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C小C直播间 · CC-Link IE TSN在锂电行业叠片机设备上的应用

C小C直播间 · CC-Link IE TSN在锂电行业叠片机设备上的应用

2022/12/9 16:41:29

好消息!好消息!

Hi,家人们,今天C小C邀请了一位好朋友来到我的直播间——锂电池。他可是现在储能市场的“网红”。它为什么红?我可是有数据的哦!

数据显示,2021年全国锂离子电池产量324GWh,同比增长106%,其中消费、动力、储能型锂电产量分别为72GWh、220GWh、32GWh,分别同比增长18%、165%、146%。锂电四大关键材料产量增长迅猛,据研究机构测算,正极材料、隔膜、电解液增幅接近100%。锂电全行业总产值突破6000亿元人民币。

接下来,话筒交给锂电池.......

锂电池上场

CC-Link家人们好,我是锂电池。在全球开启新一轮能源变革,储能产业的发展成为大势所趋,我就成为了市场宠儿,但是我要从铜箔baby成长为锂电池可是有很长的工艺流程,主要设备包括有涂布机、分切机、卷绕机/叠片机等,其中混料、涂布、干燥及分切是属于前端工序,而像叠片、焊接、注液、封装、化成、包装等都属于后端工序,大致工序如下图所示:

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锂电行业工艺图

当然我的快速成长离不开由于CC-Link IE TSN的助力,尤其是在叠片机设备上。今天我给大家好好展示一下CC-Link IE TSN网络的优势。

  你有在看吗↓ 

与传统叠片机比较我可是很喜欢使用CC-Link IE TSN网络进行搭建的叠片机,该设备通过Z字形叠片方式,实现将阳极片、阴极片以及隔离膜堆叠成电芯。

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叠片设备及Z字形叠片方式

因此本台设备使用了全球第一个基于TSN技术开发的CC-Link IE TSN工业开放式总线网络作为运动控制设备总线网络,它的主力是三菱电机最新推出的MELSERVO-J5伺服控制器来进行控制,在设备调试阶段,由于CC-Link IE TSN网络稳定高速地的传输速度,使整个叠片设备在运行过程中非常稳定。 如果说高速的运动控制是提升整体生产节拍,那隔离膜的纠偏就是提升整个产品的精度,本段工艺主要使用了两次纠偏,一级纠偏是放置在放料卷位置,伺服挂接32:1的减速器通过丝杆去控制放卷设备;而二级纠偏主要是伺服直接控制丝杆来实现纠偏作业,因为二级纠偏是叠片前的最后一道工序,如果使用减速器会影响整体精度,目前精度已经可以控制在0.3mm以内,如果在出料口使用更多一级纠偏,可以把精度控制在0.1mm上下。

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一级纠偏和二级纠偏

当然,这只是该道工序的成品,后续还需要进行焊接极耳等操作。因为我只有经历这些工艺,我才可以成为优秀的锂电池。

C小C要给大家划重点喽!

在正式了解该通讯总线网络前,我们先认识下什么是TSN技术。TSN技术,就是Time Sensitive Networks,中文来讲就是时间敏感网络。他的前身是AVB技术,也就是音视频桥接技术,主要是应用在现场直播以及汽车中控方面,随着自身协议的完善,IEEE802.1工作组在2012年的时候正式把该技术更名为TSN技术。TSN不是一个单一的标准或者说协议,它是由多种协议组成的,到目前为止他的协议标准还处于在不断地完善和补充过程中。TSN标准作为普通以太网技术的一个扩展协议,他的目的就是对普通以太网在实时性、时间同步性、高精度、安全性方面做一个有效的补充。在过去,工业现场总线网络很少去使用普通以太网协议就是因为在安全性、高精度等方面不满足需求,因此经过普通以太网协议扩展后的TSN技术是非常适合工业领域的。

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TSN技术

而CC-Link IE TSN作为全球首款应用TSN技术的千兆工业开放式网络,由CLPA正式于2018年11月全球发布,仅仅只需一根网线就可以连接多种不同的协议,包括CC-Link IE TSN协议、TCP/IP协议、UDP、MODBUS/TCP、SLMP等等,同时也可以兼容各种基于TSN技术的其他工业开放总线网络协议。

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CC-Link IE TSN结构图

同时,由于TSN技术的时间同步与时间分割功能,在使用过程中大家可以根据自身设备的要求来设置各自不同的刷新周期,传统的网络中,在同一个网络内,对每一台设备的通信周期都是一致的,而CC-Link IE TSN则可以针对不同的设备配置不同的通信周期,比方说伺服放大器这样的需要高速控制的设备可以配置高速的通信周期、而远程I/O、变频、温控设备等则可以配置中速的通信周期,从而能更加有效的使用千兆的网络资源,使设备的控制性能最大化。

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同网段不同数据刷新周期

控制系统

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电控系统

如图所示,整个控制系统使用了9个放大器控制总共10台电机,分别是3台100W、3台700W、2台400W的伺服电机和两台直线电机,所有的伺服控制器都是通过CC-Link IE TSN网络来进行数据高速通讯,使用PLC模块可以完成控制。

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PLC配置图

与此同时,通过TCP/IP协议使用通用型交换机连接1台三菱GT2512的人机界面和1台研华(Advantech)的SRK-CTR-00工控机,其中人机界面主要是为了方便直观的在设备外侧观察数据和进行触屏控制,而工控机主要是为了控制4个康耐视(Cognex)的CCD来实现精准地极片定位,使隔离膜与极片之间保持一致。另外值得一提的是,J5系列伺服的网口也可以通过普通以太网交换机额外直连千兆/百兆的以太网设备进行高速通讯,实现多种网络混合通信。

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GOT 控制面板

人机界面的控制面板,通过MELSOFT协议与三菱的R系列PLC连线并进行控制,使用人机界面大大方便了后期对于设备的改造,虚拟的点位控制更改起来也非常方便,无需再去更改设备接线等,方便设备后期的维护和修改。

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设置界面

在调试的时候也发现目前三菱电机已经把工程软件进行了比较完善的升级,如图16所示,相较于过去,如今已经可以直接通过GX Works 3 对伺服系统进行编程与设置,摆脱了过去需要打开多个软件十分不方便;程序中也可以大量使用标签来制作程序,方便厂家去制作符合自身标准的规范设备,同时伺服程序中的全局标签也可以选择去共享给PLC进行映射使用,大大方便了工程师的使用。

直播即将结束

CC-Link IE TSN作为目前最新的工业总线网络,在工业现场设备中将会得到更多应用,目前三菱电机推出的RD78G系列的运动控制模块单个已经可以连接最多256轴/设备,且可以累计使用三个模块达到700多轴,变频器A800等多系列产品也支持CC-Link IE TSN网络,同时相比于过去,CC-Link IE TSN网络更加开放,主、从站设备都支持各个厂家进行软件或硬件形式开发。

针对国内的市场,半导体、锂电、汽车等行业的单机设备或线体在未来将会更加复杂,需要增加更多的轴、更多设备去对应;同时,对应当前5G网络与工业物联网系统的使用也需要与IT互相兼容的工业网络,CC-Link IE TSN既可以方便与上位系统兼容,也可以与下位多协议同时传输,因此十分适合未来设备的发展。

感谢家人们的陪伴,今天直播就要和大家说再见了,但是C小C希望CC-Link IE TSN网络可以与更多的伙伴一起携手助力行业发展。

★参考资料

1、CC-Link IE TSN 白皮书

2、MR-J5用户手册

3、叠片机平台设计方案

4、2019中国锂电行业市场现状及发展趋势

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2022年12月7日

审核编辑(
王妍
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