CN109739187A - 一种基于直线电机的tco加工通用产线的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动控制技术领域，具体公开了一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统及方法，所述系统包括多个直线电机单元、内部控制电脑单元、外部工站单元、多个运动承载单元和外部PLC单元，所述多个运动承载单元分别设于多个直线电机单元上，所述多个直线电机单元排布形成环形产线，所述外部工站单元设于环形产线四周，外部PLC单元分别连接内部控制电脑单元和外部工站单元，所述内部控制电脑单元分别连接多个直线电机单元和多个运动承载单元；所述直线电机单元包括线圈电机和反馈光栅尺，反馈光栅尺设于线圈电机的上方，本发明采用多个直线电机单元形成环形产线进行传输设计，并使用现场总线EtherNetIP，实现外部工站单元与直线电机单元的交互通信。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统及方法。
背景技术
在锂电池PACK行业中，传统自动化生产线普遍采用皮带传动模式，生产场地占用面积大，传统皮带线的生产效率普遍在800-1000PCS/H，在技术性能、生产效率、换型成本、柔性化等方面逐渐显现不足，随着PACK工艺要求越来越高，对自动化生产设备要求也越来越高；因此，传统生产模式进行变革，提高产线柔性化程度，对锂电行业高速柔性生产具有十分重要的意义。
目前主流传统自动化生产线采用直线式的布局，通过各机台间的皮带进行连接，采用IO链接的通信方式，这种方式存在的缺陷是柔性化程度低，产品换型设备需要重新开发制作，生产效率低下，所以提供本专利技术方案，有效解决柔性化，效率低下的情况。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种采用多个直线电机单元形成环形产线进行传输设计，并使用现场总线EtherNetIP，实现外部工站单元与直线电机单元的交互通信，提高生产效率和减少占用面积的基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统，所述控制系统包括多个直线电机单元、内部控制电脑单元、外部工站单元、多个运动承载单元和外部PLC单元，所述多个运动承载单元分别设于多个直线电机单元上，所述多个直线电机单元排布形成环形产线，所述外部工站单元设于环形产线四周，所述外部PLC单元分别连接内部控制电脑单元和外部工站单元，所述内部控制电脑单元分别连接多个直线电机单元和多个运动承载单元；
所述直线电机单元包括线圈电机和反馈光栅尺，所述反馈光栅尺设于线圈电机的上方。
优选的，所述外部工站单元包括上料机、二次定位机、贴凹槽胶机、整形裁切机、NG/OK上下机械手机、TCO上料机、NI上料机、激光点焊机、NG/OK上下机械手机、贴极耳胶机、抹极耳胶机、弯折机、保压机、OCV测试机、整Z裁切机、NG/OK上下机械手机、蓝膜下料机和夹具更换机。
优选的，所述运动承载单元为托盘，所述运动承载单元的负载在10KG内。
优选的，所述运动承载单元通过磁力正面吸附于直线电机单元表面，并通过V型滚轮导向运动。
本发明还提供了一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统的方法，包括以下步骤：
外部PLC单元控制所述多个运动承载单元在所述多个直线电机单元形成的环形产线上恒速运动；
外部PLC单元通过总线协议EtherNetIP与内部控制电脑单元交互数据，发送运动指令和反馈多个运动承载单元的实时位置数据到内部控制电脑单元；
多个运动承载单元通过内部控制电脑单元接收到运动指令后，实时运行至目标位置并通过反馈光栅尺反馈实时位置信息到内部控制电脑单元；
外部PLC单元通过程序算法实现多个运动承载单元高速切换并行工位数量。
优选的，所述内部控制电脑单元追踪记录所述多个运动承载单元的运行轨迹和运行运行参数。
优选的，外部PLC单元驱动运动承载单元至外部工站单元位置内，并将外部工站单元对应的生产信息反馈给运动承载单元。
优选的，所述运动承载单元的数量为2的倍数。
优选的，所述任意两个运动承载单元运行至外部工站单元同一位置的间隙范围在10mm-500mm内。
优选的，所述运动承载单元可在环形产线上顺时针运行或逆时针运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明采用多个直线电机单元形成环形产线进行传输设计，并使用现场总线EtherNetIP，实现外部工站单元与直线电机单元的交互通信；
2、本发明实现了高速柔性化的生产锂电池，并且节省大量的场地，由传统皮带驱动的自动化产线的生产效率800-1000PCS/H，提高至直线电机单元驱动的生产效率1600-2000PCS/H，大大提高了企业的生产竞争力，实用性强。
附图说明
图1为本发明一实施例的系统整体框图；
图2为本发明一实施例的直线电机单元的简易图；
图3为本发明一实施例的方法流程图；
其中，1为直线电机单元；11为线圈电机；12为反馈光栅尺；2为内部控制电脑单元；3为外部工站单元；4为运动承载单元；5为外部PLC单元。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
例如，一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统，所述控制系统包括多个直线电机单元、内部控制电脑单元、外部工站单元、多个运动承载单元和外部PLC单元，所述多个运动承载单元分别设于多个直线电机单元上，所述多个直线电机单元排布形成环形产线，所述外部工站单元设于环形产线四周，所述外部PLC单元分别连接内部控制电脑单元和外部工站单元，所述内部控制电脑单元分别连接多个直线电机单元和多个运动承载单元；所述直线电机单元包括线圈电机和反馈光栅尺，所述反馈光栅尺设于线圈电机的上方。
本实施例中，采用多个直线电机单元形成环形产线进行传输设计，并使用现场总线EtherNetIP，实现外部工站单元与直线电机单元的交互通信，实现了高速柔性化的生产锂电池，并且节省大量的场地，由传统皮带驱动的自动化产线的生产效率800-1000PCS/H，提高至直线电机单元驱动的生产效率1600-2000PCS/H，大大提高了企业的生产竞争力，实用性强。
在一个实施例中，如图1和图2所示，提供一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统，所述控制系统包括多个直线电机单元1、内部控制电脑单元2、外部工站单元3、多个运动承载单元4和外部PLC单元5，所述多个运动承载单元4分别设于多个直线电机单元1上，所述多个直线电机单元1排布形成环形产线，所述外部工站单元设于环形产线四周，所述外部PLC单元5分别连接内部控制电脑单元2和外部工站单元3，所述内部控制电脑单元2分别连接多个直线电机单元1和多个运动承载单元4；所述直线电机单元1包括线圈电机11和反馈光栅尺12，所述反馈光栅尺12设于线圈电机11的上方。
具体的，所述多个直线电机单元形成环形产线，包括直线段与圆弧段，形成一个完整的闭合环形产线，使得多个运动承载单元能够在整线循环运行，反馈光栅尺垂直分布在线圈电机的正上方，主要用于反馈运动承载单元的位置数据给内部控制电脑单元，本实施例中的外部工站单元包括上料机、二次定位机、贴凹槽胶机、整形裁切机、NG/OK上下机械手机、TCO上料机、NI上料机、激光点焊机、NG/OK上下机械手机、贴极耳胶机、抹极耳胶机、弯折机、保压机、OCV测试机、整Z裁切机、NG/OK上下机械手机、蓝膜下料机和夹具更换机，即采用环形产线进行传输设计，将外部工站单元排布于环形产线的周围，距离在500mm內，一方面是节省占用空间，另一方面是使运动承载单元的运行更为方便，其中，运动承载单元为托盘，所述运动承载单元的负载在10KG内，运动承载单元主要用于承载带电芯治具，将电芯治具运送到目标位置，本实施例中的运动承载单元通过磁力正面吸附于直线电机单元表面，并通过V型滚轮导向运动，V型滚轮嵌入V型导轨中，能够确保Z方向运动精度，提高外部PLC单元对运动承载单元的位置控制。
在一个实施例中，环形产线上共有58个托盘，58个托盘依次排序在起始位置等待，整线运行时，托盘从起始位置依次发出，分别抵达上料机、二次定位机、贴凹槽胶机、整形裁切机、NG/OK上下机械手机、TCO上料机、NI上料机、激光点焊机、NG/OK上下机械手机、贴极耳胶机、抹极耳胶机、弯折机、保压机、OCV测试机、整Z裁切机、NG/OK上下机械手机、蓝膜下料机和夹具更换机，本实施例中上料机、二次定位机、贴凹槽胶机、TCO上料机、NI上料机、贴极耳胶机、抹极耳胶机、弯折机、保压机和OCV测试机均为双工位，而整形裁切机、NG/OK上下机械手机、激光点焊机、NG/OK上下机械手机、整Z裁切机、NG/OK上下机械手机、蓝膜下料机和夹具更换机为单工位设计，在本实施例中，单工位的工作时间是1.5s，双工位工作的时间是3s，为平衡机构不同所产生工作时间的不同，用时长的机台设计为双工位，若运动承载单元的数量为单数，会造成运动路径衔接不一致，某一时刻其中一双工位只有一个运动承载单元，存在等待时间，本实施例将运动承载单元的数量设计为双数，根据每台机构工序不一样及工作时间不一致的问题，实现单工位、双工位的无缝切换。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统的方法，包括以下步骤：
S1、外部PLC单元控制所述多个运动承载单元在所述多个直线电机单元形成的环形产线上恒速运动；
S2、外部PLC单元通过总线协议EtherNetIP与内部控制电脑单元交互数据，发送运动指令和反馈多个运动承载单元的实时位置数据到内部控制电脑单元；
S3、多个运动承载单元通过内部控制电脑单元接收到运动指令后，实时运行至目标位置并通过反馈光栅尺反馈实时位置信息到内部控制电脑单元；
S4、外部PLC单元通过程序算法实现多个运动承载单元高速切换并行工位数量。
具体的，本实施例中，在运动承载单元承载3KG负载的情况下，控制运动承载单元在多个直线电机单元形成的环形产线上以2.5米/秒，2g加速度恒速运动，外部PLC单元通过总线协议EtherNetIP与内部控制电脑单元交互数据，发送运动指令和反馈多个运动承载单元的实时位置数据到内部控制电脑单元，多个运动承载单元通过内部控制电脑单元接收到运动指令后，实时运行至目标位置并通过反馈光栅尺反馈实时位置信息到内部控制电脑单元，外部PLC单元根据工艺需要，通过程序算法实现运动单元高速切换并行工位数量，本实施例中所指的目标位置包括上料机、二次定位机、贴凹槽胶机、整形裁切机、NG/OK上下机械手机、TCO上料机、NI上料机、激光点焊机、NG/OK上下机械手机、贴极耳胶机、抹极耳胶机、弯折机、保压机、OCV测试机、整Z裁切机、NG/OK上下机械手机、蓝膜下料机和夹具更换机，需要说明的是，本实施例对于上述目标位置的数量并不做限定，即可根据实际生产需要，增加目标位置或减少目标位置。
本实施例中通过内部控制电脑单元实现多个运动承载单元之间的防撞功能，运动承载单元可在环形产线上顺时针运行或逆时针运行，内部控制电脑单元追踪记录所述多个运动承载单元的运行轨迹和运行运行参数，并指定任意两个运动承载单元运行至外部工站单元同一位置的间隙范围在10mm-500mm内，即确保外部工站单元同一位置的两个运动承载单元不发生碰撞，提高整线控制的稳定性，外部PLC单元驱动运动承载单元至外部工站单元位置内，并将外部工站单元对应的生产信息反馈给运动承载单元，根据每台设备工序不一样及工作时间不一致的问题，实现单工位、双工位的无缝切换。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统，其特征在于：所述控制系统包括多个直线电机单元1、内部控制电脑单元2、外部工站单元3、多个运动承载单元4和外部PLC单元5，所述多个运动承载单元4分别设于多个直线电机单元1上，所述多个直线电机单元1排布形成环形产线，所述外部工站单元3设于环形产线四周，所述外部PLC单元5分别连接内部控制电脑单元2和外部工站单元3，所述内部控制电脑单2元分别连接多个直线电机单元1和多个运动承载单元4；
所述直线电机单元1包括线圈电机11和反馈光栅尺12，所述反馈光栅尺12设于线圈电机11的上方。
2.根据权利要求1所述的基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统，其特征在于：所述外部工站单元包括上料机、二次定位机、贴凹槽胶机、整形裁切机、NG/OK上下机械手机、TCO上料机、NI上料机、激光点焊机、NG/OK上下机械手机、贴极耳胶机、抹极耳胶机、弯折机、保压机、OCV测试机、整Z裁切机、NG/OK上下机械手机、蓝膜下料机和夹具更换机。
3.根据权利要求2所述的基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统，其特征在于：所述运动承载单元为托盘，所述运动承载单元的负载在10KG内。
4.根据权利要求3所述的基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统，其特征在于：所述运动承载单元通过磁力正面吸附于直线电机单元表面，并通过V型滚轮导向运动。
5.一种应用于权利要求1-4中任一项基于直线电机的TCO加工通用产线的控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
外部PLC单元控制所述多个运动承载单元在所述多个直线电机单元形成的环形产线上恒速运动；
外部PLC单元通过总线协议EtherNetIP与内部控制电脑单元交互数据，发送运动指令和反馈多个运动承载单元的实时位置数据到内部控制电脑单元；
多个运动承载单元通过内部控制电脑单元接收到运动指令后，实时运行至目标位置并通过反馈光栅尺反馈实时位置信息到内部控制电脑单元；
外部PLC单元通过程序算法实现多个运动承载单元高速切换并行工位数量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述内部控制电脑单元追踪记录所述多个运动承载单元的运行轨迹和运行运行参数。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：外部PLC单元驱动运动承载单元至外部工站单元位置内，并将外部工站单元对应的生产信息反馈给运动承载单元。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述运动承载单元的数量为2的倍数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述任意两个运动承载单元运行至外部工站单元同一位置的间隙范围在10mm-500mm内。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述运动承载单元可在环形产线上顺时针运行或逆时针运行。
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