源電池尤其是動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)是近些年非�;鸨男屡d產(chǎn)業(yè),市場(chǎng)發(fā)展前景非常富有想象力。相對(duì)于傳統(tǒng)的不管是鉛酸蓄電池,還是鎳氫電池,甚至燃料電池,鋰電池?zé)o論是在壽命、環(huán)保、安全方面,還是高容量、體積小、重量輕等方面有很大的優(yōu)越性及發(fā)展?jié)摿�。新行業(yè),新產(chǎn)品往往是百花齊放,也有魚(yú)目混珠。
目前這個(gè)行業(yè),不管是電池本身的設(shè)計(jì),還是其生產(chǎn)工藝,還是制造它的生產(chǎn)線及設(shè)備都還缺乏比較完善的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo),尤其是其產(chǎn)品線的后段。這樣導(dǎo)致的現(xiàn)狀是產(chǎn)品線設(shè)計(jì)及調(diào)試周期長(zhǎng),投入資源大,而最后產(chǎn)品品質(zhì)得不到保證,生產(chǎn)效益低也是目前行業(yè)普遍現(xiàn)象。
我們知道自動(dòng)化線及設(shè)備設(shè)計(jì)的成功與否或者好壞,不但取決于自動(dòng)化技術(shù)水平:包括設(shè)計(jì)理念、控制架構(gòu)、元器件選型、作業(yè)方式等的把握及其標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化;而且也取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。
對(duì)于后者,自動(dòng)化設(shè)備提供是無(wú)法準(zhǔn)確把握的,而電池生產(chǎn)廠家往往又對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)線及設(shè)備的技術(shù)缺乏足夠的理解。實(shí)踐證明:要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化線及設(shè)備的高效化需要產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設(shè)備開(kāi)發(fā)兩者的高度融合。也就是說(shuō),面向客戶、面向產(chǎn)品、面向工藝才是自動(dòng)化行業(yè)的根本目的和設(shè)計(jì)落腳點(diǎn);而方案、技術(shù)、選型等只是實(shí)現(xiàn)的方法和手段。
本文主要是探討動(dòng)力鋰電池自動(dòng)化產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)備、儀器、工具的選型的一些思路。
一、鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中的現(xiàn)狀
目前市場(chǎng)上采用較多的鋰電池主要為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,首先二者正極原材料差異就大,因而雖然整個(gè)生產(chǎn)工藝流程比較接近但各階段工藝參數(shù)還是有差異,而且不同應(yīng)用廠家有不同的材料的使用和配比,工藝的變化、相應(yīng)的設(shè)備選擇也就有差異。
另外,鋰電池從外形上分方形電池、圓柱電池和軟包電池;而從應(yīng)用的角度,又分?jǐn)?shù)碼電池、動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池。其中動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池是將眾多單個(gè)的電芯通過(guò)串、并聯(lián)的方式連接起來(lái)的電池組及電池包,并綜合了動(dòng)力和熱管理等電池管理系統(tǒng)。
相比于數(shù)碼電池,電芯的配組、組裝是動(dòng)力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用的關(guān)鍵,是連接上游電芯生產(chǎn)和下游(如整車生產(chǎn))應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)。相比電池的前段相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的電芯生產(chǎn)、組裝工藝,后段電芯的配組、組裝工藝,目前還缺乏成熟的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
本文將主要以方形電芯動(dòng)力鋰電池為例,探討其后段的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。
二、電池生產(chǎn)的工藝及其特征
鋰電池生產(chǎn)牽涉到一套很長(zhǎng)、復(fù)雜的生產(chǎn)鏈,從整個(gè)生產(chǎn)鏈來(lái)看鋰電池生產(chǎn)是典型的流程式生產(chǎn),即工藝過(guò)程基本上是連續(xù)進(jìn)行的,生產(chǎn)順序幾乎不變。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化成熟度及工序的相關(guān)度,電芯生產(chǎn)段即動(dòng)力電池生產(chǎn)的前段已發(fā)展了十多年,基本上工藝、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化成熟度比較高,適用于離散式流程生產(chǎn)方式。而后段動(dòng)力電池組裝段是近些年才發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)業(yè),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還處于探索階段,相比則其自動(dòng)化生產(chǎn)適用流水線式流程生產(chǎn)方式。整個(gè)流程一般分幾段,中間通過(guò)成品/半成品緩存庫(kù)連接。
消費(fèi)領(lǐng)域的數(shù)碼電池是鋰電池行業(yè)發(fā)展最早也最成熟的應(yīng)用產(chǎn)品,其生產(chǎn)工藝及設(shè)備基本標(biāo)準(zhǔn)化。主要由上游電芯生產(chǎn)廠家生產(chǎn),其“電芯”也是構(gòu)成動(dòng)力電池生產(chǎn)最基本的原料。電芯生產(chǎn)段主要涉及的設(shè)備有:
1,極片制作段:攪拌機(jī),涂布機(jī),輥壓機(jī),分條機(jī),制片機(jī)。
2,電芯制作段:卷繞機(jī),疊片機(jī),入殼、注液、封口等預(yù)裝設(shè)備。
3,電芯組裝段:充電化成設(shè)備,分容測(cè)試柜,電芯測(cè)試儀,電芯封裝設(shè)備。
電芯生產(chǎn)段主要應(yīng)用到的控制技術(shù)包括:同步控制,糾偏技術(shù),張力控制等;牽涉到的主要儀器及專用設(shè)備主要有電芯的電壓、內(nèi)阻測(cè)試儀器,分容測(cè)試柜,超聲波焊接,中低功率激光焊接機(jī)等等。這些不是本文需要探討的重點(diǎn),電池生產(chǎn)的后段:動(dòng)力電池組裝段才是本文探討的重點(diǎn)。
三、動(dòng)力電池組裝工藝及產(chǎn)線配置
動(dòng)力電池組裝自動(dòng)化生產(chǎn)主要包括:電芯處理段,模組組裝段,模組框架焊接段,匯流排焊接段,PACK裝配段。某方形動(dòng)力電池生產(chǎn)流程如下圖:
從圖中可見(jiàn)動(dòng)力電池組裝流程基本是從頭到尾連續(xù)進(jìn)行的,一般在模組組裝與電池包組裝段之間通過(guò)模組緩存庫(kù)來(lái)連接,也就是說(shuō),整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可以分成兩段流程型自動(dòng)線。
一般而言,不管是軟包電池、硬殼電池還是圓柱電池。模組的自動(dòng)化組裝工藝流程都是從電芯上料開(kāi)始的,這個(gè)來(lái)料可以是原供應(yīng)商提供的包裝,也可以是廠家經(jīng)過(guò)檢測(cè)后統(tǒng)一整理好的專用料框。上料可以是人工操作,也可以通過(guò)傳送帶自動(dòng)上料,然后通過(guò)機(jī)器手臂抓取。
上料的同時(shí)會(huì)進(jìn)行電芯的讀碼、電芯極性檢測(cè)、電芯分選、電芯厚度檢測(cè)、電芯電性能OCV等檢測(cè),并將不良品剔除。來(lái)料通過(guò)初檢和分選之后,根據(jù)模組和工藝要求的不同會(huì)分別進(jìn)行諸如等離子清潔、涂膠貼膠、電芯堆疊、模組組裝、極耳裁切整形、模組框架焊接、模組打碼掃碼、模組檢測(cè)、匯流排焊接、BMS系統(tǒng)連接、模組最終檢測(cè)、模組下料等工序。
這一序列工序是完成從單個(gè)電芯配組成模組的組裝工藝過(guò)程,從模組配組成電池包過(guò)程也基本類似。也就是說(shuō)所有的工序、處理動(dòng)作都是圍繞單個(gè)電芯配組成模組再配組成電池包而進(jìn)行的,如:只有經(jīng)過(guò)一序列檢測(cè)、處理合格,滿足所謂“同一性”要求的電芯才能參與配組;電芯堆疊與模組框架組裝好,符合成組要求,滿足組裝精度才能進(jìn)行電芯串并聯(lián)的焊接作業(yè);電芯組裝成模組后合不合格要通過(guò)測(cè)試才能確定等等。
當(dāng)然不同電池生產(chǎn)廠家,同一廠家不同的規(guī)格型號(hào)有不同的生產(chǎn)流程,但大的流程方向上差不多。主要差別是電芯、模組、電池包有不同的尺寸、規(guī)格,也有不同分檔、配組原則,至于測(cè)試參數(shù)、電源管理、溫度監(jiān)控等等基本上是各公司的核心數(shù)據(jù)。
因此,由于電芯及側(cè)板、端板、絕緣片、連接片等投入物料差異;模組及電池包的結(jié)構(gòu)和組裝差異;行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的缺位等因素,所以設(shè)計(jì)時(shí)要著重注意產(chǎn)線的兼容性、整線的節(jié)拍,也就是說(shuō)目前生產(chǎn)線設(shè)計(jì)要定位于多規(guī)格小批量混線生產(chǎn)方式。這也從一個(gè)角度說(shuō)明:產(chǎn)線的控制架構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)采集和處理方式從技術(shù)層面看是設(shè)計(jì)自動(dòng)化產(chǎn)線控制系統(tǒng)的關(guān)鍵,圍繞MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))設(shè)計(jì)才是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的指導(dǎo)核心。
基于以上分析,盡量配置機(jī)器人參與電池組裝生產(chǎn)是明智選擇,配合輸送線、視覺(jué)定位、專用設(shè)備(如高功率激光焊接機(jī))和專用檢測(cè)儀器等完成整個(gè)電池生產(chǎn)過(guò)程。
如上圖所示電芯處理段,比較適合用同步帶輸送線(相比電芯尺寸小且變動(dòng)也不大),各工位同步運(yùn)行,各工序間狀態(tài)和參數(shù)的連接、轉(zhuǎn)換穩(wěn)定可靠。模組堆疊、組裝則更適合用選用機(jī)器人。如下圖,模組框架外殼的焊接牽涉到焊接、視覺(jué)定位,同樣應(yīng)用機(jī)器人更方便靈活;至于把不同來(lái)料組裝在一起,半成品/成品生產(chǎn)工位的轉(zhuǎn)移就更能發(fā)揮機(jī)器人的靈活方便優(yōu)勢(shì),這也是多規(guī)格小批量混線生產(chǎn)方式的最佳選擇。
四、動(dòng)力電池生產(chǎn)線控制系統(tǒng)分析
由前文對(duì)動(dòng)力電池組裝產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程特點(diǎn)的分析,從控制系統(tǒng)角度看:PLC,機(jī)器人、掃碼、物料傳輸、檢測(cè)、測(cè)試、焊接、自適應(yīng)、MES(制造執(zhí)行管理系統(tǒng))是整條產(chǎn)線中需要解決的關(guān)鍵技術(shù),也是適用多規(guī)格小批量生產(chǎn)形態(tài)的重要技術(shù)支撐。
正如前文說(shuō)的:產(chǎn)線的控制架構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)采集和處理方式從技術(shù)層面看是設(shè)計(jì)自動(dòng)化產(chǎn)線控制系統(tǒng)的關(guān)鍵,圍繞MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))設(shè)計(jì)才是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的指導(dǎo)核心。
MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES側(cè)重于車間作業(yè)計(jì)劃的完成,可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、設(shè)備管理、工具工裝管理、采購(gòu)管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊,為企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。
它是所謂工業(yè)3.0數(shù)字化工廠背景的產(chǎn)物,經(jīng)過(guò)近2、30年的發(fā)展,其廣度、深度已發(fā)生很大變化。它所包含的十幾項(xiàng)目功能,在不同應(yīng)用領(lǐng)域,不同的生產(chǎn)環(huán)境,側(cè)重點(diǎn)會(huì)所不同。
一般商用MES系統(tǒng)雖然提供二次開(kāi)發(fā)功能,但在實(shí)際應(yīng)用,尤其是與設(shè)備層的連接上,因?yàn)閷?shí)際的生產(chǎn)領(lǐng)域、環(huán)境、形態(tài)、工藝,甚至客戶要求等各方面差異很大,應(yīng)用起來(lái)并不是很順手,最好的方式還是根據(jù)MES的原理根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用量身定做開(kāi)發(fā)專用的MES系統(tǒng)。
對(duì)于動(dòng)力電池自動(dòng)生產(chǎn)線,MES需要的功能及特征包括但不僅限于:
設(shè)備管理:設(shè)備和工藝操作模式,狀態(tài)、參數(shù)及配置的管理,也包括產(chǎn)線及設(shè)備運(yùn)行性能、產(chǎn)能的評(píng)估:uptime,downtime,yield,efficiency等。
數(shù)據(jù)采集:在線、實(shí)時(shí)采集或處理各種原始數(shù)據(jù),生成各種數(shù)據(jù)庫(kù)并保存。這些數(shù)據(jù)配合條碼、料號(hào)及倉(cāng)儲(chǔ)等,是進(jìn)行物料追蹤、品質(zhì)管控、生產(chǎn)監(jiān)控、生成各種報(bào)表的基礎(chǔ)。
質(zhì)量管理:通過(guò)在線測(cè)試或離線抽檢,對(duì)產(chǎn)線、部件或工藝的穩(wěn)定性、可靠性管控,如SPC,SQC,CPK,R&R,K&K等分析。
配方管理:配合計(jì)劃排配、生產(chǎn)調(diào)度,新品導(dǎo)入。
生產(chǎn)監(jiān)控:生產(chǎn)過(guò)程中的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),報(bào)警信息。
報(bào)表生產(chǎn):各種記錄、生成、查詢報(bào)表,由后端處理。
由此可見(jiàn),控制系統(tǒng)的核心其實(shí)就是數(shù)據(jù)處理,控制系統(tǒng)的不同源自于數(shù)據(jù)深度和廣度的差別,這也是工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展到數(shù)字化工廠,再到未來(lái)的智能化工廠的基礎(chǔ)。從電控和IT的角度,上面這些功能可以分成前端數(shù)據(jù)和后端數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)性的,原始的數(shù)據(jù)由前端電控處理,包括數(shù)據(jù)的采集,設(shè)備及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等;而數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、生成及儲(chǔ)存由后端IT處理。前后端數(shù)據(jù)通過(guò)控制系統(tǒng)高度合作、統(tǒng)一,通過(guò)同一平臺(tái),同一格式各自運(yùn)行、相互聯(lián)系、互相影響。
五,動(dòng)力電池生產(chǎn)線的控制模型
方法學(xué)認(rèn)為構(gòu)造系統(tǒng):應(yīng)該圍繞對(duì)象而不是功能;而面向?qū)ο髣澐謫?wèn)題:應(yīng)該以功能而不是以步驟。
基于前文對(duì)動(dòng)力電池生產(chǎn)線的分析,在保證安全的基礎(chǔ)上,為了實(shí)現(xiàn)最少硬件配置,操作簡(jiǎn)單化(包括遠(yuǎn)程上電,初始化,設(shè)備基本處理等),就近配線原則�?梢圆捎谜操作,區(qū)域集中控制,現(xiàn)場(chǎng)分布式總線連接控制方式來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)。
這也是基于模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)原則,無(wú)論是機(jī)構(gòu)還是電控,是電氣還是控制,要以能實(shí)現(xiàn)功能站可單獨(dú)調(diào)試、打包、轉(zhuǎn)運(yùn)、組裝等一體化、模組化為設(shè)計(jì)目標(biāo)。整線的控制網(wǎng)絡(luò)參考實(shí)例見(jiàn)文后附頁(yè)圖示。
整線(Line)可分成幾個(gè)區(qū)(Zone),每一個(gè)區(qū)或由若干模組(Module)組成。模組是指能完成產(chǎn)線生產(chǎn)中一個(gè)工作區(qū)段的模塊(如:機(jī)器人配組、激光焊接等),模組由若干工站(Station)組成。工站分兩類:基礎(chǔ)站(Base Station)和制程站(Process Station,也包括Test站)。
制程站可以完成一道具體生產(chǎn)工序,它可能是一個(gè)獨(dú)立設(shè)備。Test站是特殊的Process站,一般是指獨(dú)立系統(tǒng)處理的測(cè)試工站,如嵌入式CCD檢測(cè)。基礎(chǔ)站連接各工序站,可能是輸送線或是中間站,也可能是虛擬的工站。進(jìn)一步地,工站還可以分成段(Segment),一個(gè)工段可以完成一個(gè)基本的工藝過(guò)程。
分層結(jié)構(gòu)如下圖。電氣方面符合:線→區(qū)→模組(或站)的三層基本結(jié)構(gòu);控制方面符合:線→區(qū)→站(或模組)→段(可選層)的三(或四)層基本結(jié)構(gòu)。從安全的角度看,可上電層:區(qū)或模組(站);可操作層:線或區(qū)或模組(站)。
越是底層優(yōu)先級(jí)別越高,所以工站是電氣和控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),所有定義或結(jié)構(gòu)圍繞工站展開(kāi)。同一層結(jié)構(gòu)的不同模塊間需實(shí)現(xiàn)獨(dú)立封裝設(shè)計(jì),編寫程序用數(shù)據(jù)須與實(shí)際物理輸入/出地址獨(dú)立。層之間、同層不同模塊間、I/O鏈接等最好由配置來(lái)完成。
基于以上原則,整線操作由整線配置站處理,配置站可采用大尺寸的工業(yè)平板電腦及總操作臺(tái)。配置站除了完成整線的監(jiān)控外,還是承擔(dān)MES前后端數(shù)據(jù)的連接平臺(tái)�?偛僮髋_(tái)完成整線的啟動(dòng)/停止,相關(guān)狀態(tài)顯示及復(fù)位等基本功能。下圖就是線一級(jí)的人機(jī)操作界面實(shí)例(下同),基本的按鈕及指示與整線有關(guān),運(yùn)行于平板電腦的組態(tài)軟件可對(duì)各區(qū)甚至各工站進(jìn)行配置、操作、設(shè)置及顯示,同時(shí)也是MES運(yùn)行的平臺(tái)。
根據(jù)工藝及產(chǎn)線走向,整線可分幾個(gè)控制區(qū)域,每一個(gè)區(qū)域配一個(gè)PLC及1個(gè)或多個(gè)操作臺(tái)(包括HMI,保證安全的基礎(chǔ)上以操作簡(jiǎn)單為原則),每一個(gè)控制區(qū)域既可以單獨(dú)啟停也可以通過(guò)整線啟停。
下圖是區(qū)一級(jí)的人機(jī)操作界面,基本按鈕及顯示與整區(qū)有關(guān),專用的HM可以對(duì)本區(qū)各模組或工站負(fù)責(zé),操作、設(shè)置、顯示等都可在此進(jìn)行。除非特殊需求,區(qū)內(nèi)各模組或站不再配專用HMI。
各站點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或總線相互連接,現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器也可通過(guò)位總線連接。下圖就是站一級(jí)操作盒,分2類。左邊與安全相關(guān),原則上必須配備;右邊主要用于調(diào)試(選配)用,也即需要用時(shí)再連接上。
上面一些圖中的按鈕及燈指示的定義并沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定,可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而定義。但需符合2個(gè)基本原則:1,保證安全的基礎(chǔ)上,操作要簡(jiǎn)單。2,線、區(qū)、站三級(jí)的定義要統(tǒng)一�,F(xiàn)場(chǎng)只需配置常用的按鈕及指示燈,無(wú)論是操作、狀態(tài)顯示、報(bào)警,還是參數(shù)設(shè)置,數(shù)據(jù)采集等等,主要在區(qū)HMI中處理。
對(duì)應(yīng)MES中設(shè)備的管理,實(shí)際應(yīng)用中可分操作和工藝兩部分。
1,操作模式:指設(shè)備運(yùn)行方式,包括命令和狀態(tài)。
一個(gè)字的命令定義(上層到下層,注意定義的并非必須,要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而取舍,如下表高字節(jié)只是工站級(jí)才可能有的,但順序要統(tǒng)一、一致,而且低層包含上一層的定義。也就是說(shuō),越到低層定義越復(fù)雜,功能也越多。下同):
一個(gè)字的狀態(tài)定義(下層到其它同層模塊和上層的應(yīng)答或狀態(tài)參考,一般地,下層優(yōu)先。):
2,機(jī)械模式:指工藝運(yùn)行方式,也包括命令和狀態(tài)。一般地,除了維修模外各模式具有排它性,在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)有效。
一個(gè)字的命令定義
一個(gè)字的狀態(tài)定義(下層模塊也可以選擇自己的機(jī)械模式,但上層優(yōu)先):
1),正常:正常生產(chǎn)運(yùn)行機(jī)械模式,以下機(jī)械模式以外。
2),省略:模塊不參與工藝運(yùn)行,僅有物理上的存在。
3),忽略:模塊參與工藝運(yùn)行,但不采集數(shù)據(jù),只是經(jīng)過(guò)。
4),空運(yùn)行:沒(méi)有物料或工具投入模擬自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程,用于調(diào)試。
5),排空:清空物料或工具,忽略工藝數(shù)據(jù)。
6),維修:指一般進(jìn)行的手動(dòng)維修處理,比如異常導(dǎo)致自動(dòng)暫停可能需要人工干預(yù)處理。
下表是以三菱Q系列PLC為例,如何劃分模塊及定義接口。
不同區(qū)是通過(guò)IP地址來(lái)區(qū)分,不同區(qū)的工站模塊結(jié)構(gòu)定義完全相同。上表中應(yīng)用到的L5000-6999,M5000-7999, D5000-8999范圍內(nèi)數(shù)據(jù)區(qū)保留作為控制網(wǎng)絡(luò)、區(qū)間、上位機(jī)等之間交換狀態(tài)和數(shù)據(jù)用,設(shè)置參數(shù)、采集數(shù)據(jù)、報(bào)警提示具體定義可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步配置細(xì)化。
借助對(duì)象化設(shè)計(jì)原理,由上我們可以定義如下結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)控制模型(見(jiàn)下圖):標(biāo)準(zhǔn)控制模塊是屬性及操作的封裝體,假如標(biāo)準(zhǔn)控制模型是類的話,那么線模塊、區(qū)模塊、站模塊,甚至段模塊對(duì)象就是標(biāo)準(zhǔn)控制模型的實(shí)例。屬性值的取舍根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而定,但類結(jié)構(gòu),尤其是屬性值的定義順序要統(tǒng)一。
六,動(dòng)力電池生產(chǎn)線的控制方案及選型進(jìn)一步思考
前面探討控制模型時(shí),便于理解是以三菱PLC控制平臺(tái)為參照;但這并不是重要的,參照模型原理選用其它控制系統(tǒng)平臺(tái)當(dāng)然同樣也是可以。理想的模型數(shù)據(jù)是封裝的,控制尤其是模塊化編程時(shí)應(yīng)該不依耐于實(shí)際的物理地址,這樣也有利于電氣與控制的分開(kāi)作業(yè)。相對(duì)于西門子、羅克韋爾、歐姆龍等平臺(tái),三菱控制系統(tǒng)并不是很好的平臺(tái)選擇:軟件尋址相較依耐于硬件,網(wǎng)絡(luò)功能也比較落后,兼容性不好,三菱近些年推出iQ平臺(tái)也是為了改變這種窘境。
當(dāng)然應(yīng)用那個(gè)控制平臺(tái)并不僅取決于技術(shù)本身,還與成本、采購(gòu)周期、工程師的個(gè)人能力,甚至客戶的偏好等因素有關(guān)。但不管怎么樣選擇,筆者覺(jué)得無(wú)論是硬件還是軟件,平臺(tái)的統(tǒng)一是控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
如果以“一網(wǎng)到底,無(wú)縫連接”標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量,羅克韋爾的Logix控制平臺(tái),NetLinx開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)是最接近這種思想。從設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)DeviceNet,到控制層網(wǎng)絡(luò) ControlNet再到工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP,這三種不同的網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層雖說(shuō)不一樣,但它們的應(yīng)用層都是使用同一個(gè)協(xié)議,即CIP通用工業(yè)協(xié)議。
不同網(wǎng)絡(luò)間的轉(zhuǎn)換也比較簡(jiǎn)單,基本上標(biāo)簽數(shù)據(jù)可以尋址到底。尤其是其工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP支持商用的集線器。
相反三菱,甚至西門子控制平臺(tái)在不同網(wǎng)絡(luò)間轉(zhuǎn)換、連接時(shí)往往需要復(fù)雜的配置處理。當(dāng)然西門子在產(chǎn)品覆蓋、穩(wěn)定性、市場(chǎng)成熟度、兼容性等方面還是有優(yōu)勢(shì)的。另外,歐姆龍Sysmac平臺(tái)也是一個(gè)很好選擇。
雖然自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)在往幾大系統(tǒng)控制平臺(tái)方向聚集,但市場(chǎng)中的各種網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)準(zhǔn)還是很多。降低成本,提高效率是任何行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。
筆者相信自動(dòng)化行業(yè)控制平臺(tái)將往商用IT平臺(tái)靠攏是未來(lái)的必然趨勢(shì):PLC編程語(yǔ)言將往結(jié)構(gòu)化的文本和梯形圖語(yǔ)言集中;人機(jī)界面將統(tǒng)一到平板電腦+組態(tài)軟件平臺(tái);網(wǎng)絡(luò)、總線將統(tǒng)一到工業(yè)以太網(wǎng)及相關(guān)總線。隨著規(guī)�;瘧�(yīng)用,成本的降低,甚至按鈕、傳感器、電磁閥等都統(tǒng)一到工業(yè)以太網(wǎng)及總線平臺(tái)上。
但目前IO-Link、AS-I、Modbus、DeviceNet、CC_Link、Profibus、Profinet、EtherNet/IP、EtherCAT、TCP/IP等各種總線或網(wǎng)絡(luò)還是必須的選擇。但不管怎樣選擇,一套控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)不能太多;除非牽涉到實(shí)時(shí)性要求非常嚴(yán)格的伺服同步控制,即使是伺服控制最好也統(tǒng)一到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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