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【行業案例】高端軟包電池焊接機的應用 | 控制與安全防護的雙重優化,定義行業新標準

【行業案例】高端軟包電池焊接機的應用 | 控制與安全防護的雙重優化,定義行業新標準

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工藝介紹

在二次電池的中段工藝中,電池焊接機首先需要將卷繞/疊片之后的電芯進行快速熱壓,以實現電芯的壓實,然后對電芯的正負極耳進行超聲波焊接。

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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,當電芯實際厚度比要求大時,在后續的包裝處會出現包裹不良;當電芯厚度比要求薄時,電芯則會在注液處出現電解液注液不足。

2. 設備安全防護等級不達標,存在安全隱患

為了給員工創造一個更安全的工作環境(根據OSHA要求),避免事故發生,且以更高地安全標準投放歐盟市場,需對設備實施有效的安全防護措施,使設備安全防護等級達到D級。

解決方案

1. 通過PID優化,有效控制壓力波動

常規PID容易出現超調或穩定時間過長等現象,因此,需要針對現有PID進行優化。

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優化后的PID閉環控制模型:

在過渡點,將設備速度降低,以控制壓力波動,不讓壓力變化過大;在到達一定壓力值后,再切換PID控制,實現壓力波動≤5%,且穩定時間更短。

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2. 根據4個步驟,針對性地制定安全防護對策

安全防護主要分為4個步驟:

1.風險識別

2.風險評估

3.安全防護對策

4.PL等級評定。

首先,焊接機的風險識別主要有以下幾個方面:

1.熱壓工位處的熱壓伺服:

   熱壓下壓時有可能擠壓到人;

2.焊機工位處,焊機焊接時有觸點風險;

3.人員意外進入設備內可能引起沖撞;

4.機器人取放料時可能擠壓到人;

5.轉盤工位處,轉盤運動時有碰撞人員的風險;

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

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第三,安全防護對策,主要以3個方面來實施:

1.安全冗余回路設計:

   采用雙通道輸入/輸出構成冗余回路,提高硬件回路Category等級

2.提高MTTFd值:

   根據設備運轉實際情況,采用B10d相符的元件;

3.提升診斷覆蓋率:

   合理檢查,使用常開閉的機械觸點,使用動態測試。

最后,PL等級評定,根據焊接機的安全設計方案進行安全等級的計算(IS013849-1:2006風險計算標準),以最低安全回路(單個安全功能)的等級評定為例。

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控制系統

      *機械自動化控制器 NJ / NX系列

      *AC伺服系統 1S系列

      *安全控制單元 NX系列

      *圖像處理系統 FH系列

      *SCARA機器人 Cobra 450/650系列

      *安全光幕 F3SG-SR/PG 系列

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實現價值

1. 壓力波動≤5%

2. 設備安全等級=D級

【經營層】

■ 在二次電池行業高速發展的背景下,快速應對市場變化,通過提升熱壓的壓力控制精度、以及整體設備的安全防護等級,大幅升級設備性能,致力于打造業內新標準,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與程序的優化,無需更改機械結構和運動時間,導入時間更快且成本更低。

■ 通過針對性的安全防護對策,實現符合要求的安全等級,保證了現場操作人員的人身安全,提高焊接機效率的同時保證了產品品質。

【工程師層】

■ 從PLC、圖像處理、伺服、機器人到安全,歐姆龍提供全套的產品、解決方案與技術支持,通信無障礙,后期維護更簡單。

■ 歐姆龍工程師全程參與指導,后期項目調整,只需自行修改參數即可。

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審核編輯(
王靜
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