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【行业案例】高端软包电池焊接机的应用 | 控制与安全防护的双重优化,定义行业新标准

【行业案例】高端软包电池焊接机的应用 | 控制与安全防护的双重优化,定义行业新标准

2022/5/27 15:49:09

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工艺介绍

在二次电池的中段工艺中,电池焊接机首先需要将卷绕/叠片之后的电芯进行快速热压,以实现电芯的压实,然后对电芯的正负极耳进行超声波焊接。

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课题

1. 压力波动大,造成包裹不良或注液不足

目前,压力波动控制在10%左右,造成电芯厚度偏差较大,当电芯实际厚度比要求大时,在后续的包装处会出现包裹不良;当电芯厚度比要求薄时,电芯则会在注液处出现电解液注液不足。

2. 防护等级不达标,存在安全隐患

为了给员工创造一个更安全的工作环境(根据OSHA要求),避免事故发生,且以更高地安全标准投放欧盟市场,需对设备实施有效的安全防护措施,使设备安全防护等级达到D级。

解决方案

1. 通过PID优化,有效控制压力波动

常规PID容易出现超调或稳定时间过长等现象,因此,需要针对现有PID进行优化。

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优化后的PID闭环控制模型:

在过渡点,将设备速度降低,以控制压力波动,不让压力变化过大;在到达一定压力值后,再切换PID控制,实现压力波动≤5%,且稳定时间更短。

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2. 根据4个步骤,针对性地制定安全防护对策

安全防护主要分为4个步骤:

1.风险识别

2.风险评估

3.安全防护对策

4.PL等级评定。

首先,焊接机的风险识别主要有以下几个方面:

1.热压工位处的热压伺服:

   热压下压时有可能挤压到人;

2.焊机工位处,焊机焊接时有触点风险;

3.人员意外进入设备内可能引起冲撞;

4.机器人取放料时可能挤压到人;

5.转盘工位处,转盘运动时有碰撞人员的风险;

其次,风险评估,为了解决机器人的风险点,基于ISO13849-1(GB/T16855.1)的评定表如下图所示:

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第三,安全防护对策,主要以3个方面来实施:

1.安全冗余回路设计:

   采用双通道输入/输出构成冗余回路,提高硬件回路Category等级

2.提高MTTFd值:

   根据设备运转实际情况,采用B10d相符的元件;

3.提升诊断覆盖率:

   合理检查,使用常开闭的机械触点,使用动态测试。

最后,PL等级评定,根据焊接机的安全设计方案进行安全等级的计算(IS013849-1:2006风险计算标准),以最低安全回路(单个安全功能)的等级评定为例。

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控制系统

      *机械自动化控制器 NJ / NX系列

      *AC 1S系列

      *安全控制单元 NX系列

      *图像处理系统 FH系列

      *SCARA机器人 Cobra 450/650系列

      *安全光幕 F3SG-SR/PG 系列

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实现价值

1. 压力波动≤5%

2. 设备安全等级=D级

【经营层】

■ 在二次电池行业高速发展的背景下,快速应对市场变化,通过提升热压的压力控制精度、以及整体设备的安全防护等级,大幅升级设备性能,致力于打造业内新标准,成为竞争中制胜的法则。

【管理层】

■ 热压压力控制精度的提升,完全建立在控制系统与程序的优化,无需更改机械结构和运动时间,导入时间更快且成本更低。

■ 通过针对性的安全防护对策,实现符合要求的安全等级,保证了现场操作人员的人身安全,提高焊接机效率的同时保证了产品品质。

【工程师层】

■ 从、图像处理、伺服、机器人到安全,欧姆龙提供全套的产品、解决方案与技术支持,通信无障碍,后期维护更简单。

■ 欧姆龙工程师全程参与指导,后期项目调整,只需自行修改参数即可。

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王静
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