CN101853962A - 一种电池卷绕机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池卷绕机控制系统，包括可编程逻辑器件、专用控制器、夹紧开关、切刀开关、卸料开关、机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机，所述可编程逻辑器件与专用控制器相连，所述夹紧开关、切刀开关、卸料开关分别与可编程逻辑器件相连，所述机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机分别与专用控制器相连。本发明还公开了一种电池卷绕机控制方法。本发明控制精度高、成本低、控制效果好。

Description

一种电池卷绕机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电池卷绕机控制系统，本发明还涉及一种电池卷绕机控制方法。

背景技术

目前工业生产的规模越来越大，生产过程的控制越来越复杂，原来的PLC控制方式越来越难以应付这些，特别是对于需要多个电机，，多个开关控制，多个电机联动的生产过程，用PLC来构建控制系统的难度变得非常的大，原因在于：a、PLC在于过程逻辑控制，而对电机的控制策略简单，控制电机越多，PLC的控制程序复杂度便会以几何倍数增加，并且控制的精度不高。b、PLC的IO控制点有限，而通常一个电机的IO接线多达6～8根，控制电机越多，采用更多PLC才能满足控制要求，耗费的成本高。c、PLC在复杂系统中控制周期长，难以实施高精度的控制。对于控制过程复杂、控制信号繁多的系统，对于PLC系统，由于1个PLC的IO点只有40个，而通常电机要用到6～7个IO点，当要控制的电机越多，则采用PLC的数量增多。并在采集模拟量时，还需要增加另外的模块，这些费用都占成本不少比重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种高效、低成本的电池卷绕机控制系统及方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种电池卷绕机控制系统，包括可编程逻辑器件、专用控制器、夹紧开关、切刀开关、卸料开关、机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机，所述可编程逻辑器件与专用控制器相连，所述夹紧开关、切刀开关、卸料开关分别与可编程逻辑器件相连，所述机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机分别与专用控制器相连。

所述电池卷绕机控制系统还包括张力检测计，所述张力检测计与专用控制器相连。

所述电池卷绕机控制系统还包括极耳检测计，所述极耳检测计与专用控制器相连。

所述电池卷绕机控制系统还包括启动开关，所述启动开关与可编程逻辑器件相连。

一种电池卷绕机控制方法，包括如下步骤：第一步：可编程逻辑器件通知专用控制器控制机械手电机使机械手护送极片卷和隔膜卷到卷针中，待极片卷和隔膜卷都送进卷针后，所述可编程逻辑器件控制夹紧开关使卷针夹紧极片和隔膜；第二步：可编程逻辑器件通知专用控制器开始卷绕电池，专用控制器根据预设的卷绕速度和卷绕圈数来控制放料电机和卷针电机；第三步：当卷针电机驱动卷针旋转完预设的圈数后专用控制器通知可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再控制切刀开关使切刀切断极片卷和隔膜卷；第四步：专用控制器控制卷针电机将卷针上剩下的极片卷完，并控制贴胶电机将卷针上卷完的极片粘好形成电池，并通知可编程逻辑器件；第五步：可编程逻辑器件控制卸料开关把电池从卷针上拔出来。

在卷绕电池的过程中专用控制器读取极片卷和隔膜卷上张力值，并据此来调整所述放料电机的放料速度。

在卷绕电池的过程中，专用控制器读取极耳检测计的检测结果判断极片上的极耳是否正常，如果不正常则报警。

在所述第一步之前，还包括如下步骤：可编程逻辑器件接收启动开关发出的启动信号后判断电池卷绕机是否正常，如果正常就进入第一步，如果不正常则报警。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明能使控制程序设计变得简单，把过程逻辑设计交给PLC，电机运动控制则在专用控制器上实现，这样，两者的优点都可以发挥出来，PLC在设计过程逻辑的时候，不用再考虑电机的具体控制，程序的复杂程度可以达到最简化的程序。而用专用控制器来实现各个电机的运动控制、联动控制，则是发挥出来专用控制器实现复杂算法的简易性。这样，开发出来的控制系统，能达到最佳的效果。

本发明在控制成本上有更大的优势，本发明中，可以方便地扩展专用控制器的IO口，其增加的成本相对PLC而言非常少。对于较复杂的控制系统，本方案设计的系统成本约为全PLC系统的1/3～1/4，极大的降低了产品的成本。本发明通过使用专用控制器，可使控制周期精度高达1ms，在此周期下，系统能实行更好的控制效果。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明所控制的电池卷绕机的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种电池卷绕机控制系统，包括可编程逻辑器件((Programmable Logic Controller，简称PLC)、专用控制器、夹紧开关、切刀开关、卸料开关、机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机，所述可编程逻辑器件与专用控制器相连，所述夹紧开关、切刀开关、卸料开关分别与可编程逻辑器件相连，所述机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机分别与专用控制器相连。

所述电池卷绕机控制系统还包括张力检测计，所述张力检测计与专用控制器相连。

所述电池卷绕机控制系统还包括极耳检测计，所述极耳检测计与专用控制器相连。

所述电池卷绕机控制系统还包括启动开关，所述启动开关与可编程逻辑器件相连。

PLC与专用控制器用RS232或者RS422相联，其协议用ascii或者modbus。PLC与夹紧开关、切刀开关、卸料开关则分别通过IO相联，可控制诸如利用汽缸、液压等做动力的开关动作。

而专用控制器主要由嵌入式工业控制器PC/104和FPGA租成，其设有多种对外接口，可以输出驱动电机的脉冲信号或者电压信号(DA信号)，并接收各种模拟量信号(AD信号)，比如张力等。

专用控制器的操作系统采用实时性能非常好的rtlinux。rtlinux通过修改常规Linux的内核，在Linux和硬件中断间增加了一层实时调度模块，很好而又相当简单实现硬实时性要求，而不影响原来Linux上运行的其他程序。选择RTlinux作为实时操作系统的优势如下：(1)支持实时任务调度；(2)开放的源代码，丰富的免费软件开发、调试资源；(3)功能强大的内核，而且内核大小功能可以定制，多任务调度性能高效、稳定性好；(4)支持多种体系结构，移植方便；(5)继承了Linux完善的网络通信、图形、文件管理机制、C/C十++/JAVA开发工具和编程接口；(6)支持大量的周边设备，驱动丰富；(7)丰富的实时任务编程接口函数。

在专用控制器的软件内部主要有4个进程：用户界面进程，任务管理进程，运动控制进程和IO管理进程。各进程具体描述如下。

用户界面进程：主要是提供操作界面及显示状态功能，用户可以通过这个界面输入各种控制命令，来完成各种动作过程。也可以由此获得在生产过程中的一些状态信息，比如生产时间、生产数量、正在进行的流程、出现故障信息等。

任务管理进程：主要完成由对用户输入命令和PLC传送过来的命令进行解析，并把它通过共享内存的方式传送给运动管理进程和IO管理进程，让它们来执行相对应的动作。在这里，还进行了参数的设定，张力、温度等控制。同时，还把运行中的一些重要状态反馈给用户界面进程，以便使用户能随时掌握当前系统运行的情况。

运动控制进程：主要进行运动控制，首先使对接收的命令进行解释，把它转化成具体的电机位置控制命令，然后通过运动插补模块，把最终的目标位置分解成若干个中间点的位置，再通过位置控制模块，根据加减速原理划分每一次要发送给电机的脉冲个数，把结果送给电机驱动模块，最终实现驱动电机的效果。

IO管理进程：在这里管理各种重要的IO信号，比如系统的急停信号、各个电机回到原点的信号等，把它们送到各个相对应的控制模块去。

PLC程序则把复杂的电机动作当成一个简单的IO指令来处理。

而在PLC与专用控制器协同运行时，则需设计好其协议：a、命令的定义：当生产过程中需要电机进行一定的动作时，PLC在进行到此流程时，发送命令到专用控制器里，此时，专用控制器应能根据此命令控制相对应的电机做出正确的动作，因此，应先定义对应的电机动作，比如电机转动的角度、速度等。b、状态的定义：在控制过程中，很多时候是根据上一步动作的结果来进行下一步的控制，这时，应详细定义相对应的反馈状态，以使得整个流程能顺利执行。c、通讯的方式：在PLC与专用控制器的通讯中，会有一定的延时，设计时应保证通讯内容能及时传送。

这样，PLC主控逻辑过程、专用控制器负责各种复杂动作，从而实现了专用控制器与PLC混合控制系统。

如图2所示，电池卷绕机主要部分包括正极片料卷2、负极片料卷3、隔料卷膜4、卷针1及机械手。电池卷绕机要求用卷针按方向把正极片和负极片两种极片用隔膜材料隔开卷绕一定的圈数形成电池。这要求卷针电机和四个料卷电机(一个正极片放料电机、一个负极片放料电机及两个隔膜电机)按照一定的速度匹配旋转，否则会出现极片断裂等情况，并且旋转的圈数也是有严格规定的，否则厚度不同。在卷绕过程中，操作员只要按要求把已卷成圆形的两路极片卷和两路隔膜卷分别套在相对应的电机的旋转轴上，并把卷头放在固定位置上，就可以让机器进行电池生产了。

本发明的电池卷绕机控制系统中，控制对象为电池卷绕机。其中PLC控制整个生产过程按顺序执行，专用控制器则控制多个电机。本发明能保证机器能按部就班的完成整个电池的卷绕工作。

要求电池卷绕机实现自动化即连续生产，则需要在完成一个电池后(切断，并放到指定地点)，自动地把这四路材料再次放进卷针里面进行下一个电池的生产。而其中则涉及了多道工序流程，多个机械手进行相互协助，这些顺序也是严格要求的。采用本本发明，利用专用控制器对旋转电机的高精度控制，并利用PLC天然的流程控制，可完美地实现上述要求，并极大地减少成本。

上述电池卷绕机控制系统的控制方法，包括如下步骤：

可编程逻辑器件接收启动开关发出的启动信号后判断电池卷绕机是否正常，如果正常就进入第一步，如果不正常则报警。操作人员按下启动开关后，启动开关就会发出启动信号至可编程逻辑器件。

第一步：可编程逻辑器件通知专用控制器控制机械手电机使机械手护送极片卷和隔膜卷到卷针中，待极片卷和隔膜卷都送进卷针后，所述可编程逻辑器件控制夹紧开关使卷针夹紧极片和隔膜。

第二步：可编程逻辑器件通知专用控制器开始卷绕电池，专用控制器根据预设的卷绕速度和卷绕圈数来控制放料电机和卷针电机。

第三步：当卷针电机驱动卷针旋转完预设的圈数后专用控制器通知可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再控制切刀开关使切刀切断极片卷和隔膜卷。

第四步：专用控制器控制卷针电机将卷针上剩下的极片卷完，并控制贴胶电机将卷针上卷完的极片粘好形成电池，并通知可编程逻辑器件。

第五步：可编程逻辑器件控制卸料开关把电池从卷针上拔出来，并传送到指定的地方。

完成之后，卷绕机又开始了下一个电池的生产过程，即不断地重复第一步到第五步。

在卷绕电池的过程中专用控制器读取极片卷和隔膜卷上张力值，并据此来调整所述放料电机的放料速度。

在卷绕电池的过程中，专用控制器读取极耳检测计的检测结果判断极片上的极耳是否正常，如果不正常则报警。

在方形全自动电池卷绕机中，如果全部用PLC来控制的话，需要用到4个PLC。而采用本发明，只需用到一个PLC，可以使整个生产成本减半。除此之外，本发明IO容易扩展，而且成本比扩展PLC要低。

电池的生产所需的控制精度很高，因此需要对电机进行高精度的控制。而如果专门用PLC来控制的话，一些精确的控制算法难以实现。将专用控制器和PLC混合系统应用到全自动电池卷绕机中，由于气缸的控制所要求的精度不高，用PLC通过开关就可以达到控制的要求，而专用控制器用来控制电机的联动控制，结合一些控制算法，可以实现对电机的精确控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池卷绕机控制系统，其特征在于：包括可编程逻辑器件、专用控制器、夹紧开关、切刀开关、卸料开关、机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机，所述可编程逻辑器件与专用控制器相连，所述夹紧开关、切刀开关、卸料开关分别与可编程逻辑器件相连，所述机械手电机、放料电机、卷针电机和贴胶电机分别与专用控制器相连。

2.根据权利要求1所述的电池卷绕机控制系统，其特征在于：还包括张力检测计，所述张力检测计与专用控制器相连。

3.根据权利要求1所述的电池卷绕机控制系统，其特征在于：还包括极耳检测计，所述极耳检测计与专用控制器相连。

4.根据权利要求1所述的电池卷绕机控制系统，其特征在于：还包括启动开关，所述启动开关与可编程逻辑器件相连。

5.一种电池卷绕机控制方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：可编程逻辑器件通知专用控制器控制机械手电机使机械手护送极片卷和隔膜卷到卷针中，待极片卷和隔膜卷都送进卷针后，所述可编程逻辑器件控制夹紧开关使卷针夹紧极片和隔膜；

第二步：可编程逻辑器件通知专用控制器开始卷绕电池，专用控制器根据预设的卷绕速度和卷绕圈数来控制放料电机和卷针电机；

第三步：当卷针电机驱动卷针旋转完预设的圈数后专用控制器通知可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再控制切刀开关使切刀切断极片卷和隔膜卷；

第四步：专用控制器控制卷针电机将卷针上剩下的极片卷完，并控制贴胶电机将卷针上卷完的极片粘好形成电池，并通知可编程逻辑器件；

第五步：可编程逻辑器件控制卸料开关把电池从卷针上拔出来。

6.根据权利要求5所述的电池卷绕机控制方法，其特征在于：在卷绕电池的过程中专用控制器读取极片卷和隔膜卷上张力值，并据此来调整所述放料电机的放料速度。

7.根据权利要求5所述的电池卷绕机控制方法，其特征在于：在卷绕电池的过程中，专用控制器读取极耳检测计的检测结果判断极片上的极耳是否正常，如果不正常则报警。

8.根据权利要求5-7任一所述的电池卷绕机控制方法，其特征在于：在所述第一步之前，还包括如下步骤：可编程逻辑器件接收启动开关发出的启动信号后判断电池卷绕机是否正常，如果正常就进入第一步，如果不正常则报警。

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