工藝介紹

在二次電池的中段工藝中，電池焊接機(jī)首先需要將卷繞/疊片之后的電芯進(jìn)行快速熱壓，以實(shí)現(xiàn)電芯的壓實(shí)，然后對電芯的正負(fù)極耳進(jìn)行超聲波焊接。

課題

1. 壓力波動大，造成包裹不良或注液不足

目前，壓力波動控制在10%左右，造成電芯厚度偏差較大，當(dāng)電芯實(shí)際厚度比要求大時，在后續(xù)的包裝處會出現(xiàn)包裹不良；當(dāng)電芯厚度比要求薄時，電芯則會在注液處出現(xiàn)電解液注液不足。

2. 設(shè)備安全防護(hù)等級不達(dá)標(biāo)，存在安全隱患

為了給員工創(chuàng)造一個更安全的工作環(huán)境(根據(jù)OSHA要求)，避免事故發(fā)生，且以更高地安全標(biāo)準(zhǔn)投放歐盟市場，需對設(shè)備實(shí)施有效的安全防護(hù)措施，使設(shè)備安全防護(hù)等級達(dá)到D級。

解決方案

1. 通過PID優(yōu)化，有效控制壓力波動

常規(guī)PID容易出現(xiàn)超調(diào)或穩(wěn)定時間過長等現(xiàn)象，因此，需要針對現(xiàn)有PID進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化后的PID閉環(huán)控制模型：

在過渡點(diǎn)，將設(shè)備速度降低，以控制壓力波動，不讓壓力變化過大；在到達(dá)一定壓力值后，再切換PID控制，實(shí)現(xiàn)壓力波動≤5%，且穩(wěn)定時間更短。

2. 根據(jù)4個步驟，針對性地制定安全防護(hù)對策

安全防護(hù)主要分為4個步驟：

風(fēng)險識別

風(fēng)險評估

安全防護(hù)對策

PL等級評定。

首先，焊接機(jī)的風(fēng)險識別主要有以下幾個方面：

熱壓工位處的熱壓伺服：

熱壓下壓時有可能擠壓到人；

焊機(jī)工位處，焊機(jī)焊接時有觸點(diǎn)風(fēng)險；

人員意外進(jìn)入設(shè)備內(nèi)可能引起沖撞；

機(jī)器人取放料時可能擠壓到人；

轉(zhuǎn)盤工位處，轉(zhuǎn)盤運(yùn)動時有碰撞人員的風(fēng)險；

其次，風(fēng)險評估，為了解決機(jī)器人的風(fēng)險點(diǎn)，基于ISO13849-1（GB/T16855.1）的評定表如下圖所示：

第三，安全防護(hù)對策，主要以3個方面來實(shí)施：

安全冗余回路設(shè)計：

采用雙通道輸入/輸出構(gòu)成冗余回路，提高硬件回路Category等級

提高M(jìn)TTFd值：

根據(jù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際情況，采用B10d相符的元件；

提升診斷覆蓋率：

合理檢查，使用常開閉的機(jī)械觸點(diǎn)，使用動態(tài)測試。

最后，PL等級評定，根據(jù)焊接機(jī)的安全設(shè)計方案進(jìn)行安全等級的計算（IS013849-1：2006風(fēng)險計算標(biāo)準(zhǔn)）,以最低安全回路（單個安全功能）的等級評定為例。

控制系統(tǒng)

機(jī)械自動化控制器 NJ / NX系列

AC伺服系統(tǒng) 1S系列

安全控制單元 NX系列

圖像處理系統(tǒng) FH系列

SCARA機(jī)器人 Cobra 450/650系列

安全光幕 F3SG-SR/PG 系列

實(shí)現(xiàn)價值

1. 壓力波動≤5%

2. 設(shè)備安全等級=D級

【經(jīng)營層】

■ 在二次電池行業(yè)高速發(fā)展的背景下，快速應(yīng)對市場變化，通過提升熱壓的壓力控制精度、以及整體設(shè)備的安全防護(hù)等級，大幅升級設(shè)備性能，致力于打造業(yè)內(nèi)新標(biāo)準(zhǔn)，成為競爭中制勝的法則。

【管理層】

■ 熱壓壓力控制精度的提升，完全建立在控制系統(tǒng)與程序的優(yōu)化，無需更改機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動時間，導(dǎo)入時間更快且成本更低。

■ 通過針對性的安全防護(hù)對策，實(shí)現(xiàn)符合要求的安全等級，保證了現(xiàn)場操作人員的人身安全，提高焊接機(jī)效率的同時保證了產(chǎn)品品質(zhì)。

【工程師層】

■ 從PLC、圖像處理、伺服、機(jī)器人到安全，歐姆龍?zhí)峁┤椎漠a(chǎn)品、解決方案與技術(shù)支持，通信無障礙，后期維護(hù)更簡單。

■ 歐姆龍工程師全程參與指導(dǎo)，后期項(xiàng)目調(diào)整，只需自行修改參數(shù)即可。