新能源锂电涂布机（涂布机）是锂电池生产的核心设备，负责将电极浆料（正负极材料）均匀涂布在基材（铜箔 / 铝箔）上，对控制精度（如涂布速度同步、张力控制、涂层厚度均匀性）要求极高。S7-1517 作为西门子中高端 PLC，具备强大的运算能力和同步控制功能，非常适合这类高精度设备的控制。
以下是基于 S7-1517 的锂电涂布涂布机程序设计框架，涵盖核心控制模块和实现思路（注：实际程序需根据具体具体设备机械结构和工艺要求调整）：
一、系统硬件组成（典型配置）
二、程序核心模块设计
1. 初始化模块（OB100）
设备上电后初始化，确保各参数处于安全状态：
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// OB100：初始化组织块 CALL "INITIALIZATION" // 初始化轴状态（停止、复位） "Axis_Unwind".Status := #AXIS_STOP "Axis_Coater".Status := #AXIS_STOP "Axis_Dryer".Status := #AXIS_STOP // 初始化工艺参数（默认值） "Coating_Speed" := 50.0 // 涂布速度默认50m/min "Coating_Thickness" := 100.0 // 涂层厚度默认100μm "Tension_Setpoint" := 50.0 // 基材张力默认50N // 初始化报警状态 "Global_Alarm".All := 0
2. 主控制模块（OB1）
协调各子模块工作，实现手动 / 自动模式切换：
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// OB1：主循环组织块 // 1. 模式选择（手动/自动） IF "Mode_Manual" THEN CALL "MANUAL_CONTROL" // 手动控制：单独操作各轴和阀门 ELSE CALL "AUTO_CONTROL" // 自动控制：按工艺流程联动 END_IF // 2. 实时数据采集 CALL "DATA_COLLECTION" // 采集传感器数据 "Tension_Actual" := "AI_Tension".PV // 张力实际值 "Speed_Actual" := "Encoder_Coater".PV // 涂布速度实际值 "Thickness_Actual" := "Laser_Gauge".PV // 涂层厚度实际值 // 3. 报警监控 CALL "ALARM_MONITOR" // 超限报警（张力、速度、温度等） IF "Tension_Actual" > "Tension_Setpoint" + 10 THEN "Global_Alarm".Tension_High := 1 END_IF
3. 自动工艺控制模块（核心逻辑）
实现涂布全流程自动化，包括上料、涂布、烘干、收料的联动：
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// 自动控制子程序 FUNCTION_BLOCK "AUTO_CONTROL" VAR_INPUT Start : BOOL; // 自动启动信号 Stop : BOOL; // 自动停止信号 END_VAR VAR_OUTPUT Auto_Running : BOOL; // 自动运行状态 END_VAR VAR Step : INT := 0; // 工艺步骤（0-待机，1-上料，2-涂布，3-烘干，4-收料） END_VAR // 状态机控制 CASE Step OF 0: // 待机 IF Start AND NOT "Global_Alarm".Any THEN Step := 1; // 启动流程 END_IF 1: // 上料阶段：放卷辊启动，建立初始张力 "Axis_Unwind".Run := 1 "Axis_Unwind".Speed := "Coating_Speed" * 0.8 // 预提速80% IF "Tension_Actual" > "Tension_Setpoint" * 0.9 THEN Step := 2; // 张力稳定，进入涂布 END_IF 2: // 涂布阶段：同步控制涂布辊与牵引辊速度 "Axis_Coater".Run := 1 "Axis_Coater".Speed := "Coating_Speed" // 速度同步控制（通过工艺对象的同步功能） CALL "SYNC_CONTROL" Master_Axis := "Axis_Coater" Slave_Axis := "Axis_Traction" Sync_Error := "Sync_Error" // 涂层厚度闭环控制（通过调整涂布辊压力） CALL "THICKNESS_REGULATION" Setpoint := "Coating_Thickness" Actual := "Thickness_Actual" Output := "Coater_Pressure" // 输出到比例阀 IF "Length_Counter".PV >= "Coating_Length" THEN Step := 3; // 涂布完成，进入烘干 END_IF 3: // 烘干阶段：控制烘干温度 "Heater_Enable" := 1 CALL "TEMP_REGULATION" Setpoint := 150.0 // 烘干温度150℃ Actual := "Temp_Dryer".PV Output := "Heater_Power" IF "Dryer_Time".Q THEN // 烘干时间到 Step := 4; END_IF 4: // 收料阶段：收卷辊启动，减速停机 "Axis_Rewind".Run := 1 "Axis_Rewind".Speed := "Coating_Speed" IF "Axis_Unwind".Material_Empty THEN // 基材用尽 "Axis_All".Decel := 1 // 所有轴减速 IF "Axis_All".Stopped THEN Step := 0; // 回到待机 Auto_Running := 0; END_IF END_IF END_CASE IF Stop THEN Step := 0; Auto_Running := 0; END_IF
4. 关键闭环控制模块
（1）涂布速度同步控制
确保涂布辊、牵引辊、收放卷辊速度严格同步，避免基材拉伸或褶皱：
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// 速度同步控制（基于工艺对象的电子齿轮） FUNCTION_BLOCK "SYNC_CONTROL" VAR_INPUT Master_Axis : REF_TO "AXIS_REF"; // 主轴（涂布辊） Slave_Axis : REF_TO "AXIS_REF"; // 从轴（牵引辊） Sync_Error : BOOL; // 同步误差报警 END_VAR VAR Sync_Deviation : REAL; // 同步偏差 END_VAR // 计算主从轴速度偏差 Sync_Deviation := Master_Axis^.Speed_Actual - Slave_Axis^.Speed_Actual; // 通过PID调整从轴速度 Slave_Axis^.Speed_Setpoint := Master_Axis^.Speed_Setpoint + PID_Controller(Sync_Deviation, 0); // 偏差超限报警 Sync_Error := ABS(Sync_Deviation) > 0.5; // 偏差>0.5m/min报警
（2）涂层厚度控制
根据激光测厚仪反馈，动态调整涂布压力或速度，确保厚度均匀：
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// 厚度闭环控制 FUNCTION_BLOCK "THICKNESS_REGULATION" VAR_INPUT Setpoint : REAL; // 目标厚度 Actual : REAL; // 实际厚度 END_VAR VAR_OUTPUT Output : REAL; // 输出到涂布压力阀（0-100%） END_VAR VAR PID : "PID_Compact"; // 调用西门子标准PID块 END_VAR // PID参数初始化（需根据实际调试优化） PID.Kp := 5.0; // 比例增益 PID.Ti := 10.0; // 积分时间 PID.Td := 0.5; // 微分时间 PID.SP := Setpoint; PID.PV := Actual; PID.Manual := 0; // 自动模式 CALL PID; Output := PID.Out; // 输出控制量（0-100%对应0-10V）
5. 安全控制模块（OB35 定时中断）
实时监控设备安全状态，紧急情况触发停机：
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// OB35：100ms定时中断（安全监控） IF "Emergency_Stop" THEN // 急停信号触发 "Axis_All".Stop := 1; // 所有轴紧急停止 "Heater_Enable" := 0; // 关闭加热 "Valve_All".Close := 1; // 关闭所有阀门 "Global_Alarm".Emergency := 1; // 触发急停报警 END_IF // 监控轴故障 IF "Axis_Any".Fault THEN "Axis_All".Stop := 1; "Global_Alarm".Axis_Fault := 1;
