1. 項目簡介
蓄電池是工業生產和日常生活中非常重要的電氣設備，廣泛應用于國防、航空、通信、能源、交通等眾多領域。汽車用蓄電池一直是蓄電池市場需求產量最大的品種，隨著汽車行業作為國家重點發展支柱產業的飛速發展，車用鉛酸蓄電池的用量也迅速增加，大約占整個鉛酸蓄電池用量的80%。加之原有汽車對蓄電池的替換需求，汽車蓄電池的市場需求量還將有一個較大的增長。電動自行車作為一種新型代步工具，受到了群眾的認可和歡迎，產量和社會擁有量迅速增長，其專用蓄電池的需求量也迅速擴大，產值已超過原來居第二位的固定型蓄電池。目前新能源儲能也成為蓄電池新的應用市場，這些新的增長點都為蓄電池行業帶來更大的發展空間，而且蓄電池行業的發展，也推動了其他眾多行業的發展。
但是，目前蓄電池生產企業眾多，競爭也越來越激烈，另外隨著汽車行業的逐步開放，外資汽車制造廠在國內逐步發展，導致對配套電池要求提高，這些都要求蓄電池生產企業必須提升產品品質，降低生產成本，來適應新的市場需求。
南京某公司專業生產各種蓄電池專用設備，主要生產極板設備、裝配設備、后處理設備、充放電機、檢測設備及環保等設備，以良好的質量和較高的性價比，在國內外中高端廠商用戶中有較好口碑。
針對市場上對電池生產線檢測設備越來越高的要求，該公司推出了全自動短路內阻檢測機設備，采用西門子S7-200 SMART PLC 作為主控系統。全自動短路內阻檢測機是電池生產線中必不可少的專業質量檢測設備，相比以往的設備具有更多的優勢。它將以往獨立的短路檢測機和內阻檢測機，融為一體，同時檢測短路和內阻，將兩個工序并為一個工序處理，縮短處理時間，提高了生產效率，也節約了設備成本。
2.工藝流程介紹
全自動短路內阻檢測機是蓄電池質量檢測設備，用于將需檢測的蓄電池傳送到高壓短路檢測位置和內阻檢測位置，分別接通檢測電路，進行極板短路檢測和焊點內阻檢測，以此來檢查蓄電池質量。
短路檢測采用脈沖高壓進行測試，用于檢測蓄電池組裝過程中正負極板間的安全間距，可靠的檢測出極板間存在微短路的電池，快速精確的測試出不合格產品。這樣就能在電池組裝后，充電之前就檢測出錯誤，獲得電池更高的質量產出，大大減少因電池極板短路造成產品的不合格率。
內阻檢測用于檢查蓄電池穿壁焊接后的焊接質量，給穿壁焊的兩個極耳之間加一個恒定的電流，根據穿壁焊兩個極耳之間的電阻不同用精密毫伏表測出電壓的變化，能夠有效的檢測電池在穿壁焊過程中出現的氣孔、假焊、濺鉛等缺陷，從而減小因焊接不達標造成的產品不合格。
全自動短路內阻檢測機，通過光電開關檢測蓄電池位置，將蓄電池傳送到電路和內阻檢測位置，下降并夾緊測試機頭，自動完成短路檢測和內阻檢測，判斷產品是否合格，執行相應動作。
控制系統流程圖如下：見圖1
3.方案確定及產品硬件配置
全自動短路內阻檢測機，相比以往的檢測設備，工藝更加復雜，程序處理量更大，邏輯更加繁瑣，且需要與多個設備進行通訊，從而對PLC處理器的性能要求更高。因此，根據其要求最終選擇了運算處理速度更快，性價比更高的SIMATIC S7-200 SMART PLC。
本系統使用數字量輸入輸出點數較多，需要24個數字量輸入和22個數字量輸出，總共46個數字量IO，選用SR60 CPU模塊，其本體集成I/O點數高達60點，充分滿足了系統的需求。另外還需要1個模擬量輸出，連接恒流源設備，SR60標準型CPU，可方便地擴展模擬量模塊，以滿足系統要求。
以往的檢測設備不帶觸摸屏，人機交互很不方便，不能實時了解設備運行狀態。全自動短路內阻檢測機增加了HMI設備，選用了SMART 700 IE觸摸屏，使操作更加方便，隨時監控設備的正常運行或故障狀態。這款7寸寬屏觸摸屏相對于上代產品，顏色更加豐富，且集成了以太網接口。S7-200 SMART PLC通過內置以太網接口與SMART 700 IE觸摸屏進行通信，組網方便，且通訊快速。
在內阻測試時需使用5個毫伏表、1個電流表，采用MODBUS RTU通訊。通過CPU模塊集成485接口與軟件集成的MODBUS通訊指令庫，很方便地實現MODBUS RTU通訊。（見圖2）
主要硬件配置表：
網絡配置圖：（見圖3）
4.軟件開發
全自動短路內阻檢測機具有手動和自動兩種模式。
手動模式可執行滾道啟停，高壓短路測試機頭上升下降，內阻測試機頭上升下降，高壓短路測試機頭夾緊，內阻測試機頭夾緊，剔除汽缸開關等手動動作。
自動模式，通過光電開關檢測蓄電池位置，使用滾道將蓄電池傳送到短路檢測位置，自動下降高壓短路測試機頭并夾緊，接通高壓短路測試儀器，短路檢測完成后，再將蓄電池傳送到內阻檢測位置，自動下降內阻測試機頭并夾緊，接通內阻測試電路，自動完成內阻檢測，并判斷電池是否合格，不合格產品通過滾道傳送到剔除位置剔除，合格產品傳送到下一工序。
模擬量輸出連接至內阻測試用恒流源設備，用于設定恒流源大小，信號量程1-5V。通過軟件設置模擬量輸出通道組態，可選擇電流0-20mA或電壓正負0-10V，所以必須在程序中進行量程轉換，對應1-5V，方可正常使用。
在內阻測試時，需要讀取電流表和毫伏表的數值來計算內阻值，這5個毫伏表和1個電流表是通過MODBUS總線與PLC進行通訊的，STEP 7- Micro/WIN SMART 提供便利的MODBUS指令庫功能，將子程序轉化成指令塊，與普通指令塊一樣，直接拖拽到編程界面就能完成調用。通過設置好相應地址、波特率、讀寫模式以及數據交換區地址等參數，便可實現PLC與毫伏表和電流表的數據交換。但MODBUS是半雙工通訊的，不能同時讀寫多個設備，所以必須編寫輪詢程序實現多個設備的數據讀寫。
5。應用體會
SIMATIC S7-200 SMART PLC集成IO點數更多，性價比更高，更加符合小型OEM設備的需求。PLC本身集成了以太網接口，不需要使用專用編程電纜，使用網線就可以下載程序和進行程序調試，在實際使用中很方便，而且下載速度非常快。
SIMATIC SMART 700 IE觸摸屏，顏色更加豐富，顯示效果比以前更好。觸摸屏本體集成了以太網接口和串口，接口比以前多了，提供了用戶更多的通訊連接選擇。另外，通過以太網可同時連接3臺PLC通訊，相比上一代產品只能與1臺PLC通訊，有所增強，可以滿足一些特殊應用的場合。
STEP 7- Micro/WIN SMART編程軟件，總體上保持STEP 7- Micro/WIN軟件界面和功能，改進了一些菜單和窗口，操作方便。移植老程序也很方便，只需復制過來即可。STEP 7- Micro/WIN SMART軟件本身集成了MODBUS和USS指令庫，不需要另外安裝，使用起來很方便。但軟件沒有集成量程轉換的指令庫，需要自己編程或從STEP 7- Micro/WIN軟件中移植過來，希望以后能夠增加集成，從而使編程更加方便。
6.意見與建議
SIMATIC S7-200 SMART PLC只集成了一個以太網接口，在該接口已連接觸摸屏，又沒有路由器的情況下，想要在線監控程序狀態時，需要將觸摸屏網線拔下，使用中略有不便。未來是否能考慮增加集成以太網接口，使組網更加方便，也利于程序調試。S7-200 SMART PLC目前沒有電池模塊，不能滿足長時間斷電保持時鐘和數據的場合，希望能盡早推出電池模塊。
參考文獻
[1] 西門子技術文檔， S7-200 SMART PLC樣本手冊
[2] 西門子技術文檔， SMART LINE 觸摸屏樣本手冊
作者簡介:
卞朋兵，男，本科，應用工程師，西門子（中國）有限公司江蘇分公司
