淺談一種新型鋰電池極片自動(dòng)稱重分選機(jī)的研究

【摘 要】隨著社會的發(fā)展，鋰電池成為人們生活中不可或缺的日常用品，它廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域之中。在鋰電池極片分選方面，大多數(shù)鋰電池生產(chǎn)廠家利用電子天平手動(dòng)對其進(jìn)行稱重分選，人工稱重分選具有工作量大，人力勞動(dòng)成本大，生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，而且不能較好的保證分選精度，人工稱重分選已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)商的需要。為此我們有必要研制出具有高精度，使用方便工作可靠及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)的稱重分選機(jī)。

【關(guān)鍵詞】鋰電池極片分選；自動(dòng)化；浮力稱重

0.引言

我國鋰電池生產(chǎn)數(shù)量日益提高，在國際國內(nèi)市場所占比例逐漸增大，這一切與我國大規(guī)模生產(chǎn)鋰電池的生產(chǎn)工藝的提高及生產(chǎn)技術(shù)的逐步深化有著密切的關(guān)系。但是，在鋰電池極片稱重分選方面大多數(shù)鋰電池生產(chǎn)廠家利用電子天平手動(dòng)對其進(jìn)行稱重分選，工作量相當(dāng)大，生產(chǎn)效率降低，而且不能較好的保證分選精度，因此針對鋰離子電池制片工藝中的正負(fù)極片稱重分選方式進(jìn)行研究，探索具有高精度，使用方便，工作可靠及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)的稱重分選方式，將提升理電池廠家的生產(chǎn)效率，大幅增加廠家的市場份額。

1.國內(nèi)外分選機(jī)研究現(xiàn)狀

國外公司在分選機(jī)研究方面，起步早，技術(shù)領(lǐng)先，市場占有額大。在食品加工、化學(xué)、礦產(chǎn)及農(nóng)業(yè)綜合等產(chǎn)業(yè)，都有廣泛采用各種分選設(shè)備。

在美國，ESM公司和Sortex公司在分選機(jī)研究方面處于領(lǐng)先地位。它們分別于20世紀(jì)30年代和40年代開始致力于分選技術(shù)的研究，并且一直進(jìn)行技術(shù)革新，與時(shí)俱進(jìn)。

在日本，分選機(jī)研究領(lǐng)先的主要是安西制作所和佐竹公司。安西制作所成立于1966年，發(fā)展相當(dāng)迅速，在1970年，便成功研制出日本第一臺電子色彩分選機(jī)，在技術(shù)上獲得一大突破，這臺分選機(jī)在中國已經(jīng)被廣泛使用了十幾年；目前，中國各地均有企業(yè)采用安西研制的各類分選機(jī)，總量達(dá)到了近百套，以湖北南金建米業(yè)和中國藍(lán)天股份為例，它們是我國兩家較大的農(nóng)業(yè)上市公司，目前采用的都是安西的色選設(shè)備。

國內(nèi)公司在分選機(jī)研究方面，起步晚，技術(shù)落后，目前成型的產(chǎn)品較少，主要是借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行改進(jìn)。如：合肥安科光電和核工業(yè)理化工程研究院均有自主研發(fā)了分選設(shè)備，雖然都較好的實(shí)現(xiàn)了分選功能，但是相比國外分選機(jī)，各項(xiàng)性能指標(biāo)仍存在一定差距，所以研制的大多數(shù)極片分選系統(tǒng)都還停留在低級水平，各項(xiàng)性能指標(biāo)仍有待提升。

2.基于浮力稱重原理的分選機(jī)系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析。

本文設(shè)計(jì)的鋰電池極片自動(dòng)稱重分選機(jī)系統(tǒng)主要包括機(jī)械系統(tǒng)和測控系統(tǒng)兩部分，需要完成對浮力稱重傳感信號的采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果的顯示和存儲等功能，以及實(shí)現(xiàn)上下料及分選動(dòng)作的自動(dòng)控制。其中，測控系統(tǒng)分為稱重系統(tǒng)及工作過程控制系統(tǒng)兩部分，稱重系統(tǒng)完成稱重及數(shù)據(jù)處理工作，工作過程控制系統(tǒng)通過PLC實(shí)現(xiàn)對各工位機(jī)械動(dòng)作的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 分選機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要包括上料機(jī)構(gòu)、稱重機(jī)構(gòu)和下料分組機(jī)構(gòu)三個(gè)部分。上料機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將振動(dòng)料斗供給的電池極片料運(yùn)送至稱重工位，進(jìn)行高精度浮力稱重，并通過傳感器檢測電池極片的位置，通過PLC控制振動(dòng)料斗及步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。

稱重工位負(fù)責(zé)完成對電池極片的稱重，并將稱重完的電池極片運(yùn)送至下料工位，主要包括稱重裝置、氣動(dòng)運(yùn)送裝置及防震裝置。下料及分組機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對稱重完畢的電池極片進(jìn)行分選，將相應(yīng)重量的電池極片送至相應(yīng)組別，漏稱重及漏分組的電池極片送至漏料料盒。主要包括傳送裝置及分組裝置。

2.2稱重系統(tǒng)

稱重系統(tǒng)部分主要包括對浮力稱重信號的采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果的顯示和存儲等。浮力稱重信號通過串行通信傳送至工控機(jī)，工控機(jī)是整個(gè)檢測系統(tǒng)的核心，它基于LabVIEW的虛擬儀器平臺，接收串口送來的信號，并通過編寫相應(yīng)程序來執(zhí)行數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算和邏輯判斷，顯示及存儲處理結(jié)果等功能。

浮力稱量原理是一種全新的稱重傳感技術(shù)概念，它是本項(xiàng)目的技術(shù)核心。如圖2所示：

傳感器原理圖

當(dāng)高精度浮力稱重傳感器的稱重浮子在承受被測力（G）后將下沉位移，反作用于稱重浮子的浮力（F）將隨著其所排開的稱重液體的體積的增加而隨之增大。因?yàn)楸粶y力（G）與浮力（F）是處于同一垂直軸線上的方向相反的兩個(gè)矢量，所以當(dāng)F=G時(shí)，稱重浮子將處于平衡狀態(tài)。稱重浮子由原始的平衡狀態(tài)，至因承受被測力（G）而位移后的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生了一定量的位移值。該位移值與被測力值成正比關(guān)系，從而將被測力值轉(zhuǎn)換為與其呈線性關(guān)系的位移值。

2.3工作過程控制系統(tǒng)

工作過程控制通過可編程邏輯控制器PLC實(shí)現(xiàn)。PLC通過內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。

采用可編程邏輯控制器PLC的優(yōu)點(diǎn)： 工作過程中具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易、使用方便，能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)等突出特點(diǎn)，所以本裝置采用PLC為控制器，通過PLC控制的極片自動(dòng)稱重分選系統(tǒng)，提高了極片生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度和效率，降低了成品的次品率。

在本課題研究中，工作過程控制系統(tǒng)主要是指PLC控制工控機(jī)采樣、振動(dòng)料斗及直線送料器、上下料步進(jìn)電機(jī)、氣動(dòng)送料裝置及分組裝置動(dòng)作。

3.結(jié)論

（1）上下料機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)可靠送料，定位準(zhǔn)確；稱重機(jī)構(gòu)能對極片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重；分組機(jī)構(gòu)能將電池極片分為9組，分選效率高，成本低，有較好的市場前景。

（2）測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于虛擬儀器技術(shù)，使用LabvIEw開發(fā)程序基于差動(dòng)測量原理，能有效克服零漂現(xiàn)象，稱重精度高，并給出了適應(yīng)自動(dòng)生產(chǎn)線現(xiàn)場操作與調(diào)試、結(jié)果顯示、故障報(bào)警等友好的人（下轉(zhuǎn)第188頁）