

　　本文的自动贴胶机是根据客户反映的叠片机生产出的电芯下料难、人工贴胶效率低以及没有短路检测功能而设计的。主要用于对前期叠片机的更新改造。根据客户反馈的情况，达到了客户的要求和预期设计效果，效率有了很大的提高，而且减少了人力，提高了自动化水平，使锂电池电芯加工工序全部实现自动化。

　　参考文献

　　[1]李学忠，张国全.全自动包装机PLC控制系统设计[J].广州轻工业，2007（2）：41-42.

　　[2]霍罡.欧姆龙CP1HPLC应用基础与编程实践[M].机械工业出版社，2008.

　　[3]曹红葵.对锂电池现状及发展趋势的综述[J].江西化工，2009（3）：3-5.

　　[4]卞海玲.浅谈PLC技术的发展及应用[J].现代制造技术与装备，2010（2）：56-57.