【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

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。

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. 设备安全防护等级不达标，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。

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。

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：

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。

控制系统

      *机械自动化控制器 NJ / NX系列

      *AC伺服系统 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

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PLC、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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