探索锂电池生产设备的自动化控制：从硬件到软件实现

锂电池二封机欧姆龙NJ/NX程序NX1P2-1040DT，全自动锂电池Degas机主站NX1P2-1040DT，ID6142.OD6121等输入输出IO模块搭配FX5U四从站以太网通信控制实例+威纶通触摸屏。整机采用EtherCAT总线网络节点控制，松下A6，雷赛DM3E步进总线控制。轴控制全部封装成功能块，可按照使用选择对应的功能，JOG功能，相对定位，绝对定位。扫码通信功能块。 E5CC温控器SP,SV,AT等读写温度控制，松下真空表真空压力模拟量控制，涵盖人机配方一键换型功能，故障记录功能，产量统计及OEE功能，电池二维条码读取功能，AND电子称数据读写控制，雷赛步进电流，细分，没转脉冲数，极性等触摸屏读写功能，接入智能车间Open Link数据管理，FX5U,FB功能块应用，真空报警，气缸报警。轴报警等FB块。全st梯形图编写，注释齐全。

在锂电池生产领域，设备的自动化控制对于提高生产效率、保证产品质量至关重要。今天就来聊聊锂电池二封机以及全自动锂电池 Degas 机的自动化控制实现，这里面涉及到了丰富的硬件搭配和精妙的软件编程。

一、硬件架构

1. 主站与模块

主站采用欧姆龙的 NX1P2 - 1040DT，它就像是整个控制系统的“大脑”，统筹指挥各个部分的运作。同时搭配 ID6142、OD6121 等输入输出 IO 模块，这些模块如同“触角”，负责与外部设备进行信号交互。

2. 通信网络

整机采用 EtherCAT 总线网络节点控制，这种高速实时的工业以太网总线，大大提升了数据传输效率和系统响应速度。就好比是一条宽敞通畅的高速公路，让各个设备之间的信息能够快速准确地传递。

另外，还通过以太网与 FX5U 四从站进行通信控制，实现更复杂的分布式控制。这就像组建了一个高效的团队，大家各司其职又紧密协作。

3. 驱动控制

松下 A6 和雷赛 DM3E 步进总线控制负责轴的运动控制。松下 A6 驱动器以其高精度和稳定性，为设备的精准运行提供保障；雷赛 DM3E 步进驱动器则以其灵活性和性价比，在步进控制领域发挥重要作用。

4. 其他设备

E5CC 温控器用于温度控制，松下真空表负责真空压力模拟量控制，AND 电子称用于数据读写控制。这些设备从不同方面保障了生产过程中的各项参数精确可控。

同时，威纶通触摸屏作为人机交互界面，操作人员可以方便地进行参数设置、状态监控等操作，就像是设备与人沟通的“桥梁”。

二、软件实现 - 梯形图编程

整个控制系统采用全 ST 梯形图编写，并且注释齐全，这对于程序的可读性和维护性非常友好。哪怕是后来的工程师，也能快速理解程序的逻辑和功能。

1. 轴控制功能块

轴控制全部封装成功能块，极大地提高了代码的复用性和可维护性。比如下面是一个简单的相对定位功能块示例（欧姆龙梯形图示意，代码非完整可运行代码）：

// 定义变量 VAR AxisNo : INT; // 轴编号 Distance : REAL; // 移动距离 Velocity : REAL; // 移动速度 END_VAR // 相对定位功能块调用 MC_MoveRelative( Axis := AxisNo, Distance := Distance, Velocity := Velocity, OverV := 100, OverAcc := 100, OverDec := 100, Interrupt := FALSE, Done => DoneFlag, Error => ErrorFlag );

在这个功能块中，通过设定轴编号、移动距离和速度等参数，就可以方便地实现轴的相对定位运动。MC_MoveRelative是欧姆龙提供的标准运动控制指令，通过传递不同的参数，实现各种轴运动控制需求。其他 JOG 功能、绝对定位功能块原理类似，只是调用的指令和参数设置有所不同。

2. 扫码通信功能块

扫码通信功能块负责与扫码设备进行数据交互，获取电池的相关信息。虽然具体代码因扫码设备协议而异，但大致思路是通过串口或者以太网通信协议，发送指令并接收扫码设备返回的数据。例如，如果使用串口通信（以 Modbus RTU 协议为例，代码示意）：

// 初始化串口参数 SerialPort_Init( Port := 1, // 串口 1 BaudRate := 9600, DataBits := 8, Parity := None, StopBits := 1 ); // 发送读取条码指令 Send_Command( Port := 1, Command := [0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x84, 0x0A] // 假设的 Modbus 读指令 ); // 接收并处理返回数据 Receive_Data( Port := 1, Data => BarcodeData // 存储条码数据的变量 );

这里首先初始化串口参数，然后发送特定的 Modbus 读指令去获取条码数据，最后对接收到的数据进行处理。不同的扫码设备和通信协议，指令和数据处理方式会有所不同，但整体逻辑是类似的。

3. 温度与压力控制

对于 E5CC 温控器的温度控制，通过读写其 SP（设定值）、SV（测量值）、AT（自动调谐）等参数实现精确温控。以读取 SV 值为例（欧姆龙梯形图代码示意）：

// 定义变量 VAR Temperature : REAL; // 存储温度值 END_VAR // 读取 E5CC 温控器 SV 值 Read_E5CC_SV( Device := 'E5CC_1', // 假设的设备名称 Value := Temperature );

在这个代码片段中，通过ReadE5CCSV功能块读取 E5CC 温控器的测量温度值，并存储在Temperature变量中，方便后续根据这个值进行温度调节。

松下真空表真空压力模拟量控制也是类似原理，通过模拟量输入模块读取真空表输出的模拟量信号，转换为实际压力值，再进行相应的控制逻辑。

4. 其他功能实现

人机配方一键换型功能：通过威纶通触摸屏，操作人员可以选择不同的生产配方，程序根据选择的配方加载相应的参数，实现快速换型生产。这部分主要涉及到配方数据的存储（可以使用 PLC 的数据寄存器）和读取逻辑。
故障记录功能：当设备出现故障时，程序会记录故障发生的时间、类型等信息。可以通过建立一个故障记录数据表，每次故障发生时，将相关信息写入表中，方便后续故障排查和分析。
产量统计及 OEE 功能：通过对生产过程中的合格产品数量、设备运行时间、停机时间等数据的统计和计算，得出产量和 OEE（设备综合效率）。例如，每生产一个合格产品，产量计数变量加 1，通过定时器记录设备运行时间，当设备停机时记录停机时间，然后通过公式计算 OEE。
电池二维条码读取功能：与扫码通信功能块结合，读取电池上的二维条码信息，用于产品追溯等功能。
AND 电子称数据读写控制：类似于扫码通信，通过通信协议与 AND 电子称进行数据交互，读取重量等数据，用于质量控制。
雷赛步进电流、细分、每转脉冲数、极性等触摸屏读写功能：通过在威纶通触摸屏上设置相应的输入输出控件，与 PLC 程序进行数据交互，实现对雷赛步进驱动器参数的调整。例如，在触摸屏上设置一个数值输入框，关联到 PLC 中控制步进电流的变量，当操作人员在触摸屏上输入新的电流值后，PLC 程序将这个值发送给雷赛步进驱动器，实现参数调整。

5. 报警功能块

真空报警、气缸报警、轴报警等都封装成 FB 块。以轴报警为例（欧姆龙梯形图代码示意）：

// 定义变量 VAR AxisNo : INT; // 轴编号 AlarmStatus : BOOL; // 报警状态 END_VAR // 轴报警功能块调用 Axis_Alarm( Axis := AxisNo, Alarm => AlarmStatus ); // 根据报警状态进行处理 IF AlarmStatus THEN // 例如点亮报警指示灯 Set_Alarm_Indicator(ON); // 记录报警信息 Log_Alarm('Axis', AxisNo, 'Alarm occurred'); END_IF

在这个功能块中，通过Axis_Alarm功能块检测轴是否发生报警，并将报警状态存储在AlarmStatus变量中。然后根据报警状态进行相应处理，比如点亮报警指示灯、记录报警信息等。

三、接入智能车间 Open Link 数据管理

最后，将设备接入智能车间 Open Link 数据管理系统，这使得设备能够与整个车间的生产管理系统进行数据交互。可以将设备的运行数据、生产数据、故障数据等上传到管理系统，同时接收管理系统下发的生产任务等指令，实现更高效的智能化生产管理。这部分涉及到特定的数据接口和通信协议开发，不同的智能车间管理系统可能有所差异，但目的都是实现设备与管理系统的无缝对接。

通过这样一套从硬件到软件的完整自动化控制方案，锂电池二封机和全自动锂电池 Degas 机能够高效、稳定、精确地运行，为锂电池的生产提供有力保障。希望这篇博文能让大家对锂电池生产设备的自动化控制有更深入的了解。