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1、锂电池极耳焊接机控制系统的研究与实现摘要：虽然在我国科学技术水平的不断提高下，国内自主研发生产的锂电池设 备产品的数量和种类越来越多，但绝大多数锂电池设备厂家仍然习惯使用单机自 动化设备，因此也在一定程度上影响了锂电池设备生产的灵活性。作为其卷绕电 芯成型中的一大重要设备，锂电池极耳焊接机的控制对锂电池设备自身的生产质 量和使用性能有着直接的影响作用。基于此，本文将通过着重围绕锂电池极耳焊 接机控制系统进行简要分析研究，使其可以更好地满足锂电池制造工艺需求。关键词：锂电池；极耳焊接机；控制系统引言：锂电池极耳焊接机作为一台具有较高精密性的锂离子制片设备，通过 焊接极耳超声波，将保护胶纸牢牢贴于
2、极耳位置处。利用包括极片开卷及其驱动 机构和缓存装置等相关部件，在精密机构以及气动系统的作用下，自动焊接极耳 并对张力进行有效控制，从而为锂电池产品的生产制造提供有效帮助。因此，控 制锂电池极耳焊接机意义重大。本文将通过探究锂电池极耳焊接机控制系统，尝 试为提高锂电池极耳焊接机控制成效提供全新的方法与思路。一、锂电池极耳焊接机控制系统设计方案（一）硬件设计在对锂电池极耳焊接机控制系统的硬件部分进行设计的过程中，本文通过结 合相关研究文献，将系统硬件设计为PC104与FPGA主机板相互结合的模式，运 用模块化的设计理念使得系统能够拥有较好的开放性1。在此基础上建立起RTAI 嵌入式实时操作系统，
3、并将任务软件以及具有可配置性的FPGA硬件引入其中， 进而使得锂电池极耳焊接机控制系统能够拥有更加强大的实时多任务处理能力。 为了使得系统能够具备较高的性能水平，在设计过程中通过将主CPU单元设计成 功率相对较低的Pentium-III处理器，使得硬件中断延迟能够不超过25s。本文所 设计的系统当中通过利用相应软件和主CPU共同构成其运动控制模块，不仅使得 系统硬件结构更加简化，同时也有助于提高系统的安全可靠性。此外，本文通过 参考其他研究，在对系统程序以及应用程序、加工代码进行保存的过程中，设计 使用CF卡形式，进而有效扩大了系统存储。直接利用软件控制位置，并运用 FPGA下的可编程主板机，
4、用于屏蔽系统整体电磁。使用超过1Mk的高速光耦加 强保护控制I/O点。作为锂电池极耳焊接机控制系统中至关重要的硬件组成部分之一，在核心中 央处理器方面，本文设计选用PC/104,利用其自带的良好扩展性和开发性，使其 可以在有效兼容PC以及PC/AT标准下，能够为后续系统的升级和运维提供相应 便利。不仅如此，PC/104采用针孔堆叠的总线结构，经由上层针PC/104总线能 够有效连接基板孔咬合，对于提高系统抗震性能也具有积极的帮助作用。在本文 设计选用的PC/104当中，分别拥有两个USB接口和RS232串口，以及硬盘接口、 CF卡接口的键盘鼠标接口各一个，其内部自带的看门狗定时器可以终止系统自
5、动 复位。（二）软件设计在对锂电池极耳焊接机控制系统的软件部分进行设计时，笔者同样通过结合 前人学者的研究成果，通过将系统依次分为界面层、任务调度层以及控制层和驱 动层。在界面层当中，主要负责将各种加工信息及时提供给用户，并显示出清晰 直观的操作界面，使得用户能够对系统进行在线编程和监控。在运用TCl/Tk脚本 语言进行编写下，其命令解释器可以较好地嵌入至C程序中，进而可以根据实际 情况随时将图形界面添加至C程序中，为之后系统中管理层以及控制层的软件编 写提供方便。在任务调度层当中，包含总控模块以及其他众多不同功能模块，例如文件管 理、系统参数管理等等。当锂电池极耳焊接机控制系统处于运行状态时
6、，总控模 块将自动启动并加载控制层和界面层，在进入到事件循环当中后等待界面层操作 请求。在顺利接收到界面层发出的请求后，依照具体的请求内容，总控模块将对 相应的功能模块进行调用，在完成任务调度的同时将获取的处理结果直接存储在 相应数据结构中。系统主要利用控制层负责实时控制锂电池极耳焊接机，通常控 制层中包括软PLC模块和运动控制模块等在内的若干模块。当控制命令传输至控 制层后，通过启动运动控制模块并严格按照既定时间间隔进行周期运行，在利用 HAL驱动对相关构件进行调用下，可以对底层硬件操作细节进行有效屏蔽。总体来说，在设计锂电池极耳焊接机控制系统的过程中，通过将PC/104与 FPGA相互结合
7、作为硬件平台，并引入软PLC技术，能够有效捕获外部信号并实现 其他相关功能。在FPGA的作用下，PC/104总线数据可以有效转换成伺服及步进 电机驱动器所需串行脉冲以及方向信号，通过对发送脉冲具体个数等进行准确记 录，结合实际情况制定出相应的控制命令。在将其传输至MOT模块中后系统即 可高效、精准地完成对锂电池极耳焊接机的实时控制。二、锂电池极耳焊接机控制系统性能测试为了有效检验本文设计的锂电池极耳焊接机控制系统是否具有良好的应用性 能，本文通过采用仿真测试的方式，选用相应的伺服电机，并使用直流电机作为 放极耳电机。其中伺服电机的控制模式为脉冲和方向相互结合，除两路驱动电机 驱动器拨码设置成9
8、之外，其他所有伺服驱动器拨码均设定为8。在实际进行焊 接测试的过程中，测试人员通过点击按钮焊头，其在自动下降至指定位置后将会 发出超声波，当所有焊接工作全部完成后，焊头将重新进行自动上升至原始位置。 在引入一个开关量控制信号并延时设置时间常数下，即可有效控制超声波焊机。 在对手动气缸进行操作的过程中，测试人员在点击触摸屏之后根据相应调试即可 进行气缸的调试操作2。在测试过程中需要注意避免电机在极限位，并严格按照相关标准要求对极耳 电机运行进行相应控制，依次有效保障测试结果的精准性。通过将测试得到的锂 电池极耳焊接机控制系统各项性能指标同规定值进行一一比对，可知系统各项性 能指标均与标准要求相符
9、。而笔者通过对系统在实际运行下获得的焊接和贴胶带 效果进行观察，发现正负极耳分别牢固焊接在铜箔和铝箔之上，且边缘位置处牢 固粘贴保护胶，因此也证明系统具有良好的应用性能。结束语：本文通过对锂电池极耳焊接机控制系统进行分析研究，通过采用 PC104与FPGA相互结合的方式作为系统硬件核心，并利用软PLC技术以及HAL 技术等，在将锂电池极耳焊接机控制系统细分成运动与逻辑模块两大控制模块下， 使得软件系统能够具备较高的独立性。而通过后期的性能仿真测试，不仅证明锂 电池极耳焊接机控制系统各项性能指标均与相关标准要求相符，同时其可以自动 化、高质量地完成连续焊接锂电池极耳以及贴胶等动作，为提高锂电池的自动化 生产效率奠定了良好基础。参考文献：1谢林菲，游林儒，王立松.基于PC104与PLC的锂电池全自动卷绕机控制器设 计J.组合机床与自动化加工技术.2009，428(10):65-66.2郎鹏，任剑.发展我国锂离子动力电池关键工艺设备思考J.电子工业专用设备. 2009, 178(11):24-25.
