稱重傳感器在鋰電池正極材料生產(chǎn)中應(yīng)用

徐偉 張小芳

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，對節(jié)能環(huán)保要求越來越高，新能源發(fā)展越來越快，而鋰電池則為新能源產(chǎn)業(yè)中非常重要的一個(gè)產(chǎn)品。正極材料是鋰電池非常重要的材料，決定了鋰電池性能與成本，因此，加快高性能正極材料生產(chǎn)技術(shù)和工藝流程研發(fā)，顯得至關(guān)重要。而在此一系列生產(chǎn)工藝中，精確稱重計(jì)量和均勻配料是必要條件，稱重傳感器在此生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：稱重傳感器;鋰電池;應(yīng)用

1 前 言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程和新能源需求的不斷高漲，鋰電池的發(fā)展越來越快，特別成為綠色環(huán)保的新能源電動(dòng)汽車和其他電動(dòng)交通工具中非常重要的配件，國家市場對鋰電池需求開始成井噴態(tài)勢。正極材料是鋰電池的核心關(guān)鍵材料，經(jīng)過原料輸送、配料混合、電窯高溫煅燒、分級(jí)粉磨、包覆整形、最終成品、定量稱重包裝。而在此一系列生產(chǎn)工藝中，精確稱重計(jì)量和均勻配料是必要條件。

2 稱重傳感器概述

稱重傳感器是將重量物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為可測量電信號(hào)輸出的裝置，選用傳感器應(yīng)先考慮傳感器所處實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對正確選用稱重傳感器非常重要。

稱重傳感器按轉(zhuǎn)化方法分為光電式、液壓式、電磁式、電阻式、電容式等，目前應(yīng)用最多是電阻式。

電阻式稱重傳感器，核心部件是電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片粘貼在彈性體上，彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，從而電阻應(yīng)變片同時(shí)變形。電阻應(yīng)變片變形后，應(yīng)變電阻變化引起電橋不平衡，從而輸出模擬量電壓信號(hào)，就把在彈性體彈性范圍內(nèi)的外力轉(zhuǎn)換為可變的電信號(hào)。

通常電阻式稱重傳感器有柱式、剪切梁式、S型等形式。鋰電池正極材料稱重料倉和稱重機(jī)械裝置都不是很大，因此采用最多的是剪切梁式。

3 稱重傳感器在鋰電池正極材料生產(chǎn)中應(yīng)用

3.1 稱重傳感器選用

每臺(tái)稱所用的傳感器數(shù)量往往與稱重料倉形狀有關(guān)。比如圓形料倉一般選用3只稱重傳感器，三點(diǎn)形成一個(gè)平面。如果矩形或者大型料倉，那么有可能會(huì)使用4只稱重傳感器。由于盛裝鋰電池正極材是方形匣缽，匣缽固定在水平機(jī)械支架上，所以選用2個(gè)梅特勒-托利多緊湊型系列梁式傳感器，單點(diǎn)式，安裝方便，一左一右，水平安裝。

3.2 稱重傳感器安裝

稱重傳感器安裝正確與否，對稱重傳感器的精度和壽命產(chǎn)生重要影響。由于使用2個(gè)傳感器，一左一右，就要求底座安裝面盡量保持一個(gè)水平面，平面傾斜度不超過3°，這樣保證每個(gè)傳感器所承受的力量基本一致，這樣得到的數(shù)據(jù)才準(zhǔn)確。

傳感器底座安裝面盡可能平整和清潔，沒有任何油污或者膠膜，否則會(huì)對稱重傳感器造成影響。

3.3 稱重傳感器應(yīng)用

傳統(tǒng)稱重控制方式采用稱重傳感器+PLC控制模式，稱重傳感器輸出電信號(hào)接入PLC模擬量輸入模塊，PLC把采集模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，從而對稱重的監(jiān)控、修改和控制。但是由于PLC采集模擬量可能受到微弱的干擾，對稱重精度造成影響，所以鋰電池正極材料稱重設(shè)備中采用了稱重傳感器+西門子稱重模塊WP231+西門子PLC? S7-1200，既提高了集成度，又提高精度與響應(yīng)速度，從而保證鋰電池正極材料在多批量，大量化生產(chǎn)中的總體性能不會(huì)有太大差異。

3.3.1 稱重模塊 WP231簡介

WP231是一款非常靈活的稱重模塊，可以單獨(dú)作為稱重儀表使用，也可以集成在S7-1200 PLC里。充分利用了現(xiàn)在自動(dòng)化所有功能，如集成通信、操作監(jiān)控、編程診斷以及TIA Portal中的組態(tài)工具。

3.3.2 稱重模塊WP231在鋰電池正極材料系統(tǒng)中硬件搭建

2個(gè)梅特勒-托利多傳感器接到專用的接線盒，如果一臺(tái)稱多個(gè)傳感器組成，當(dāng)載荷位于稱上不同位置時(shí)，可能造成稱重儀表不一致，形成角差，接線盒中相應(yīng)傳感器可以調(diào)整角差。再由接線盒連接至稱重模塊WP231，稱重模塊WP231與PLC CPU通過內(nèi)部總線相連，避免了信號(hào)干擾。S7-1200 CPU 通過Profinet總線與TP1200 HMI通信。

3.3.3 稱重模塊WP231調(diào)試步驟

（1）正確連接稱重模塊24V電源及稱重傳感器電纜，確保稱重模塊LC燈不亮。

（2）調(diào)用程序FB231功能塊，它是稱重模塊與S7-1200之間通訊接口。通過觸摸屏HMI按鈕設(shè)定， 稱重模塊參數(shù)上載，即將稱重模塊參數(shù)讀取到調(diào)試軟件SIWATOOL或者PLC的數(shù)據(jù)塊中。

（3） 在HMI上找到要修改的參數(shù)，比如標(biāo)定砝碼重量、小數(shù)點(diǎn)個(gè)數(shù)、稱量范圍等，并進(jìn)行修改。

（4） 修改完畢后，通過觸摸屏HMI按鈕設(shè)將參數(shù)下載到稱重模塊中。

（5） 保證秤體為空，然后進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，此時(shí)HMI顯示重量為零。

（6） 將砝碼放在空秤上，然后執(zhí)行砝碼標(biāo)定，此時(shí)HMI顯示砝碼重量。

在鋰電池正極材料加料過程中，可以在HMI上設(shè)定所需加料的額定稱重量，以及粗加與精加的重量設(shè)定值，通過PLC程序控制對電動(dòng)機(jī)多段速調(diào)節(jié)，當(dāng)匣缽里的料達(dá)到額定設(shè)置值后，停止加料，從而不僅滿足了生產(chǎn)的速度，而且達(dá)到了稱重精度。

4 結(jié) 語

總之，伴隨著高速增長新能源汽車市場發(fā)展，鋰電池需求不斷增加，鋰電池正極材料加工生產(chǎn)要求越來越高，同時(shí)設(shè)備生產(chǎn)工藝，自動(dòng)化程度也不斷提升，而加料稱重是鋰電池正極材料生產(chǎn)工藝中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，稱重傳感器在此得到了很好應(yīng)用，不僅滿足了工藝精度，也滿足生產(chǎn)速度，為批量生產(chǎn)提供可靠保障。

參考文獻(xiàn)

[1] Siemens AG 稱重模塊SIWAREX WP231如何集成在S7-1200系統(tǒng)中應(yīng)用。

[2] Siemens AG 電子稱重模塊SIWAREX WP231。