1. 項目簡介
蓄電池是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中非常重要的電氣設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國防、航空、通信、能源、交通等眾多領(lǐng)域。汽車用蓄電池一直是蓄電池市場需求產(chǎn)量最大的品種，隨著汽車行業(yè)作為國家重點發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，車用鉛酸蓄電池的用量也迅速增加，大約占整個鉛酸蓄電池用量的80%。加之原有汽車對蓄電池的替換需求，汽車蓄電池的市場需求量還將有一個較大的增長。電動自行車作為一種新型代步工具，受到了群眾的認(rèn)可和歡迎，產(chǎn)量和社會擁有量迅速增長，其專用蓄電池的需求量也迅速擴(kuò)大，產(chǎn)值已超過原來居第二位的固定型蓄電池。目前新能源儲能也成為蓄電池新的應(yīng)用市場，這些新的增長點都為蓄電池行業(yè)帶來更大的發(fā)展空間，而且蓄電池行業(yè)的發(fā)展，也推動了其他眾多行業(yè)的發(fā)展。
但是，目前蓄電池生產(chǎn)企業(yè)眾多，競爭也越來越激烈，另外隨著汽車行業(yè)的逐步開放，外資汽車制造廠在國內(nèi)逐步發(fā)展，導(dǎo)致對配套電池要求提高，這些都要求蓄電池生產(chǎn)企業(yè)必須提升產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，來適應(yīng)新的市場需求。
南京某公司專業(yè)生產(chǎn)各種蓄電池專用設(shè)備，主要生產(chǎn)極板設(shè)備、裝配設(shè)備、后處理設(shè)備、充放電機(jī)、檢測設(shè)備及環(huán)保等設(shè)備，以良好的質(zhì)量和較高的性價比，在國內(nèi)外中高端廠商用戶中有較好口碑。
針對市場上對電池生產(chǎn)線檢測設(shè)備越來越高的要求，該公司推出了全自動短路內(nèi)阻檢測機(jī)設(shè)備，采用西門子S7-200 SMART PLC 作為主控系統(tǒng)。全自動短路內(nèi)阻檢測機(jī)是電池生產(chǎn)線中必不可少的專業(yè)質(zhì)量檢測設(shè)備，相比以往的設(shè)備具有更多的優(yōu)勢。它將以往獨立的短路檢測機(jī)和內(nèi)阻檢測機(jī)，融為一體，同時檢測短路和內(nèi)阻，將兩個工序并為一個工序處理，縮短處理時間，提高了生產(chǎn)效率，也節(jié)約了設(shè)備成本。
2.工藝流程介紹
全自動短路內(nèi)阻檢測機(jī)是蓄電池質(zhì)量檢測設(shè)備，用于將需檢測的蓄電池傳送到高壓短路檢測位置和內(nèi)阻檢測位置，分別接通檢測電路，進(jìn)行極板短路檢測和焊點內(nèi)阻檢測，以此來檢查蓄電池質(zhì)量。
短路檢測采用脈沖高壓進(jìn)行測試，用于檢測蓄電池組裝過程中正負(fù)極板間的安全間距，可靠的檢測出極板間存在微短路的電池，快速精確的測試出不合格產(chǎn)品。這樣就能在電池組裝后，充電之前就檢測出錯誤，獲得電池更高的質(zhì)量產(chǎn)出，大大減少因電池極板短路造成產(chǎn)品的不合格率。
內(nèi)阻檢測用于檢查蓄電池穿壁焊接后的焊接質(zhì)量，給穿壁焊的兩個極耳之間加一個恒定的電流，根據(jù)穿壁焊兩個極耳之間的電阻不同用精密毫伏表測出電壓的變化，能夠有效的檢測電池在穿壁焊過程中出現(xiàn)的氣孔、假焊、濺鉛等缺陷，從而減小因焊接不達(dá)標(biāo)造成的產(chǎn)品不合格。
全自動短路內(nèi)阻檢測機(jī)，通過光電開關(guān)檢測蓄電池位置，將蓄電池傳送到電路和內(nèi)阻檢測位置，下降并夾緊測試機(jī)頭，自動完成短路檢測和內(nèi)阻檢測，判斷產(chǎn)品是否合格，執(zhí)行相應(yīng)動作。
控制系統(tǒng)流程圖如下：見圖1
3.方案確定及產(chǎn)品硬件配置
全自動短路內(nèi)阻檢測機(jī)，相比以往的檢測設(shè)備，工藝更加復(fù)雜，程序處理量更大，邏輯更加繁瑣，且需要與多個設(shè)備進(jìn)行通訊，從而對PLC處理器的性能要求更高。因此，根據(jù)其要求最終選擇了運(yùn)算處理速度更快，性價比更高的SIMATIC S7-200 SMART PLC。
本系統(tǒng)使用數(shù)字量輸入輸出點數(shù)較多，需要24個數(shù)字量輸入和22個數(shù)字量輸出，總共46個數(shù)字量IO，選用SR60 CPU模塊，其本體集成I/O點數(shù)高達(dá)60點，充分滿足了系統(tǒng)的需求。另外還需要1個模擬量輸出，連接恒流源設(shè)備，SR60標(biāo)準(zhǔn)型CPU，可方便地擴(kuò)展模擬量模塊，以滿足系統(tǒng)要求。
以往的檢測設(shè)備不帶觸摸屏，人機(jī)交互很不方便，不能實時了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。全自動短路內(nèi)阻檢測機(jī)增加了HMI設(shè)備，選用了SMART 700 IE觸摸屏，使操作更加方便，隨時監(jiān)控設(shè)備的正常運(yùn)行或故障狀態(tài)。這款7寸寬屏觸摸屏相對于上代產(chǎn)品，顏色更加豐富，且集成了以太網(wǎng)接口。S7-200 SMART PLC通過內(nèi)置以太網(wǎng)接口與SMART 700 IE觸摸屏進(jìn)行通信，組網(wǎng)方便，且通訊快速。
在內(nèi)阻測試時需使用5個毫伏表、1個電流表，采用MODBUS RTU通訊。通過CPU模塊集成485接口與軟件集成的MODBUS通訊指令庫，很方便地實現(xiàn)MODBUS RTU通訊。（見圖2）
主要硬件配置表：
網(wǎng)絡(luò)配置圖：（見圖3）
4.軟件開發(fā)
全自動短路內(nèi)阻檢測機(jī)具有手動和自動兩種模式。
手動模式可執(zhí)行滾道啟停，高壓短路測試機(jī)頭上升下降，內(nèi)阻測試機(jī)頭上升下降，高壓短路測試機(jī)頭夾緊，內(nèi)阻測試機(jī)頭夾緊，剔除汽缸開關(guān)等手動動作。
自動模式，通過光電開關(guān)檢測蓄電池位置，使用滾道將蓄電池傳送到短路檢測位置，自動下降高壓短路測試機(jī)頭并夾緊，接通高壓短路測試儀器，短路檢測完成后，再將蓄電池傳送到內(nèi)阻檢測位置，自動下降內(nèi)阻測試機(jī)頭并夾緊，接通內(nèi)阻測試電路，自動完成內(nèi)阻檢測，并判斷電池是否合格，不合格產(chǎn)品通過滾道傳送到剔除位置剔除，合格產(chǎn)品傳送到下一工序。
模擬量輸出連接至內(nèi)阻測試用恒流源設(shè)備，用于設(shè)定恒流源大小，信號量程1-5V。通過軟件設(shè)置模擬量輸出通道組態(tài)，可選擇電流0-20mA或電壓正負(fù)0-10V，所以必須在程序中進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換，對應(yīng)1-5V，方可正常使用。
在內(nèi)阻測試時，需要讀取電流表和毫伏表的數(shù)值來計算內(nèi)阻值，這5個毫伏表和1個電流表是通過MODBUS總線與PLC進(jìn)行通訊的，STEP 7- Micro/WIN SMART 提供便利的MODBUS指令庫功能，將子程序轉(zhuǎn)化成指令塊，與普通指令塊一樣，直接拖拽到編程界面就能完成調(diào)用。通過設(shè)置好相應(yīng)地址、波特率、讀寫模式以及數(shù)據(jù)交換區(qū)地址等參數(shù)，便可實現(xiàn)PLC與毫伏表和電流表的數(shù)據(jù)交換。但MODBUS是半雙工通訊的，不能同時讀寫多個設(shè)備，所以必須編寫輪詢程序?qū)崿F(xiàn)多個設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫。
5。應(yīng)用體會
SIMATIC S7-200 SMART PLC集成IO點數(shù)更多，性價比更高，更加符合小型OEM設(shè)備的需求。PLC本身集成了以太網(wǎng)接口，不需要使用專用編程電纜，使用網(wǎng)線就可以下載程序和進(jìn)行程序調(diào)試，在實際使用中很方便，而且下載速度非常快。
SIMATIC SMART 700 IE觸摸屏，顏色更加豐富，顯示效果比以前更好。觸摸屏本體集成了以太網(wǎng)接口和串口，接口比以前多了，提供了用戶更多的通訊連接選擇。另外，通過以太網(wǎng)可同時連接3臺PLC通訊，相比上一代產(chǎn)品只能與1臺PLC通訊，有所增強(qiáng)，可以滿足一些特殊應(yīng)用的場合。
STEP 7- Micro/WIN SMART編程軟件，總體上保持STEP 7- Micro/WIN軟件界面和功能，改進(jìn)了一些菜單和窗口，操作方便。移植老程序也很方便，只需復(fù)制過來即可。STEP 7- Micro/WIN SMART軟件本身集成了MODBUS和USS指令庫，不需要另外安裝，使用起來很方便。但軟件沒有集成量程轉(zhuǎn)換的指令庫，需要自己編程或從STEP 7- Micro/WIN軟件中移植過來，希望以后能夠增加集成，從而使編程更加方便。
6.意見與建議
SIMATIC S7-200 SMART PLC只集成了一個以太網(wǎng)接口，在該接口已連接觸摸屏，又沒有路由器的情況下，想要在線監(jiān)控程序狀態(tài)時，需要將觸摸屏網(wǎng)線拔下，使用中略有不便。未來是否能考慮增加集成以太網(wǎng)接口，使組網(wǎng)更加方便，也利于程序調(diào)試。S7-200 SMART PLC目前沒有電池模塊，不能滿足長時間斷電保持時鐘和數(shù)據(jù)的場合，希望能盡早推出電池模塊。
參考文獻(xiàn)
[1] 西門子技術(shù)文檔， S7-200 SMART PLC樣本手冊
[2] 西門子技術(shù)文檔， SMART LINE 觸摸屏樣本手冊
作者簡介:
卞朋兵，男，本科，應(yīng)用工程師，西門子（中國）有限公司江蘇分公司
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