1 引言

　　鋰電池的生產工藝較為復雜，主要生產工藝流程涵蓋前、中、后三個階段：前段工序的目的在于將原材料加工成為極片，經過涂布、輥壓、分切、制片、模切等工序，其中核心工序為涂布;中段目的在于將極片加工成為未激活電芯，需要經過卷繞或疊片、入殼焊接、注液和封口等工序，其中卷繞、疊片是中段的核心工序;后段目的在于激活電芯使之成為成品電池包通過PACK集成系統最終進入電池廠，包括清洗、干燥儲存、檢測、噴碼、化成分容等工序，最終通過自動化智能物流系統進入下游生產線。此次介紹的聚合物鋰電池全自動封裝一體機位于鋰電池生產中段工序，包括了入殼焊接、注液和封口等工藝。聚合物鋰電池全自動封裝一體機專用于在線生產微小型聚電芯， 主要用于聚合物軟包電芯封裝成型工藝。設計便于與前(卷繞機)后(烘烤爐)工序設備連機或成為獨立設備，采用伺服電機實現一鍵(One Touch)換型功能。

　　本設備配備功能包含鋁塑膜成型、卷芯壓整形芯、CCD檢測卷芯極耳間距、機器人投入卷芯至成型膜、電芯頂部密封、電芯側部及角位密封、內阻測試、電芯預切邊、CCD檢測密封后電芯極耳膠高、電芯噴碼、電芯掃碼、電芯貼保護膜、機械手把良品電芯裝盤至電芯料盤。此外設備要求鋁膜卷料由人工上料、來料卷芯通過吸塑盤投入至設備、人工投入電芯空料盤至本設備、自動進行電芯裝料(完成品電芯)。

　　2 使用制品

　　使用制品包括：Jelly Roll卷芯、Polymer電池、成型膜(寬度50 -100mm)，以及電芯。

　　3 設備布局圖(見圖1)

　　圖 1 鋰電池封裝設備布局圖

　　4 聚合物鋰電池自動封裝一體機生產工藝流程(見圖2)

　　圖 2 鋰電池自動封裝一體機生產工藝流程圖

　　5 現場網絡解決方案

　　由于當今的生產現場，被更高地要求提高生產力和產品品質，需要所使用的網絡能夠在確保實時性的同時，還能連接各種設備，既可以實施高速且安定的控制，也支持向IT系統發送大容量的數據，并可活用于AI以及預測性維護。CC-Link IE TSN，由于重新定義了通信方式，并大幅提升了通信性能，可同時實現通用以太網通信和控制通信的共存，并且在不影響控制通信的情況下，可與各種通用以太網設備進行連接。此外，由于可支持各種網絡拓撲結構，因此可輕松地構建靈活的IIoT系統。

　　根據設備要求推薦客戶采用MES網絡、CC-Link IE TSN網絡以及CC-Link網絡構成的e-F@actory系統。其中MES網絡作為信息層網絡，用于現場與上位之間的數據庫通信。CC-Link IE TSN網絡用于伺服控制通訊與遠程IO通訊，CC-Link網絡用于機器人、電缸等之間的通信。

　　6 系統配置及網絡架構

　　6.1 系統配置(見表1)

表 1 系統配置表

　　6.2 整體網絡架構(見圖3)

　　圖 3 系統網絡架構圖

　　7 CC-Link IE TSN網絡優勢

　　TSN是以太網相關IEEE定義標準的補充， 可在標準以太網上實現準確的信息傳遞。通過利用時間同步方式(IEEE802.1AS)和時間分割方式(IEEE802.1Qbv)， 與以太網技術相結合，可在同一網絡中實現以往的以太網所不能實現的控制通信(確保實時性)和信息通信(非實時通信)的并存。

　　7.1 融合支持高速且大容量通信的協議和TSN技術

　　CC-Link IE TSN是一個由高速循環通信協議和TSN 技術組合而成的網絡。當今的生產現場，在進行大容量的信息數據傳送的同時，也需要高速且安定的控制通信。通過采用TSN技術，不會對設備運行所需的控制通信產生影響，可與TCP/IP通信同時使用。此外，通過實現高速且大容量通信的通信協議，可縮短節拍時間，提高生產力。

　　7.2 優化混合有不同通信性能設備的系統的通信周期

　　可組合使用高速通信設備(高速高精度控制)和低速通信設備(狀態監控)。可根據需要調整各設備的通信周期，設置最適合于該設備功能的通信周期。例如：對于需要高速高精度控制的從站設備，使用高速周期進行通信; 對于狀態監控等使用低速通信也能滿足需求的從站設備， 使用低速周期。

　　7.3 利用豐富的功能，構建便捷的通信網絡

　　CC - Li nk I E TSN 支持使用G X Wo r ks 3以及基于SNMP的第三方監視診斷工具，是一個可活用多種診斷功能的網絡。此外，可從主站模塊自動發送參數，從而簡化了從站設備的設置，大幅削減工時。

　　7.4 TSN技術與通信協議層

　　CC-Link IE TSN通過時間同步和時間分割技術，優化了通信幀，在實現高性能高功能的控制通信的同時，也可與其他以太網通信并存。此外，其診斷功能中更是采用了以太網標準協議SNMP，更易于有效利用通用以太網設備以及診斷工具。

　　7.5 網絡整體的無縫通信

　　通過整合使用TCP/IP通信的IT數據和使用CC-Link IE TSN的控制數據，使網絡整體實現無縫通信。視覺傳感器的圖像數據之類大容量的IT數據傳送，不會對控制數據的傳送產生影響。同時，從多臺設備傳送連續的數據，使用人工智能(AI)，以及使用了邊緣計算的高級預測性維護等應用也能并存。

　　7.6 融合OPC UA等與IT系統的通信，以及與支持多種協議的設備間的通信，實現工廠智能化

　　從上層的IT系統直至下層的傳感器，無需顧及網絡的層次差異，實現無縫的網絡通信。由于僅使用1個網絡即可實現各種系統構建，可大幅削減設備和軟件成本。

　　利用上述CC-Link IE TSN網絡的特點，來滿足客戶技術要求。

　　8 控制系統的網絡結構

　　8.1 Ethernet 網絡

　　Ethernet網絡是由三菱電機RD81 MES96 模塊構成的MES網絡，與服務器相連。現場生產狀態等信息可自動上傳到服務器中，如生產數量、報警信息、產品條碼信息等，這樣公司管理人員就可實時了解現場生產狀態。除此之外，還可從服務器中下載相關生產產品的信息，與正在生產產品的狀態進行判斷比較，防止不良品產生，提升生產效率。

　　8.2 CC-Link IE TSN網絡(見圖4)

　　CC-Link IE TSN網絡主要用于伺服控制通訊與遠程IO通訊。

　　圖 4 CC-Link IE TSN 網絡

　　①TSN網絡

　　? 同一網絡中實現控制通信 (確保實時性) 和信息通信(非實時通信) 的并存，使整個系統只需一種網絡，大量減少網絡配置、網絡連接等的工作量和采購的復雜程度;

　　? 采用5e 以太網電纜進行連接，降低成本和連接方便性;

　　? 通過網絡配置設備的自動檢測以及對連接站的參數發送，輕松實現網絡構建;

　　? 支持多種拓撲結構支持線型、星型。

　　②伺服系統

　　? 無電池絕對位置編碼器的采用大大降低了設備電池更換的維護工作量也減少了由于電池失效造成的設備故障;

　　? 電機電源電纜/編碼器電纜/電磁制動器電纜合為一體，減少電纜數量，降低故障發生概率;

　　? 預測性維護功能可以事先檢測設備的振動以及摩擦，在設備故障前提示更換部件的維護動作，以避免故障停機時間并減少維護時間。

　　9 使用心得

　　CC-Link IE TSN網絡既可以實現控制通信也可實現信息通信，并且采取時間分割的方式，使得主站與伺服的通訊更加高速化，便于實現高精度的同步控制，并且可以與遠程IO及變頻器在同一網絡中構建，節約了客戶成本， 簡化了系統的復雜性。