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。

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。

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。

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：

風險識別

風險評估

安全防護對策

PL等級評定。

首先，焊接機的風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；

焊機工位處，焊機焊接時有觸點風險；

人員意外進入設備內可能引起沖撞；

機器人取放料時可能擠壓到人；

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：

第三，安全防護對策，主要以3個方面來實施：

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

提高MTTFd值：

根據設備運轉實際情況，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。

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

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。