專利名稱：一種電池卷繞機控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電池卷繞機控制系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種電池卷繞機控制方法。
背景技術：
目前工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模越來越大，生產(chǎn)過程的控制越來越復雜，原來的PLC控制方 式越來越難以應付這些，特別是對于需要多個電機，，多個開關控制，多個電機聯(lián)動的生產(chǎn) 過程，用PLC來構建控制系統(tǒng)的難度變得非常的大，原因在于a、PLC在于過程邏輯控制，而 對電機的控制策略簡單，控制電機越多，PLC的控制程序復雜度便會以幾何倍數(shù)增加，并且 控制的精度不高。b、PLC的10控制點有限，而通常一個電機的10接線多達6 8根，控制 電機越多，采用更多PLC才能滿足控制要求，耗費的成本高。c、PLC在復雜系統(tǒng)中控制周期 長，難以實施高精度的控制。對于控制過程復雜、控制信號繁多的系統(tǒng)，對于PLC系統(tǒng)，由于 1個PLC的10點只有40個，而通常電機要用到6 7個10點，當要控制的電機越多，則采 用PLC的數(shù)量增多。并在采集模擬量時，還需要增加另外的模塊，這些費用都占成本不少比 重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是為了克服以上的不足，提出了一種高效、低成本 的電池卷繞機控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術問題通過以下的技術方案予以解決一種電池卷繞機控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯器件、專用控制器、夾緊開關、切刀開 關、卸料開關、機械手電機、放料電機、卷針電機和貼膠電機，所述可編程邏輯器件與專用控 制器相連，所述夾緊開關、切刀開關、卸料開關分別與可編程邏輯器件相連，所述機械手電 機、放料電機、卷針電機和貼膠電機分別與專用控制器相連。所述電池卷繞機控制系統(tǒng)還包括張力檢測計，所述張力檢測計與專用控制器相連。所述電池卷繞機控制系統(tǒng)還包括極耳檢測計，所述極耳檢測計與專用控制器相連。所述電池卷繞機控制系統(tǒng)還包括啟動開關，所述啟動開關與可編程邏輯器件相 連。一種電池卷繞機控制方法，包括如下步驟第一步可編程邏輯器件通知專用控 制器控制機械手電機使機械手護送極片卷和隔膜卷到卷針中，待極片卷和隔膜卷都送進卷 針后，所述可編程邏輯器件控制夾緊開關使卷針夾緊極片和隔膜；第二步可編程邏輯器 件通知專用控制器開始卷繞電池，專用控制器根據(jù)預設的卷繞速度和卷繞圈數(shù)來控制放料 電機和卷針電機；第三步當卷針電機驅(qū)動卷針旋轉(zhuǎn)完預設的圈數(shù)后專用控制器通知可編 程邏輯器件，可編程邏輯器件再控制切刀開關使切刀切斷極片卷和隔膜卷；第四步專用 控制器控制卷針電機將卷針上剩下的極片卷完，并控制貼膠電機將卷針上卷完的極片粘好形成電池，并通知可編程邏輯器件；第五步可編程邏輯器件控制卸料開關把電池從卷針 上拔出來。在卷繞電池的過程中專用控制器讀取極片卷和隔膜卷上張力值，并據(jù)此來調(diào)整所 述放料電機的放料速度。在卷繞電池的過程中，專用控制器讀取極耳檢測計的檢測結(jié)果判斷極片上的極耳 是否正常，如果不正常則報警。在所述第一步之前，還包括如下步驟可編程邏輯器件接收啟動開關發(fā)出的啟動 信號后判斷電池卷繞機是否正常，如果正常就進入第一步，如果不正常則報警。本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果是本發(fā)明能使控制程序設計變得簡單，把過程邏輯設計交給PLC，電機運動控制則在 專用控制器上實現(xiàn)，這樣，兩者的優(yōu)點都可以發(fā)揮出來，PLC在設計過程邏輯的時候，不用再 考慮電機的具體控制，程序的復雜程度可以達到最簡化的程序。而用專用控制器來實現(xiàn)各 個電機的運動控制、聯(lián)動控制，則是發(fā)揮出來專用控制器實現(xiàn)復雜算法的簡易性。這樣，開 發(fā)出來的控制系統(tǒng)，能達到最佳的效果。本發(fā)明在控制成本上有更大的優(yōu)勢，本發(fā)明中，可以方便地擴展專用控制器的10 口，其增加的成本相對PLC而言非常少。對于較復雜的控制系統(tǒng)，本方案設計的系統(tǒng)成本約 為全PLC系統(tǒng)的1/3 1/4，極大的降低了產(chǎn)品的成本。本發(fā)明通過使用專用控制器，可使 控制周期精度高達lms，在此周期下，系統(tǒng)能實行更好的控制效果。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
的結(jié)構示意圖；圖2是本發(fā)明所控制的電池卷繞機的結(jié)構示意圖。
具體實施例方式下面通過具體的實施方式并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，一種電池卷繞機控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯器件((Programmable Logic Controller，簡稱PLC)、專用控制器、夾緊開關、切刀開關、卸料開關、機械手電機、放 料電機、卷針電機和貼膠電機，所述可編程邏輯器件與專用控制器相連，所述夾緊開關、切 刀開關、卸料開關分別與可編程邏輯器件相連，所述機械手電機、放料電機、卷針電機和貼 膠電機分別與專用控制器相連。所述電池卷繞機控制系統(tǒng)還包括張力檢測計，所述張力檢測計與專用控制器相連。所述電池卷繞機控制系統(tǒng)還包括極耳檢測計，所述極耳檢測計與專用控制器相連。所述電池卷繞機控制系統(tǒng)還包括啟動開關，所述啟動開關與可編程邏輯器件相 連。PLC與專用控制器用RS232或者RS422相聯(lián)，其協(xié)議用ascii或者modbus。PLC與 夾緊開關、切刀開關、卸料開關則分別通過10相聯(lián)，可控制諸如利用汽缸、液壓等做動力的 開關動作。
而專用控制器主要由嵌入式工業(yè)控制器PC/104和FPGA租成，其設有多種對外接 口，可以輸出驅(qū)動電機的脈沖信號或者電壓信號(DA信號)，并接收各種模擬量信號(AD信 號)，比如張力等。專用控制器的操作系統(tǒng)采用實時性能非常好的rtlinux。rtlinux通過修改常規(guī) Linux的內(nèi)核，在Linux和硬件中斷間增加了一層實時調(diào)度模塊，很好而又相當簡單實現(xiàn)硬 實時性要求，而不影響原來Linux上運行的其他程序。選擇RTlinux作為實時操作系統(tǒng)的 優(yōu)勢如下(1)支持實時任務調(diào)度；(2)開放的源代碼，豐富的免費軟件開發(fā)、調(diào)試資源；(3) 功能強大的內(nèi)核，而且內(nèi)核大小功能可以定制，多任務調(diào)度性能高效、穩(wěn)定性好；(4)支持 多種體系結(jié)構，移植方便；(5)繼承了 Linux完善的網(wǎng)絡通信、圖形、文件管理機制、C/C十 ++/JAVA開發(fā)工具和編程接口 ； (6)支持大量的周邊設備，驅(qū)動豐富；(7)豐富的實時任務編 程接口函數(shù)。在專用控制器的軟件內(nèi)部主要有4個進程用戶界面進程，任務管理進程，運動控 制進程和10管理進程。各進程具體描述如下。用戶界面進程主要是提供操作界面及顯示狀態(tài)功能，用戶可以通過這個界面輸 入各種控制命令，來完成各種動作過程。也可以由此獲得在生產(chǎn)過程中的一些狀態(tài)信息，比 如生產(chǎn)時間、生產(chǎn)數(shù)量、正在進行的流程、出現(xiàn)故障信息等。任務管理進程主要完成由對用戶輸入命令和PLC傳送過來的命令進行解析，并 把它通過共享內(nèi)存的方式傳送給運動管理進程和10管理進程，讓它們來執(zhí)行相對應的動 作。在這里，還進行了參數(shù)的設定，張力、溫度等控制。同時，還把運行中的一些重要狀態(tài)反 饋給用戶界面進程，以便使用戶能隨時掌握當前系統(tǒng)運行的情況。運動控制進程主要進行運動控制，首先使對接收的命令進行解釋，把它轉(zhuǎn)化成具 體的電機位置控制命令，然后通過運動插補模塊，把最終的目標位置分解成若干個中間點 的位置，再通過位置控制模塊，根據(jù)加減速原理劃分每一次要發(fā)送給電機的脈沖個數(shù)，把結(jié) 果送給電機驅(qū)動模塊，最終實現(xiàn)驅(qū)動電機的效果。10管理進程在這里管理各種重要的10信號，比如系統(tǒng)的急停信號、各個電機回 到原點的信號等，把它們送到各個相對應的控制模塊去。PLC程序則把復雜的電機動作當成一個簡單的10指令來處理。而在PLC與專用控制器協(xié)同運行時，則需設計好其協(xié)議a、命令的定義當生產(chǎn)過 程中需要電機進行一定的動作時，PLC在進行到此流程時，發(fā)送命令到專用控制器里，此時， 專用控制器應能根據(jù)此命令控制相對應的電機做出正確的動作，因此，應先定義對應的電 機動作，比如電機轉(zhuǎn)動的角度、速度等。b、狀態(tài)的定義在控制過程中，很多時候是根據(jù)上一 步動作的結(jié)果來進行下一步的控制，這時，應詳細定義相對應的反饋狀態(tài)，以使得整個流程 能順利執(zhí)行。c、通訊的方式在PLC與專用控制器的通訊中，會有一定的延時，設計時應保 證通訊內(nèi)容能及時傳送。這樣，PLC主控邏輯過程、專用控制器負責各種復雜動作，從而實現(xiàn)了專用控制器 與PLC混合控制系統(tǒng)。如圖2所示，電池卷繞機主要部分包括正極片料卷2、負極片料卷3、隔料卷膜4、 卷針1及機械手。電池卷繞機要求用卷針按方向把正極片和負極片兩種極片用隔膜材料隔 開卷繞一定的圈數(shù)形成電池。這要求卷針電機和四個料卷電機(一個正極片放料電機、一個負極片放料電機及兩個隔膜電機)按照一定的速度匹配旋轉(zhuǎn)，否則會出現(xiàn)極片斷裂等情 況，并且旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)也是有嚴格規(guī)定的，否則厚度不同。在卷繞過程中，操作員只要按要求 把已卷成圓形的兩路極片卷和兩路隔膜卷分別套在相對應的電機的旋轉(zhuǎn)軸上，并把卷頭放 在固定位置上，就可以讓機器進行電池生產(chǎn)了。本發(fā)明的電池卷繞機控制系統(tǒng)中，控制對象為電池卷繞機。其中PLC控制整個生 產(chǎn)過程按順序執(zhí)行，專用控制器則控制多個電機。本發(fā)明能保證機器能按部就班的完成整 個電池的卷繞工作。要求電池卷繞機實現(xiàn)自動化即連續(xù)生產(chǎn)，則需要在完成一個電池后(切斷，并放 到指定地點)，自動地把這四路材料再次放進卷針里面進行下一個電池的生產(chǎn)。而其中則涉 及了多道工序流程，多個機械手進行相互協(xié)助，這些順序也是嚴格要求的。采用本本發(fā)明， 利用專用控制器對旋轉(zhuǎn)電機的高精度控制，并利用PLC天然的流程控制，可完美地實現(xiàn)上 述要求，并極大地減少成本。上述電池卷繞機控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟可編程邏輯器件接收啟動開關發(fā)出的啟動信號后判斷電池卷繞機是否正常，如果 正常就進入第一步，如果不正常則報警。操作人員按下啟動開關后，啟動開關就會發(fā)出啟動 信號至可編程邏輯器件。第一步可編程邏輯器件通知專用控制器控制機械手電機使機械手護送極片卷和 隔膜卷到卷針中，待極片卷和隔膜卷都送進卷針后，所述可編程邏輯器件控制夾緊開關使 卷針夾緊極片和隔膜。第二步可編程邏輯器件通知專用控制器開始卷繞電池，專用控制器根據(jù)預設的 卷繞速度和卷繞圈數(shù)來控制放料電機和卷針電機。第三步當卷針電機驅(qū)動卷針旋轉(zhuǎn)完預設的圈數(shù)后專用控制器通知可編程邏輯器 件，可編程邏輯器件再控制切刀開關使切刀切斷極片卷和隔膜卷。第四步專用控制器控制卷針電機將卷針上剩下的極片卷完，并控制貼膠電機將 卷針上卷完的極片粘好形成電池，并通知可編程邏輯器件。第五步可編程邏輯器件控制卸料開關把電池從卷針上拔出來，并傳送到指定的 地方。完成之后，卷繞機又開始了下一個電池的生產(chǎn)過程，即不斷地重復第一步到第五步。在卷繞電池的過程中專用控制器讀取極片卷和隔膜卷上張力值，并據(jù)此來調(diào)整所 述放料電機的放料速度。在卷繞電池的過程中，專用控制器讀取極耳檢測計的檢測結(jié)果判斷極片上的極耳 是否正常，如果不正常則報警。在方形全自動電池卷繞機中，如果全部用PLC來控制的話，需要用到4個PLC。而 采用本發(fā)明，只需用到一個PLC，可以使整個生產(chǎn)成本減半。除此之外，本發(fā)明10容易擴展， 而且成本比擴展PLC要低。電池的生產(chǎn)所需的控制精度很高，因此需要對電機進行高精度的控制。而如果專 門用PLC來控制的話，一些精確的控制算法難以實現(xiàn)。將專用控制器和PLC混合系統(tǒng)應用 到全自動電池卷繞機中，由于氣缸的控制所要求的精度不高，用PLC通過開關就可以達到控制的要求，而專用控制器用來控制電機的聯(lián)動控制，結(jié)合一些控制算法，可以實現(xiàn)對電機 的精確控制。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權利要求
一種電池卷繞機控制系統(tǒng)，其特征在于包括可編程邏輯器件、專用控制器、夾緊開關、切刀開關、卸料開關、機械手電機、放料電機、卷針電機和貼膠電機，所述可編程邏輯器件與專用控制器相連，所述夾緊開關、切刀開關、卸料開關分別與可編程邏輯器件相連，所述機械手電機、放料電機、卷針電機和貼膠電機分別與專用控制器相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的電池卷繞機控制系統(tǒng)，其特征在于還包括張力檢測計，所述 張力檢測計與專用控制器相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的電池卷繞機控制系統(tǒng)，其特征在于還包括極耳檢測計，所述 極耳檢測計與專用控制器相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的電池卷繞機控制系統(tǒng)，其特征在于還包括啟動開關，所述啟 動開關與可編程邏輯器件相連。
5.一種電池卷繞機控制方法，其特征在于包括如下步驟第一步可編程邏輯器件通知專用控制器控制機械手電機使機械手護送極片卷和隔膜 卷到卷針中，待極片卷和隔膜卷都送進卷針后，所述可編程邏輯器件控制夾緊開關使卷針 夾緊極片和隔膜；第二步可編程邏輯器件通知專用控制器開始卷繞電池，專用控制器根據(jù)預設的卷繞 速度和卷繞圈數(shù)來控制放料電機和卷針電機；第三步當卷針電機驅(qū)動卷針旋轉(zhuǎn)完預設的圈數(shù)后專用控制器通知可編程邏輯器件， 可編程邏輯器件再控制切刀開關使切刀切斷極片卷和隔膜卷；第四步專用控制器控制卷針電機將卷針上剩下的極片卷完，并控制貼膠電機將卷針 上卷完的極片粘好形成電池，并通知可編程邏輯器件；第五步可編程邏輯器件控制卸料開關把電池從卷針上拔出來。
6.根據(jù)權利要求5所述的電池卷繞機控制方法，其特征在于在卷繞電池的過程中專 用控制器讀取極片卷和隔膜卷上張力值，并據(jù)此來調(diào)整所述放料電機的放料速度。
7.根據(jù)權利要求5所述的電池卷繞機控制方法，其特征在于在卷繞電池的過程中，專 用控制器讀取極耳檢測計的檢測結(jié)果判斷極片上的極耳是否正常，如果不正常則報警。
8.根據(jù)權利要求5-7任一所述的電池卷繞機控制方法，其特征在于在所述第一步之 前，還包括如下步驟可編程邏輯器件接收啟動開關發(fā)出的啟動信號后判斷電池卷繞機是 否正常，如果正常就進入第一步，如果不正常則報警。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池卷繞機控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯器件、專用控制器、夾緊開關、切刀開關、卸料開關、機械手電機、放料電機、卷針電機和貼膠電機，所述可編程邏輯器件與專用控制器相連，所述夾緊開關、切刀開關、卸料開關分別與可編程邏輯器件相連，所述機械手電機、放料電機、卷針電機和貼膠電機分別與專用控制器相連。本發(fā)明還公開了一種電池卷繞機控制方法。本發(fā)明控制精度高、成本低、控制效果好。
文檔編號H01M10/38GK101853962SQ20091010648
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權日2009年3月30日
發(fā)明者馮慶枝, 呂樹輝, 王立松, 程方義 申請人:深圳市吉陽自動化科技有限公司